光电子材料基础(共137张PPT).pptx

光电子材料基础;概述

半导体光学性质

激光原理和激光材料

光电子集成技术;2.1概述;2.2半导体光学性质;半导体光吸收过程;半导体的激发与复合;半导体的复合

被激发到较高能级的半导体材料，释放能量回到低能级状态的过程

直接复合与间接复合

体内复合与表面复合;2.3激光原理和激光材料;1954年美国物理学家汤斯研制成第一台微波激射器（1.25cm）;1960-5-17，TedMaiman发明第一台激光器;第一台红宝石激光器的拆卸图;连续氪弧灯的发射光谱图

我国的第一台激光器于1961年在长春光机所研制成功

实验表明，受激辐射产生的光子与外来光子具有相同的频率、相位、偏振方向和发射方向。

特点是输出波段遍布紫外到近红外，是目前可见光波段连续输出功率最高的激光器；

Cu原子有两条主要激光跃迁线：

高功率横流CO2激光器

(1)离子大小：晶体的晶格格点必须与激活离子的大小相当。

锯齿形光路板条状激光器

发射声子（非辐射型复合）

单色性好，带宽可小于20Hz

1978年，美国第一次成功研制出世界上第一个OEIC器件。

自终止（自限）跃迁方式

工作物质：固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器、自由电子激光器；

该法适于生长Cr：A12O3(红宝石)、Nd：YAG、Co：MgF2和Ti：A12O3(蓝宝石)，能获得大尺寸优质晶体，如Φ65mm的Co：MgF2晶体和Φ320mm、重50Kg的蓝宝石晶体。

适用于大功率固体激光器。

1961年提出了调Q概念，即设想把全部光辐射能压缩到极窄的脉冲中发射；;我国的第一台激光器于1961年在长春光机所研制成功;E2;受激吸收;受激辐射;在受激辐射中通过一个光的作用，得到两个特征完全相同的光子，如果这两个光子再引起其它原子产生受激辐射，就能得到更多的特征完全相同的光子----光放大，激光。;2.3.2.2粒子数正常分布和粒子数反转;数量级估计：;粒子数反转：激光产生的必要条件！;;;给工作物质施加外部作用;固体工作物质：光泵浦，掺铬刚玉、掺钕玻璃，掺钕钇铝石榴石等

气体工作物质：气体放电，如CO2、He-Ne等

半导体：注入大电流泵浦，如砷化镓等

其它泵浦方式：化学激励法、超音速绝热膨胀法、电子???激励法、核激励等。

从能量的角度看，泵浦过程就是外界提供能量给粒子体系的过程。;;;根据上面的分析，产生激光有三个主要元素：

（1）激活介质能经受激发射而使入射光

强放大；

（2）能使激活介质产生粒子数反转的泵

浦装置；

（3）放置激活介质的谐振腔，产生和维持光

振荡，从而实现光放大并实施发射频率

的选择。;2.3.2.4激光产生的阈值条件;阈值公式表明，光在谐振腔中每经过1次往返，即经过2次反射后，光强都要改变倍。如小于1，就意味着往返一次后光强减弱，来回多次反射后，它将变得越来越弱，因而不可能建立激光振荡。

只有当粒子反转数达到一定数值时，光的增益系数才足够大。因此，实现光振荡并输出激光，除了具备合适的工作物质和稳定的光学谐振腔外，还必须减少损耗，加快泵浦抽运速率，从而使粒子反转数达到产生激光的阈值条件。;2.3.3激光器组成;光学谐振腔：通过工作物质对激光提供反馈，以激发更多的光发射。;工作物质

激光器最重要的部分是工作物质，包括激活离子和基质。

用过渡金属离子（如Cr3+）激活的三能级激光晶体，如Cr3+：Al2O3

氧化物激光晶体

固体激光器材料用稀土离子（如Nd3+）氟化物激光晶体

激活的四能级体系复合石榴石激光晶体

激光玻璃（钕玻璃）

色心激光晶体（如LiF，KCl）

原子气体

气体激光器材料离子气体（氩离子、氪离子）

工分子气体（CO2、CO、N2分子）

作准分子气体（XeF、KrF）

物有机荧光染料（如罗丹明6B）

质液体激光器材料稀土螯合物（如Eu(TTA)3、Eu(BTF)4）