4. Przedstaw, jak na podstawie stopnia obsadzenia i układu pasm energetycznych można klasyfikować ciała stałe.

• Metale: pasmo walencyjne zapełnione tylko częściowo. Elektrony w paśmie walencyjnym mogą łatwo uzyskać dodatkową energię od pola elektrycznego, co prowadzi do przepływu prądu.

• Półmetale mają pasmo walencyjne zapełnione. To pasmo nakłada się na pasmo przewodzenia.

• Półprzewodniki: pasmo walencyjne jest całkowicie zapełnione a pasmo przewodnictwa puste, podobnie jak w izolatorach. Szerokość przerwy energetycznej dla półprzewodników Eg <2 eV.

• Izolatory: pasmo walencyjne jest całkowicie zapełnione a pasmo przewodnictwa puste, dla izolatorów przyjmuje się szerokość przerwy energetycznej Eg > 2 eV.

11. Podaj wzór określający masę efektywną elektronu w paśmie przewodnictwa. Jaki wzór określa masę efektywną dziury?

• Masa efektywna elektronu w paśmie przewodnictwa:

Gdzie:

Stała Plancka:

Zależność energii elektronu od wektora falowego k:

• Masa efektywna dziury:

Taka sama jak dla elektronu:

17. Wymień warunki, jakie powinny być spełnione aby nastąpiła emisja laserowa.

• Należy doprowadzić do inwersji obsadzeń, czyli przewagi atomów w stanie wzbudzonym nad atomami w stanie podstawowym, poprzez pompowanie atomów od stanu podstawowego do stanu wzbudzonego (realizowane np.: błyskiem lampy błyskowej, błyskiem innego lasera, przepływem prądu w gazie),

• Potrzebny jest układ optyczny (rezonator) odpowiednich wymiarach, złożony między innymi z częściowo przepuszczalnego lustra, w którym nastąpi wzmocnienie światła poprzez emisję wymuszoną (emisja fotonu przez atom pod wpływem działania identycznego fotonu inicjującego),

• Emisja laserowa zajdzie jeżeli wzmocnienie promieniowania zrównoważy straty promieniowania wewnątrz rezonatora i emisję części promieniowania na zewnątrz rezonatora.