光电子技术与新型材料PPT课件
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光电子技术基础ppt精选课件
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类 调谐光源 型
可调谐染料激 光器
混 可调谐半导体 合 激光器
型 环形腔掺铒激 光器
半导体光纤环 形腔激光器
本
征
F-P腔掺铒光 纤激光器
型
环形腔掺铒光 纤激光器
工作参数及优缺点
仅从原理上验证了频域光学双稳态 的可行性。由于体积庞大、调谐困 难而不实用。 结构紧凑，但波长调谐范围小，调 谐精度不高（易受温度影响）。开 关速度较快，在微秒量级。 体积小，波长调谐范围较宽，调谐 精度高。开关速度较慢，在毫秒量 级。 体积小，开关速度快，皮秒量级。
通过本课程的学习，要求掌握的主要内容：
描述光场的麦克斯韦方程、波动方程、光波的表示与传 播特性、高斯光束的特性等；
激光产生的基本条件、激光器的基本结构和输出特性； 平面介质波导中的光传播特性、光波导的物理光学分析、 光纤基本知识； 光通信无源与有源器件，包括半导体激光器、光纤连接 器、光纤耦合器、光纤隔离器、偏振控制器、光纤激光器 以及光纤放大器等； 光调制技术，包括晶体光学基础、光在晶体中的传播、 电光以及声光调制器等； 光电探测技术，包括光探测器性能参数、探测方式、物 理效应以及光电探测器的种类。
ppt精选版光电子技术发展史年代60年代70年代80年代90年代技术成就激光器的问世低损耗光纤的实现半导体激光器的成熟超大功率量子阱阵列激光器的出现光纤无源和有源器件的出现相关应用为光与物质相互作用的研究提供了一个极其有效的工具导致以光纤通信光纤传感为代表的光信息技术蓬勃发展导致半导体双稳态器件的发为光纤通信产业的发展提供了网络物理层的基信息光电子技术与器件光电子器件光源器件光传输器件光控制器件光探测器件光存储器件光盘光驱光盘塔调制器偏转器光开关光双稳器件光电导型各种传感器相干光源非相干光源光学元件光波导光纤ppt精选版光电子技术应用光纤通信传输光信息处理分光分析光应用计算光空间传输光学双稳态1969年szoke首先提出光学双稳态
课件光电子技术与新型材料4.4分解
10
4.4.4、电光相位延迟
2、横向应用 如果沿z向加电场，光束传播方向垂直于z轴并与y（或x）轴成 45角，这种运用方式一般采用45z切割晶体。
L z V 电压
输入光偏 振方向
x
y
d
传播方向
电极
9
4.4.4、电光相位延迟
2、横向应用 设光波垂直于xz平面入射，E矢量与z轴成45角，进入晶体（y=0） 后即分解为沿x和z方向的两个垂直偏振分量。相应的折射率分别为
一种是电场方向与通光方向一致，称为纵向电光效应； 另一种是电场与通光方向相垂直，称为横向电光效应。
x
出射光
z
入射光
y
V
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4.4.4、电光相位延迟
1、纵向应用
如果光波沿KDP类晶体Z方向传播，则其双折射特性取决于椭球 与垂直于Z 轴的平面相交所形成的椭园。令 Z = 0，椭圆方程为:
( 12 63 E z ) x2 ( 12 63 E z ) y2 1 n0 n0
d ( 12 ) 23 dn n n
1 << 2 n0
3 n dn d ( 12 ) 2 n
利用微分式
3 nx 1 n0 63 E z 2 即得到(泰勒展开后得) : 3 n y 1 n0 63 E z 2 n z 0
24
4.4.1光波在KPD晶体中传播 故
E x， E y ， E z 是电场沿
x ， y ， z 方向的分量。
31
4.4.1光波在KPD晶体中传播
4 2 m点群，负单轴晶体。 KDP（KH2PO4）晶体：四方晶系，
n x n y n 0， n z n e
这类晶体的电光张量为:
07光电子材料 (2)65页PPT
5
7.1 固体激光材料
激光的特点及发光原理 激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在
微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。
➢ 特点—— ✓ 高亮度：由于激光器可以做到断续发光，使其能量积累到一
定程度再突发出来，因而具有很高的功率，最大可达10 W， 再加上激光的方向性好，使其亮度极高，比太阳的亮度还高 出上千亿倍，只有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光才能与之相比。 利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温， 进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。
