光电信息技术(精)ppt课件
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光电技术简介-PPT精选文档
干 性
高
亮
度
R S 光
SR应 用 测 量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
应
用
太 屋 大 太 宇
阳 顶 规 阳 宙
能 发 模 能 发
发电 电 集中发电 汽车 电
功 能 器 件
纤
通
信
系
高清晰度图像系统 壁挂式大型电视 立体显示器 高清晰度摄像机
光电子计算机 超 高 速 运 算 (ps~fs) 2维 并 行 处 理 光互连
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
理学院物理科学与技术系
School of Science, Physical Science and Technology Department
杨应平
功 激 光 太 光 光 液 集 量
能 光 接 阳 开 调 晶 成 子
ห้องสมุดไป่ตู้
器 、 收 能 关 制 器 光 效
件 发 光 器 件 器 件 电 池 器 件 路 应 器 件
新
量 容 大 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
功
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
“光”和“电”彼此间渗透和结合==〉 光电混合系统
------（简称）光电系统
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
1.2 光电系统
研究大功率光辐射的产生、控制、 利用和转换--光电能量系统 以光辐射和电子流为(光电子)信息 载体，通过光电或电光相互变换方 法，进行相关的信息处理--光电信 息系统
高
亮
度
R S 光
SR应 用 测 量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
应
用
太 屋 大 太 宇
阳 顶 规 阳 宙
能 发 模 能 发
发电 电 集中发电 汽车 电
功 能 器 件
纤
通
信
系
高清晰度图像系统 壁挂式大型电视 立体显示器 高清晰度摄像机
光电子计算机 超 高 速 运 算 (ps~fs) 2维 并 行 处 理 光互连
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
理学院物理科学与技术系
School of Science, Physical Science and Technology Department
杨应平
功 激 光 太 光 光 液 集 量
能 光 接 阳 开 调 晶 成 子
ห้องสมุดไป่ตู้
器 、 收 能 关 制 器 光 效
件 发 光 器 件 器 件 电 池 器 件 路 应 器 件
新
量 容 大 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
功
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
“光”和“电”彼此间渗透和结合==〉 光电混合系统
------（简称）光电系统
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
1.2 光电系统
研究大功率光辐射的产生、控制、 利用和转换--光电能量系统 以光辐射和电子流为(光电子)信息 载体，通过光电或电光相互变换方 法，进行相关的信息处理--光电信 息系统
光电信息物理ppt
磁光器件
磁光调制器（电流传感器）
• 螺线管将电流调制信 号变成磁场调制信号
调制磁场 调制电流
• B // k ，
法拉第旋转
P1
恒定磁场 （偏置）
• 线偏光通过磁光介质，偏振面旋转，转角 磁场（电流）
• 检偏 P2 起偏 P1 ，检出偏转角大小——测出电流变化
探测
P2
二、光探测技术
——光电信息系统的解调
旋光现象：当线偏振光沿光轴方向通过某些天然介质时， 偏振面旋转的现象。
单色 自然光
偏振片1
石英晶片
偏振片2
P’2 （现消光）
P2 （原消光）
偏振化方向
d
光轴方向 (不产生双折射)
偏振化方向
1）右旋物质 面对着光源观察，使光振动面的旋转为顺时针的 旋光物质.（如葡萄糖溶液）
2）左旋物质 面对着光源观察，使光振动面的旋转为逆时针的旋光 物质.（如蔗糖溶液）
C
ny'
ny'
no
1 2
no3 63E3
相位延迟 z L处，两传播模有相位差（称作相位延迟）
ky' kx'
L
பைடு நூலகம்
C
L
no
1 2
no3 63Ez
no
1 2
no3 63Ez
k y' kx'
L C
L
no
1 2
n o 3
63E
z
no
1 2
n o 3
63E z
2 o
no3 63E3L
其他特 VIP专享精彩活动
权
VIP专属身份标识
开通VIP后可以享受不定期的VIP随时随地彰显尊贵身份。
《光电信息物理基础》课件
课程结构
