光电检测技术与应用-2发光器件讲义.ppt

光电检测技术及应用第二章 发光器件（光源）;上一章主要内容回顾;一、光源的分类;一、光源的分类;一、光源的分类;一、光源的分类;一、光源的分类;一、光源的分类;一、光源的分类;二、发光二极管(LED);二、发光二极管(LED);★ 工作原理 发光二极管是由P型和N型半导体组成的二极管，PN结附近，N型材料中的多数载流子是电子，P型材料中的多数载流子是空穴，PN结上未加电压时构成一定的势垒。 ;★ 工作原理 当加上正向电压时，外加电场将削弱内建电场，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入。当导带中的电子与价带中的空穴复合时，释放出复合能量，这个能量会以热能、光能的形式辐射出来，即电致发光。 ;★ 工作原理 如果尝试使电流向其它方向流动，P型端就边接到电流负极和N型连接到正极，这时电流将不会流动。N型物质的负极电子被吸引到正极电子。P型物质的正极电子空穴被吸引到负极电子。因为电子空穴和电子都向错误的方向移动所以就没有电流流通过汇合处，损耗区增加。 ; 普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为0.67eV和1.12eV。;发光二极管的光谱特性;;按形状分：字段式、点式、光柱式、点阵式;u /V;发光二极管（LED）是冷光源。;;;发光二极管的特点;缺点 ★ 含有毒物质，如锑、砷、铬、铅、镍和铜等，对人体和环境的影响严重。 ★ LED白光主要是靠蓝光激发荧光粉，“蓝光技术”，人眼最不能接受的是蓝光和UV光(即紫外线光) 。;★ 能量量子化假设： 是一个划时代的发现，能量子的存在打破了一切自然过程都是连续的经典定论，第一次向人们揭示了自然的非连续本性。 ;★ 发光光谱 电子和空穴复合时放出能量的大小，即光子的能量。 光子的能取决于半导体材料的禁带宽度Eg，释放出的能量越大，发出的光辐射波长就越短。; 单向导电性，反向击穿电压约5伏，一般要加限流电阻以限定工作电流。发光二极管可工作在直流状态、交流状态和脉冲状态。;★ 光源：检测用光源、遥控器的光源、扣式微型电筒 ; 激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。 激光（Laser，Light amplification by the stimulated emission of radiation） 激光是20世纪60年代重大科技成就之一。 具有高方向性、高单色性、高亮度和相干性等重要特性。;激光器的工作原理;激光器的工作原理;激光的特性;按工作物质分类： 气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器） 固体激光器（如红宝石激光器） 半导体激光器（如砷化镓激光器） 液体激光器（染料激光器、燃料激光器）;气体激光器;气体激光器;气体激光器;气体激光器;1、内腔式激光器：两块反射镜直接贴在放电管两端。 优点：使用方便，不用调整。 缺点：放电发热或外界冲击发生形变导致谐振腔失调时，无法校正。 适用于短管结构。;2、外腔式激光器： 谐振腔的两块反射境与放电管分开，放电管的两端用布儒斯特窗密封构成反射最小的光通路。 布儒斯特窗本质上是一个偏振器，以布儒斯特角放置，光束的ｐ偏振分量将无损耗通过窗口，而ｓ偏振分量将被布儒斯特窗口反射。 优点：可随时调整反射镜的位置，达到最佳振荡条件。 缺点：腔易变动，需经常调整，腔内损耗增大。;3、半内腔式激光器： 谐振腔的一端采用内腔结构，另一端用布儒斯特窗密封，放电管与反射镜分开。 这种结构兼有前两者的优点，适于特殊要求的小型激光器的结构。;气体激光器;工作物质： 光学玻璃或光学晶体，掺入具有发射激光能力的金属离子。 如红宝石激光器是以掺有0.05%铬离子的氧化铝单晶体为工作物质。;固体激光器;种类： 红宝石激光器、钆（ga′）铝石榴石激光器（简称YAG激光器）和钕(nvˇ)玻璃激光器等，其中红宝石激光器发现最早、用途最广。 红宝石激光器： 是1960年美国梅曼发明的第一台激光器。 用高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。 ;固体激光器;工作物质：半导体材料，如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。 ;半导体激光器;工作物质： 有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体的溶液，染料如碳花青、若丹明和香豆素等 。;1、试用LED组成一个基本应用电路，并简述其工作原理