收，光子数减少。
✓ 因此，当光子射人原子系统时，系统使光子增殖还是减少，完全取决子该原子
系统中处于高能态与低能态原子的比率。为了使受激辐射成为主导，必须使高 能级粒子数超过低能级粒子数，即所谓要求实现“粒子数反转”。
✓ 激光材料（激光工作物质）实质上就是具有适当的能级结构，可实现粒子数反
转（通过对其激励，使粒子从低能级跃迁至高能级，通常称为“光泵”）的工 作物质。
腔组成。工作物质就是指借助外来能源激励实现粒子数反转(即： 使其处于高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，是产生激光 的关键)并产生受激辐射放大作用的物质系统，这个物质系统即为 我们所要讨论的激光材料。
8
7.1 固体激光材料
激光晶体
➢ 对固体基质材料的性能要求—— ✓ 具有强的荧光辐射、高的量子效率、适当的荧光寿命和受激发射截面。
7
7.1 固体Biblioteka 光材料激光晶体 ➢ 根据晶体的组成和激光激发过程中所起的作用，材料结构可分为
两个部分——
✓ 组成晶格的主组分称为基质晶体，其作用主要是为激活离子提供
一个适当的晶格场。
✓ 另一部分是发光中心，实际上是少量掺杂离子，称为激活离子。 ➢ 激光的波长主要取决于激活离子的内部能级结构。 ➢ 激光器主要由工作物质(基质和激活离子)、激发源 (泵浦)和共振
7.1 固体激光材料
激光的特点及发光原理 激光是一种新型光源，方向性好，亮度高，能量集中，可在
微米大小圆斑内产生几万乃至几百万摄氏度的离温。
➢ 特点—— ✓ 高亮度：由于激光器可以做到断续发光，使其能量积累到一
定程度再突发出来，因而具有很高的功率，最大可达10 W， 再加上激光的方向性好，使其亮度极高，比太阳的亮度还高 出上千亿倍，只有氢弹爆炸瞬间的强烈闪光才能与之相比。 利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温， 进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。
收，光子数减少。
✓ 因此，当光子射人原子系统时，系统使光子增殖还是减少，完全取决子该原子
系统中处于高能态与低能态原子的比率。为了使受激辐射成为主导，必须使高 能级粒子数超过低能级粒子数，即所谓要求实现“粒子数反转”。
✓ 激光材料（激光工作物质）实质上就是具有适当的能级结构，可实现粒子数反
转（通过对其激励，使粒子从低能级跃迁至高能级，通常称为“光泵”）的工 作物质。
腔组成。工作物质就是指借助外来能源激励实现粒子数反转(即： 使其处于高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，是产生激光 的关键)并产生受激辐射放大作用的物质系统，这个物质系统即为 我们所要讨论的激光材料。
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7.1 固体激光材料
激光晶体
➢ 对固体基质材料的性能要求—— ✓ 具有强的荧光辐射、高的量子效率、适当的荧光寿命和受激发射截面。
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7.1 固体Biblioteka 光材料激光晶体 ➢ 根据晶体的组成和激光激发过程中所起的作用，材料结构可分为
两个部分——
✓ 组成晶格的主组分称为基质晶体，其作用主要是为激活离子提供
一个适当的晶格场。
✓ 另一部分是发光中心，实际上是少量掺杂离子，称为激活离子。 ➢ 激光的波长主要取决于激活离子的内部能级结构。 ➢ 激光器主要由工作物质(基质和激活离子)、激发源 (泵浦)和共振
【精品课件】光电子技术(激光器件).pptx
Pth n2th A21VRh p lcab1 ........(1.2 10)
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三种工作物质的阈值比较
工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01， 输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2
参数
σ21（cm2） νp（S－1） ntot(cm-3) η0 Δnth(cm-3) n2th(cm-3) Eth(J)
21 0 A21 / 4 2n2
g n 21......................(1.2 2)
高斯线型
21 0 A21 ln 2 / 4 2n2
22
固体激光器阈值
受激辐射截面
红宝石 2.5E-20 cm2
Nd3+:YAG