分为多个模块，每个模块讲 解一个光电信息技术的重要 内容，逐步深入。
光电信息技术，以及光电效应在信息技术中的应用。
半导体器件
介绍半导体器件的基本原理和主要类型，如二极管、三极管等。
光纤通信
讲解光纤通信的原理和应用，包括光纤传输的优势和技术。
光电传感器
光电传感器应用
介绍光电传感器在自动控制、物体检测和测量等方面的应用。
光电传感器原理
讲解光电传感器的工作原理和分类，如光电开关、光电编码器等。
光电测量技
介绍光电测量技术的原理和应用，如光电测距、光电测速等。
光电二极管
介绍光电二极管的结构、原理和应用，如光电探测、光电转换等。
光敏电阻
讲解光敏电阻的工作原理和特性，以及在光电传感方面的应用。
光电三极管
介绍光电三极管的基本结构和工作原理，以及它在光电传感器中的应用。
光电显示技术
LED技术
讲解LED的工作原理和种类， 以及在显示技术中的应用。
LCD技术
介绍液晶显示技术的原理和 应用，如液晶屏幕、平板电 视等。
《光电信息物理基础》 PPT课件
这是一份《光电信息物理基础》的PPT课件，旨在向大家介绍光电信息技术的 基本概念和应用。通过本课程，您将了解该领域的主要内容和结构。
课程介绍
课程目标
通过本课程，培养学生对光 电信息技术的兴趣，并掌握 相关基本概念和原理。
课程内容
介绍光电信息技术的基本原 理、器件和应用，包括光电 效应、半导体器件和光纤通 信等。
OLED技术
介绍OLED的结构和特性，以 及其在显示技术中的优势和 应用。
光电存储器件
光盘技术
介绍光盘的结构和工作原理，以及在数据存储和传输中的应用。
光电信息技术 课件：2_2半导体激光器
相 对 光 强
§2.2.3 半导体激光器特性2
三、转换效率与输出光功率特性 激光器的电——光转换效率用外微分量子效率
§2.2.3 半导体激光器特性2
表示，其定义为在阈值电流以上，每对复合载流子产生的光子数 2.2.3-1
§2.2半导体激光器
§2.2 半导体激光器 ● 2.2.1 光学谐振腔与激光器的阈值条件 ● 2.2.2 半导体激光器的结构 ● 2.2.3 半导体激光器特性 ● 2.2.4 LD的应用
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件
§2.2.3 半导体激光器特性2
5 4 3 2 1 0
0 50 100 I /mA
发射光功率P/mW
图2.2.3-3典型LD的光功率特性曲线
四、温度特性 温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增大，二是外微分量子效率随温度升高而减小。图2.2.3-4 给出了LD的P-I曲线随温度变化的实例。 图2.2.3-4 LD的P-I曲线随温度的变化
图2.2.2-2 增益导引型半导体激光器 二、 折射率导引型半导体激光器 通过在侧向采用类似异质结的设计而形成的波导，引入折射率差，也可以解决在侧向的光限制问题，
ห้องสมุดไป่ตู้
P-InP
InGaAsP
N-InP
注入电流
有源区
解理面
解理面
L
增益介质
R1
R2
z=0
z=L
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件
只有当增益等于或大于总损耗时，才能建立起稳定的振荡，这一增益称为阈值增益。为达到阈值增益所要求的注入电流称为阈值电流。 一个纵模只有在其增益大于或等于损耗时，才能成为工作模式，即在该频率上形成激光输出。 有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模激光器。通过在光腔中加入色散元件或采用外腔反馈等方法，可以使激光器只有一个模式激振，这样的激光器称为单纵模激光器。
§2.2.3 半导体激光器特性2
三、转换效率与输出光功率特性 激光器的电——光转换效率用外微分量子效率
§2.2.3 半导体激光器特性2
表示，其定义为在阈值电流以上，每对复合载流子产生的光子数 2.2.3-1
§2.2半导体激光器
§2.2 半导体激光器 ● 2.2.1 光学谐振腔与激光器的阈值条件 ● 2.2.2 半导体激光器的结构 ● 2.2.3 半导体激光器特性 ● 2.2.4 LD的应用
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件
§2.2.3 半导体激光器特性2
5 4 3 2 1 0
0 50 100 I /mA
发射光功率P/mW
图2.2.3-3典型LD的光功率特性曲线
四、温度特性 温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增大，二是外微分量子效率随温度升高而减小。图2.2.3-4 给出了LD的P-I曲线随温度变化的实例。 图2.2.3-4 LD的P-I曲线随温度的变化
图2.2.2-2 增益导引型半导体激光器 二、 折射率导引型半导体激光器 通过在侧向采用类似异质结的设计而形成的波导，引入折射率差，也可以解决在侧向的光限制问题，
ห้องสมุดไป่ตู้
P-InP
InGaAsP
N-InP
注入电流
有源区
解理面
解理面
L
增益介质
