《光源与光检测器》PPT课件

《《光源与光检测器》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章通信用光器件4.1发光器件的原理与特性4.2光电检测器件4.1发光器件的原理及特性4．１．１　发光机理一．光子光电效应真空二极管由阳极和阴极组成,在阴极上涂有感光层(锌,银)，G为电流表。这个实验得出结论：当有光照射时，有电流产生，没有光照射时，无电流产生，这种现象称之为光电效应。发光机理解释：光照射阴极，感光层中的电子吸收了光的能量，克服了逸出功——冲向阳极，最后形成了电流。光阳极阴极光电实验发光机理光电实验如果用可见光（红----紫）照射，不论光强多大，照射时间多长，均无光电效应产生。但若用紫外光照射，即使时间很短，也可产生光电效应。

2、电磁波的波动理论光量子学说发光机理光量子学说光的能量是不连续的，光本身是由一粒粒运动的粒子组成，（称之为光子），光可以看成是一种以光速C运动的粒子流。光子是光的最基本单位，它的能量由光的频率决定，并且只能作为一个整体，一次性地被吸收或产生。E=hf其中E——光子能量，h——普朗克常数，f——光的频率发光机理光量子学说解释光电效应当用可见光频率较低或波长较长)照射时,由于光子能量不够故而无法产生出电流.当紫外光照射时,由于其光频较高,光子能量较大,所以阴极中的电子吸收了这一能量后,克服了逸出功,最后形成电流。二．原子的能级原子是由原子核和绕原子核

3、旋转的核外电子组成，原子中的电子只有在一定的量子态中运动。以硅原子为例，原子中共有14个电子环绕带正电荷的原子核旋转，14个电子运动的轨道是有区别的，各代表不同的量子态。发光机理电子按量子态运动所遵循的包里不相容原理电子在原子中的微观运动状态——量子态的一个最根本的特点是量子态的能量只能取某些特定的值，而不能随意的，原子中的电子只能在一定大小的彼此分隔的一系列轨道上运动，原子中能够实现的电子轨道是量子化的，它必须满足下列条件：2πr.MV=nh——电子轨道的量子条件发光机理三．晶体中的能带制造光源和检测器的材料:共价晶体。（能带结构）共价晶体：

4、每个原子最外层的电子和邻近原子形成共价键，整个晶体通过这些共价键原子联系起来。发光机理发光机理能带----晶体的能谱在原子能级的基础上按共有化运动的不同分裂成若干组，每组能级彼此靠得很近，组成有一定宽度的带。价带---形成化学键的价电子所占据的能带。导带---价带上面邻近的空带（自由电子占据的能带）。禁带---导带和价带之间的能带。原子的电离、以及电子和空穴的复合发光等过程，主要在导带和价带之间。四．价带和导带中能级的跃迁——光跃迁原子中的电子和外界交换能量：热跃迁--电子跃迁中和外界交换的能量是热运动的能量。光跃迁--交换的能量是光能。导带和

5、价带的三种光跃迁过程：自发辐射、受徼辐射和受激吸收。发光机理自发辐射处在导带Ei能级上的电子，按照一定的概率自发地跃迁到价带Ej能级上，并发射一个频率为f、能量为的光子，这个过程称为光的自发辐射过程。发光机理发光机理自发辐射的速率--单位时间里发生的自发辐射数。N2——晶体处于导带中的电子数密度，rsp——自发辐射概率，与导带被电子占据的概率和价带空着的概率之积成正比特点：自发辐射的光是一种非相干光各列光波的波长并不完全一致发光机理受激辐射当晶体中有光场存在，且光子能量hf=Ei-Ej（Ei和Ej分别为导带和价带上的能级）时，处于导带Ei能级的

6、电子在光场感应下跃迁到价带Ej能级上，同时发射一个和感应光子一模一样的光子，这个过程称为光的受激辐射。发光机理受激辐射发光机理受激辐射发生的概率与感应光场的强度成正比p(f)为单位频率上的能量密度，B为比例系数。特点：有激励光场；相干光；光波长一样。发光机理受激吸收当晶体中有光场存在时，且光子能量处在价带某能级Ej上的电子在感应光场的作用下，可能吸收一个光子而跃迁到导带某能级Ei，这个过程称为光的受激吸收过程。发光机理受激吸收的概率与受激辐射的概率相同，当有光场存在时，受激吸收过程和受激辐射过程同时发生，哪个过程是主要的，取决于导带和价带上电子

7、的分布。导带上电子密度高于价带的电子密度时受激辐射是主要的。发光机理激光的特点激光是一种特殊类型的光，它其有以下特点：能量高度集中频率单纯方向性好相干性好。受激辐射产生出的光子——激光发光机理一．激射条件有源区里产生足够的粒子数反转分布存在光学谐振腔，并在谐振腔里建立越稳定的振荡4.1.2半导体激光器的发光原理有源区里产生足够的粒子数反转分布1）半导体激光器是用直接带隙材料（光跃迁）做成的二极管。2）激光二极管工作在正向偏置下。注入正向电流，导带中的电子密度增加，发生自发辐射，发出光子，形成初始光场，受激辐射和受激吸收过程发生。3）注入电流增加

8、到一定值，使N2>N1，受激辐射主导地位。半导体激光器的发光原理受激辐射速率Rste=Wst*N2受激吸收速率Rsta=Wst*N1N2>N1，受激辐