27~88E-20 cm2
Nd3+:Glass 3E-20 cm2
20
100% I0
工作物质
固体激光器的阈值
R
I’ l
I ' I0 Re2(g )l
Re 1 阈值条件：
2(g )l
21
固体激光器阈值
gth
1 2l
ln
1 R
.................(1.2 1)
洛仑兹线型中心频率处的增益系数：
g
n
0 A21 4 2n2
其中，n
n2
g2 g1
n1
n为激光工作介质中的折射率
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数 工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21
新型硅基集成微电子及光电子材料PPT课件
栅介质的限制
超薄栅氧化层
随着 d 的缩小，栅漏电流呈 指数性增长
直接隧穿的泄漏电流 栅氧化层的势垒
d d限制： 3 ~ 2 nm
第25页/共60页
栅介质的限制
Dox
d多晶硅耗尽
+ d栅介质层
+ d量子效应
由多晶硅耗尽效应引起的等效厚度 : d多晶硅耗尽 ~ 0.5nm 由量子效应引起的等效厚度: d量子效应 ~ 0.5nm
2 /Degree
第51页/共60页
五.硅基光电子材料
• Si在微电子领域占据绝对主导地位 • 至今为止，Si在光电子领域没有得到应有的应用。
• Si是间接带隙半导体，不发光。 • Si光电二极管/Si光/ Si太阳能电池 • 但是，利用成熟的硅IC工艺，实现Si基集成发光的努力从来就没有停止。
14
第14页/共60页
等比例缩小定律
• 1974年由Dennard提出 • 基本指导思想是：保持MOS器件内部 电场不变：恒定电场规律（CE律）
• 等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高集成 电路的性能
• 电源电压也要缩小相同的倍数
第15页/共60页
CE律的问题
• 阈值电压不可能缩的太小 • 源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小 • 电源电压标准的改变会带来很大的不便
倍
第8页/共60页
IC类型(按器件结构分)
• 双极型IC：主要由双极三极管构成
• NPN型 • PNP型
优点是速度高、驱动能力强， 缺点是功耗较大、集成度较低
• MOS型IC：主要由M功O耗S低三、极集管成度构高成，随着特征
尺寸的缩小，速度也可以很高 • NMOS
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
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• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
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由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
第三章光电子技术-PPT课件
LD的工作特性（模式特性）
（1）
提高LD性能的方法
（2）
单纵模（SLM）激光器 设计的基本思想
使
几种典型的SLM激光器
大功率光纤激光器
包层泵浦技术
光纤耦合技术
大功率光纤激光器
美 国 IPG Photonics 公 司 、 德 国 Jena 大 学 的 应 用 物 理 所 和 英 国 Southampton 的 ORC 研 制 的 单 根 双包层光纤激光器，连续输出功率 分别达到135W、150W、1000W、 4000W, 20000W
难点
控制能力差
电子技术的发展
半导体电子学的强大生 命力在于它能够实现集 成化
处理功能和运行速度得 到大幅度提高，功耗大 大降低
尺寸大大缩小
芯片的成品率、可靠性 和性价比极大改善
但是利用电子作为信息的载体， 由于路径延迟和电磁串扰效应 的存在，无论从技术局限或是 经济代价以及信息安全的角度 来考虑，电子技术都出现了它 的阶段局限性。
5、半导体光电探测器
5.1 PN光电二极管
5.2 PIN光电二极管
5.3 APD光电二极管
5.4 光电二极管工作特性和参数
原因：W越大，光子入射到该区域的可能性 越大，被吸收产生光电流的概率就越高。
5.5 光电二极管一般性能和应用
谢谢
半导体掺杂材料的选择原则: 如果掺入的杂质原子代替半导 体晶格中的原子后存在多余的价电子，该杂质为施主杂质；如 果掺入的杂质原子代替半导体晶格中的原子后尚缺乏成键所需 要的电子，即存在电子空位，该杂质为受主杂质。
3、激光基本原理
光发射和光吸收
T为热力学温度，k=1.381×10-23J/K为玻尔兹曼常数