R1
R2
z=0
z=L
§2.2.1光学谐振腔与激光器的阈值条件
只有当增益等于或大于总损耗时，才能建立起稳定的振荡，这一增益称为阈值增益。为达到阈值增益所要求的注入电流称为阈值电流。 一个纵模只有在其增益大于或等于损耗时，才能成为工作模式，即在该频率上形成激光输出。 有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模激光器。通过在光腔中加入色散元件或采用外腔反馈等方法，可以使激光器只有一个模式激振，这样的激光器称为单纵模激光器。
《光电信息技术》课件
课件
以是光电信息技术PPT课件的大纲。通过分析光电传感器技术、光电器件、 光电信息处理技术、光电成像技术以及光电信应用与发展前景等方面，全面 介绍了光电信息技术的原理、应用、发展趋势等内容。
光电传感器技术
定义
光电传感器是一种利用物质对光的感应来检测物理量的传感器。
分类
光电传感器按响应方式可分为光导型、光电型和光敏型。
光电传感器的特性
高灵敏度、高速响应、长寿命、抗干扰能力强。
光电器件
光检测器件
用于将光信号转换成电信号的 器件，如光电二极管和光电开 关。
光发射器件
光放大器件
用于将电信号转换成光信号的 器件，如发光二极管和激光器。
用于增强光信号强度的器件， 如光纤放大器。
光电信息处理技术
1
光电信息处理的基础知识
光信号的传输、调制和解调，光电转换原理等。
2
光电信息处理的传统方法
如模拟光信号处理和数字光信号处理。
3
光电信息处理的新技术
如光子计算、光电存储等。
光电成像技术
CCD与CMOS成像器 件技术
介绍CCD和CMOS成像器件 的原理、特点和应用。
光电扫描成像技术
介绍光电扫描成像技术的原 理、应用和发展。
光学成像与计算机 数字处理技术
探讨光学成像与计算机数字 处理技术的结合与发展。
光电信息应用与发展前景
1 光电信息应用
广泛应用于通信、图像处理、生物医学等领域。
2 光电信息领域的未来发展趋势
人工智能与光电信息的结合，新材料的应用等。
总结
光电信息技术是一门发展迅速，应用广泛的技术领域。它在传感器技术、器 件技术、信息处理技术以及成像技术方面有着重要应用和前景。深入了解光 电信息技术的原理和应用，对推动科技进步和社会发展具有重要意义。
以是光电信息技术PPT课件的大纲。通过分析光电传感器技术、光电器件、 光电信息处理技术、光电成像技术以及光电信应用与发展前景等方面，全面 介绍了光电信息技术的原理、应用、发展趋势等内容。
光电传感器技术
定义
光电传感器是一种利用物质对光的感应来检测物理量的传感器。
分类
光电传感器按响应方式可分为光导型、光电型和光敏型。
光电传感器的特性
高灵敏度、高速响应、长寿命、抗干扰能力强。
光电器件
光检测器件
用于将光信号转换成电信号的 器件，如光电二极管和光电开 关。
光发射器件
光放大器件
用于将电信号转换成光信号的 器件，如发光二极管和激光器。
用于增强光信号强度的器件， 如光纤放大器。
光电信息处理技术
1
光电信息处理的基础知识
光信号的传输、调制和解调，光电转换原理等。
2
光电信息处理的传统方法
如模拟光信号处理和数字光信号处理。
3
光电信息处理的新技术
如光子计算、光电存储等。
光电成像技术
CCD与CMOS成像器 件技术
介绍CCD和CMOS成像器件 的原理、特点和应用。
光电扫描成像技术
介绍光电扫描成像技术的原 理、应用和发展。
光学成像与计算机 数字处理技术
探讨光学成像与计算机数字 处理技术的结合与发展。
光电信息应用与发展前景
1 光电信息应用
广泛应用于通信、图像处理、生物医学等领域。
2 光电信息领域的未来发展趋势
人工智能与光电信息的结合，新材料的应用等。
总结
光电信息技术是一门发展迅速，应用广泛的技术领域。它在传感器技术、器 件技术、信息处理技术以及成像技术方面有着重要应用和前景。深入了解光 电信息技术的原理和应用，对推动科技进步和社会发展具有重要意义。
《光电信息技术》PPT课件
20
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
目录
序 前言
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 半导体能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
21
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
8
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
专家倡导的“863计划”受信息化、数字 化、网络化浪潮的推动，中国的光电信 息市场和产业也呈现出高速增长态势， 成为拉动整个国民经济增长的第一支柱 行业。1999年底全国范围内建成了“八 横八纵”的光缆网．武汉、广东和长春
等地提出了建设中国光谷的规划。
现代信息技术的发展，迫切需要培
划的
7
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
