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发信人: grh (月亮), 信区: Physics
标题: 续二
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年08月03日13:14:41 星期天), 站内信件

1955年，前苏联物理学家巴索夫和普罗霍洛夫提出得到Maser的受激分子的另一种可能途径
，他们指出具有三个或四个能级的原子、分子系统，用高频电磁波造成粒子数反转，在高
能态和居间能态之间或居间能态与低能态之间的跃迁频率有可能得到放大.1956年，汤斯正
式提出Maser能被无线电波甚至被光波泵浦.同年，美国科学家布罗贝尔金独立地发现了三
个能级泵浦方法，并建议能级固态Maser用Ni-Zn氟硅酸盐和Ga-La乙基硫酸盐.1956～1958
年，三能级固体量子放大器问世，使厘米波和分米波的高灵敏度接收成为可能，并很快用
于射电天文、雷达和宇宙通信的灵敏的低噪声前置放大器.1958年12月，肖洛和汤斯在美国
物理评论杂志上发表文章，讨论了谐振腔、工作物质和抽运方式等一系列问题，对他们所
提出的在光波波段工作的量子放大器设计方案进行了详细的理论分析，预言了采用法布里
-珀罗干涉仪作为开式谐振腔的选模作用，以及激光的相干性、方向性、线宽和噪声等性质
.至此，把微波量子放大器扩展到光波波段的理论基础和技术已基本完备，激光器这个现代
科技的宠儿，即将临产了.　　1960年7月，休斯研究所的一个从事红宝石微波量子放大器
研制工作的年轻人梅曼，大体上按照肖洛和汤斯的设计构思，用一种装有被氙放电管抽运
红宝石棒非常简单的装置，成功地制造并运转了第一台激光器——红宝石脉冲激光器（工
作波长为0.6943μm）.从此，小说家们所幻想的“死光”，在科学理论的指导和助产下，
终于奇迹般地出现了.
此后，激光又得到进一步的发展和应用.1961～1965年，激光光谱用于大气污染分析，半导
体激光器用于激光通信，CO2激光器用于激光熔炼，激光切割激光钻孔.1968～1969年，月
球上设置激光反射器，地面与卫星联系.1982年，发明激光全息术.1980～1990年，激光外
科手术、通信、光盘、激光武器等出现.
激光技术是现代物理学和现代科学技术相结合孕育出来的一门科学技术，它的发展历史不
仅充分显示出物理科学理论对技术发明的预见性，而且它本身又作为现代科学技术家族中
的一个优等生，也大大促进和推动着现代物理学和现代科学技术的发展.
三、从“量子力学的建立”到电子和信息技术
20世纪20年代无疑是理论物理学的黄金时代，在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量
子论的困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形式，建立起一种描述微观世界的
统一的基本理论——量子力学.它用严格的数学语言调和了波和粒子这两种对立的经典概念
在描写同一微观客体时表现的矛盾.量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基础.
1926年，狄拉克在薛定谔的多体波函数启示下，开始研究全同粒子系统.他发现，如果描述
全同粒子的多体波函数是对称的，这些粒子将服从玻色-爱因斯坦统计；如果这一波函数是
反对称的，这些粒子将服从另一种统计，即费米狄拉克统计.虽然费米在几个月前就提出
了这种统计法，但狄拉克却更深刻地揭示了统计类型与波函数对称性质间的关系，并证明
了在波函数反对称条件下，新的统计是量子力学的必然结果.这一统计法的提出，使人类得
知固体中的电子服从泡利原理.
1928年普朗克在应用量子力学研究金属导电问题中，提出固体能带理论的基本思想能带论
.根据能带论，在外电场作用下，半导体导电是靠满带中的“空穴”和导带中的电子这两种
载流子进行的.“空穴”参与的导电过程称为Ｐ型导电，电子参与的导电过程称为Ｎ型导电
.半导体的许多奇异特性正是由“空穴”和电子所共同决定的，能带论第一次科学地阐明了
固体为什么可按导电能力的强弱，分为绝缘体、导体、半导体.
1931年英国物理学家威尔逊在能带理论的基础上，提出半导体的物理模型．他认为，由于
半导体自身存在的晶体缺陷和杂质原子，使得半导体具有两种导电类型：一种是“杂质导
电”，即由于半导体中的杂质电离能远比禁带宽度小，所以在较低温度下可以把电子从施
主能级上激发到导带，或把满带上的电子激发到受主能级上，从而电导率升高；另一种是
“本征导电”，即把满带中的电子直接激发到导带上，而使电导率升高.显然，按照这两种
导电机理，半导体所有变化多端的性能和广泛的应用价值，都是由杂质导电机理决定的.因
为杂质导电随样品而异，而本征导电则是固定不变的.威尔逊模型相当完好地说明了与体内
性质有关的半导体的行为特征，它奠定了半导体学科的理论基础.
1939年肖特基、莫特和达维多夫，在弗兰克尔金属半导体接触的表面理论基础上，应用
金属与半导体接触的“势垒”概念，建立了解释金属半导体接触整流作用的“扩散理论
”.这样，能带论、导电机理模型和扩散理论这三个相互关联逐步发展起来的半导体理论模
型，便大体上构成了确立晶体管这一技术发明目标的理论背景.
　　

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