重点是光电子产业。据国家统计资料显 示，世纪具有代表意义的主导产业，第 一是光子产业，第二是信息通信产 业……”。 我国政府十分重视光电子技术和产 业的发展，已将它列入国民经济优先发 展的领域，把光电子产业列为国家重点 发展计划，继1986年3月王大恒等四位
8 ．试设计一个用于水下作业的光纤开关系统， 用双向可控硅控制用电器。请画出全部电子线 路图。
25
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
§4.2.2 光电遥控 §4.2.3 光纤开关 §4.3 光纤通信 §4.3.1 光纤通信原理及构成 §4.3.2 光纤通信系统 §4.3.3 光纤网络系统 §4.4 光纤传感器 §4.4.1 元件型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器
13
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目录
序 前言
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 半导体能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
21
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8
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
专家倡导的“863计划”受信息化、数字 化、网络化浪潮的推动，中国的光电信 息市场和产业也呈现出高速增长态势， 成为拉动整个国民经济增长的第一支柱 行业。1999年底全国范围内建成了“八 横八纵”的光缆网．武汉、广东和长春
等地提出了建设中国光谷的规划。
现代信息技术的发展，迫切需要培
划的
7
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重点是光电子产业。据国家统计资料显 示，世纪具有代表意义的主导产业，第 一是光子产业，第二是信息通信产 业……”。 我国政府十分重视光电子技术和产 业的发展，已将它列入国民经济优先发 展的领域，把光电子产业列为国家重点 发展计划，继1986年3月王大恒等四位
8 ．试设计一个用于水下作业的光纤开关系统， 用双向可控硅控制用电器。请画出全部电子线 路图。
25
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§4.2.2 光电遥控 §4.2.3 光纤开关 §4.3 光纤通信 §4.3.1 光纤通信原理及构成 §4.3.2 光纤通信系统 §4.3.3 光纤网络系统 §4.4 光纤传感器 §4.4.1 元件型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器
13
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光电技术第10讲ppt课件
5
3、光学灵敏杠杆法
其原理如下： •找拐点法D x x d 2源自 16测弦找中点法
两弦端点座标： (x ,y ), (x ,y 1 1 1 2)
y y ( y y ) / 2 3 1 2 1
D x x d 3 2
7
4、激光扫描法
其原理如下：
v f 2 f 4 v f L m m
ax ` ax `cos x 1 x b sin x `cos b sin （ ） x `cos （ ） 1 2 1 2
z b tan bf `/ x`
4
三角法测量精度影响因素： 内因——像差、光点大小和形状、探测器的固有 位置检测不确定度和分辨力，探测器的暗电流、 外界杂散光、电路噪声、温度漂移 外因——被测表面倾斜、光泽、粗糙度、颜色等， 解决方法：实验标定 产品有：日本Keyence，Reinshaw公司OP2，美 国MEDAR公司的2101型
用投影屏上的十字线或米字刻线对工件被测 部位的轮廓边缘分别进行对准，通过工作台 的移动在读数机构上测得工件的尺寸； 另一种是在投影屏上放大 的影像与标准图样（工件 的公差带）比较，检验工 件是否合格。
3
2、激光三角法
随着半导体技术、光电子技术等发展，三角法测 试技术在位移、物体表面形态和质量测试应用多， 其原理如下：
18
这个信号消除了光频载波的影响，以干涉条纹的相位 分布或光拍的时间性变化表征出被测量的变化。因此 这被看作是光学解调制的过程。
干涉测量的调制和解调过程可以是时间性的，也可以 是空间性的。根据调制的方式不同，形成了各种类型 的光学图样。这种以光波的时空相干性为基础，受被 测信息调制的光波时空变换称作相干光学信息。它的 形成和检测过程就是光载波受待测信息调制和已调制 光波解调再现为信息的过程。根据相干光学信息的时 空状态和调制方式，可以分为：局部空间的一维时间 调制的光信号和在二维空间内时间或空间调制光信号。
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其中能量最低的能带 禁带：价带与导带之间的区域
导带 禁带
价带
.
第14页
晶体中原子的能带
3p 3s 2p
2s
1s
原子能级
电子可以在某些整个能带内运动
3s 2p
2s
1s
结晶格能带
未填满 填满
图1.1.1-2 钠原子的能级和结晶格中的能带之比较
.
第15页
导体中的能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
能隙较小
导 带(空) 价 带(满)
半导体能带
注意：半导体的能带与绝缘体的能带很相似，只不过价带和导带 之间的能隙比绝缘体的要小得多。因此，半导体是一种绝 缘体，但它们的价带和导带之间的能隙约为1eV或更小。
.
第22页
.
第23页
半导体分类
•完全纯净和结构完整的半导体称为本征 半导体。 •含有缺陷和杂质的半导体称为非本征半 导体。 •半导体的许多特性是由所含的杂质和缺 陷决定的。
以前由电子方法实现的任务现在 用光学方法来完成 ——光电子技术。
.
第4页
光子学 Photonics (1970)
关于光子的科学及其应用。描述光子 在信息传输中的应用，包括光子束的产 生、导波、偏转、调制、放大，图象处 理、存储和探测 ”。
激光——光子时代的领衔主角。
.
第5页
本课程学什么？
•介绍光电检测技术的物理基础、电光信息转 换、光电信息转换和光电测控技术的应用。
考虑一种如图所示能带结构的 金属，这种能带结构可能相当 于钠(Z=11)的能级。
又如: Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1) Mg(1S22S22P63S2)
结论：具有如图所示那样能带结构的物质应为良导体， 换句话说，良导体(也称金属)是那些最高能带未 被完全填满的固体。
.
第16页
.
第12页
半导体的一些电学特性
①压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生 较大的变化．
用途：制成压敏元件，接入电路，测出电 流变化，以确定压力的变化． ②热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升 高而迅速减小．
用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围 内的温度变化．
.
第13页
能带理论
价带 ：能量最高的被价电子填满 的能带 导带：价带以上的能带基本上是 空的
.
第2页
电子学 Electronics (1910年)
研究电子运动的各种物理过程和物理现 象并加以广泛利用的科学。
研究电波的振荡、传播，电信号的放大、 变换，频率的稳定，混合，检波等等——半 导体微电子学。
.
第3页
光电子学 Opto-electronics (1955)
光学与电子学相结合的产物。将电 子学使用的电磁波频率提高到光频， 产生电子学所不可能产生的许多新功 能。
1s
镁 (1s2 2s2 2p63s2 ) 晶体能带
结论：实际上由于最高能带可能发生重叠，镁的3S电子可分布在 3S和3P能带中，因此镁应为良导体。对有些物质，它们的 原子具有满充壳层，但是在固体时由于最上面的满带和一 个空带重叠的话，便成为导体，常称这些物质为半金属。
.
第18页
半金属能带
3p
能带
金属能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
图1.1.1-3导体内的能带
价带内最上面的电子在外 界电场的作用下，可产生 集体17页
疑问：如上面的分析，那么Mg(镁)是否属于良导体呢？
3p
能带重叠
3s
2p
2s
未满带 半满带
满带
.
第10页
1.1.1能带理论 原子中电子的能级
原子核
2P
用能级表示电子绕 核运动的运动状态 2S
1S
E2激发态 E1激发态 E0基态
能带是现代物理学描写固体中原子外层电子运 动的一种图象。
.
第11页
导体,半导体,绝缘体的区别是什么？各有什么不同的用途？
导体绝缘体和半导体能带有何异同?
半导体是什么意思? 导体的导电原理 什么是半导体？ 什么叫半导体材料? 怎样知道一个物品是导体还是绝缘体? 半导体中的芯片是什么?
重叠
3s
2p
2s
未满带 未满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶 体 能 带 3s 电子可分布在 3s 和 3p 能带中
.
第19页
绝缘体的能带
3p
3s 2p 2s 1s
绝缘体能带
导 带 (空 )
能 隙 较 大 现在考虑这样一种物质， 价 带 (满 ) 最高能带即价带是满的，
而且不与下一个全空的 能带重叠,如图所示。
光电信息技术
常敏 changmin@
Tel:55271048 光电学院
.
第1页
光学 Optics （古希腊）
以几何光学和物理光学为基础 ——各种光学 仪器和设备（显微镜、望远镜、照相机、经纬仪、 光谱仪）。
以电磁辐射为研究对象（黑体辐射）——以 光与物质相互作用为主要研究内容（光电效应、 光探测器、新型光源）。
结论：绝缘体最上面的价带是满的，同时和下一个空 带之间有几个电子伏特能隙的固体。
.
第20页
绝缘体能带
3p
3s
2p
2s 1s
绝缘体能带
图1.1.1-5 绝缘体
导 带 (空 ) 能隙较 大 价 带 (满 )
.
第21页
半导体的能带
现在考虑这样一种物质，该物质的最高能带 是满的，而且不与下一个全空的能带重叠。
.
第24页
实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特性
是由所含的杂质和缺陷决定的。因此半导体分为两类：
本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体 N型半导体(掺有施主杂质原子，有额外的电子)
.
第6页
课程基本情况：
• 1） 学时：授课32, • 2） 学分：2学分 • 3） 相关课程：电工与电子技术、工程光
学等
.
第7页
考核评定方式
平时+报告
报告主题：提出一个运用光电技术的方案； 报告评定原则：根据方案实现功能的新颖 性、可行性、性价比，以及参与讨论时的 情况，从而判定学生创新能力和理解掌握 本课程的程度。 报告方式：每组4-6人，PPT，演讲有加分。
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第8页
几点要求：
1. 及时和老师沟通，沟通渠道 55271048,changmin@
2. 有事情提前请假 3. 遵守课堂纪律
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第9页
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
导带 禁带
价带
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晶体中原子的能带
3p 3s 2p
2s
1s
原子能级
电子可以在某些整个能带内运动
3s 2p
2s
1s
结晶格能带
未填满 填满
图1.1.1-2 钠原子的能级和结晶格中的能带之比较
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第15页
导体中的能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
能隙较小
导 带(空) 价 带(满)
半导体能带
注意：半导体的能带与绝缘体的能带很相似，只不过价带和导带 之间的能隙比绝缘体的要小得多。因此，半导体是一种绝 缘体，但它们的价带和导带之间的能隙约为1eV或更小。
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第23页
半导体分类
•完全纯净和结构完整的半导体称为本征 半导体。 •含有缺陷和杂质的半导体称为非本征半 导体。 •半导体的许多特性是由所含的杂质和缺 陷决定的。
以前由电子方法实现的任务现在 用光学方法来完成 ——光电子技术。
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第4页
光子学 Photonics (1970)
关于光子的科学及其应用。描述光子 在信息传输中的应用，包括光子束的产 生、导波、偏转、调制、放大，图象处 理、存储和探测 ”。
激光——光子时代的领衔主角。
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第5页
本课程学什么？
•介绍光电检测技术的物理基础、电光信息转 换、光电信息转换和光电测控技术的应用。
考虑一种如图所示能带结构的 金属，这种能带结构可能相当 于钠(Z=11)的能级。
又如: Li(1S22S1);Al(1S22S22P63S23P1) Mg(1S22S22P63S2)
结论：具有如图所示那样能带结构的物质应为良导体， 换句话说，良导体(也称金属)是那些最高能带未 被完全填满的固体。
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半导体的一些电学特性
①压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生 较大的变化．
用途：制成压敏元件，接入电路，测出电 流变化，以确定压力的变化． ②热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升 高而迅速减小．
用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围 内的温度变化．
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能带理论
价带 ：能量最高的被价电子填满 的能带 导带：价带以上的能带基本上是 空的
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第2页
电子学 Electronics (1910年)
研究电子运动的各种物理过程和物理现 象并加以广泛利用的科学。
研究电波的振荡、传播，电信号的放大、 变换，频率的稳定，混合，检波等等——半 导体微电子学。
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第3页
光电子学 Opto-electronics (1955)
光学与电子学相结合的产物。将电 子学使用的电磁波频率提高到光频， 产生电子学所不可能产生的许多新功 能。
1s
镁 (1s2 2s2 2p63s2 ) 晶体能带
结论：实际上由于最高能带可能发生重叠，镁的3S电子可分布在 3S和3P能带中，因此镁应为良导体。对有些物质，它们的 原子具有满充壳层，但是在固体时由于最上面的满带和一 个空带重叠的话，便成为导体，常称这些物质为半金属。
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第18页
半金属能带
3p
能带
金属能带
3p
空带
3s
半满带
2p
2s
满带
1s
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
图1.1.1-3导体内的能带
价带内最上面的电子在外 界电场的作用下，可产生 集体17页
疑问：如上面的分析，那么Mg(镁)是否属于良导体呢？
3p
能带重叠
3s
2p
2s
未满带 半满带
满带
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第10页
1.1.1能带理论 原子中电子的能级
原子核
2P
用能级表示电子绕 核运动的运动状态 2S
1S
E2激发态 E1激发态 E0基态
能带是现代物理学描写固体中原子外层电子运 动的一种图象。
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导体,半导体,绝缘体的区别是什么？各有什么不同的用途？
导体绝缘体和半导体能带有何异同?
半导体是什么意思? 导体的导电原理 什么是半导体？ 什么叫半导体材料? 怎样知道一个物品是导体还是绝缘体? 半导体中的芯片是什么?
重叠
3s
2p
2s
未满带 未满带
满带
1s
镁 (1s2 2s2 2p6 3s2 ) 晶 体 能 带 3s 电子可分布在 3s 和 3p 能带中
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绝缘体的能带
3p
3s 2p 2s 1s
绝缘体能带
导 带 (空 )
能 隙 较 大 现在考虑这样一种物质， 价 带 (满 ) 最高能带即价带是满的，
而且不与下一个全空的 能带重叠,如图所示。
光电信息技术
常敏 changmin@
Tel:55271048 光电学院
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第1页
光学 Optics （古希腊）
以几何光学和物理光学为基础 ——各种光学 仪器和设备（显微镜、望远镜、照相机、经纬仪、 光谱仪）。
以电磁辐射为研究对象（黑体辐射）——以 光与物质相互作用为主要研究内容（光电效应、 光探测器、新型光源）。
结论：绝缘体最上面的价带是满的，同时和下一个空 带之间有几个电子伏特能隙的固体。
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第20页
绝缘体能带
3p
3s
2p
2s 1s
绝缘体能带
图1.1.1-5 绝缘体
导 带 (空 ) 能隙较 大 价 带 (满 )
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第21页
半导体的能带
现在考虑这样一种物质，该物质的最高能带 是满的，而且不与下一个全空的能带重叠。
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第24页
实际上，晶体总是含有缺陷和杂质的，半导体的许多特性
是由所含的杂质和缺陷决定的。因此半导体分为两类：
本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体 N型半导体(掺有施主杂质原子，有额外的电子)
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课程基本情况：
• 1） 学时：授课32, • 2） 学分：2学分 • 3） 相关课程：电工与电子技术、工程光
学等
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考核评定方式
平时+报告
报告主题：提出一个运用光电技术的方案； 报告评定原则：根据方案实现功能的新颖 性、可行性、性价比，以及参与讨论时的 情况，从而判定学生创新能力和理解掌握 本课程的程度。 报告方式：每组4-6人，PPT，演讲有加分。
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第8页
几点要求：
1. 及时和老师沟通，沟通渠道 55271048,changmin@
2. 有事情提前请假 3. 遵守课堂纪律
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第9页
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应