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光电检测技术 教案 章 节： 第二章 电致发光效应及器件 （二） 电致发光效应简介 发光二极管 第三节 半导体激光器 第四节 液晶显示器 第五节 等离子显示 讲解过程中介绍光学概念和性质。 教学任务： 使学生了解电致发光效应的含义； 掌握电致发光效应器件原理和特点； 了解电致发光效应器件应用。 重点及难点： 电致发光器件原理； 电致发光器件使用和选择方法； 器件应用范畴。 教学内容提要： 电致发光效应器件原理和特点； 几种电致发光器件使用和选择方法。 复习思考题、作业： 叙述激光器的结构和激光特点，举例说明激光的应用。 参考书： 《光电检测技术与应用》，郭培源，付杨编著，北京航空航天大学出版社，2006年 《光电检测技术》，曾光宇，张志伟，张存林主编，清华大学出版社，2005年 目 录 第二章 电致发光效应及器件 3 §2-1　第一节 电致发光效应 3 §2-2　第二节 发光二极管 4 § 2-2-1 半导体光源的物理基础 4 § 2-2-2 发光二极管的工作原理、结构及驱动 8 § 2-2-3 LED的特性 9 § 2-2-4 LED的特点及应用 11 §2-3　第三节 半导体激光器 12 § 2-3-1 光学谐振腔与激光器的阈值条件 12 § 2-3-2 半导体激光器的结构 16 § 2-3-3 半导体激光器特性 18 § 2-3-4 LD的应用 20 §2-4　第四节 液晶显示器 20 § 2-4-1 液晶显示器原理 20 § 2-4-2 液晶显示器的构造 23 § 2-4-3 液晶显示器的特点及应用 24 §2-5　第五节 等离子体显示板 25 § 2-5-1 等离子体显示板（PDP） 25 § 2-5-2 PDP的特征及应用 26 第二章 电致发光效应及器件 §2-1　首先回顾第一章中讲的光电检测技术中的光源。一般根据输出光束相干性，将光源分成相干光源和非相干光源，如图所示。 本章以电致发光电致发光(英文electroluminescent)，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。§2-2　第二节 发光二极管 § 2-2-1 半导体光源的物理基础 在物质的原子中，存在许多能级，最低能级E1称为基态，能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…) 称为激发态。 电子在低能级与高能级之间可以有3种跃迁，下面以E1与E2能级为例进行介绍。 图2三种跃迁形式示意图。 设在单位物质内，处于低能级E1和处于高能级E2的粒子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，原子分布遵循玻耳兹曼统计分布。 (1) 式中， ，为玻耳兹曼常数，T为热力学温度。 在热平衡状态下，总是有N1N2。受激吸收速率大于受激辐射速率。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为吸收物质。 如果N2N1，即受激辐射速率大于受激吸收速率，当光通过这种物质时，就会产生放大作用，这种物质称为增益介质（或激活介质）。 本征半导体的能带结构 图3本征半导体的能带结构 在热平衡状态下，电子在能带中的分布不再服从波尔兹曼分布，而是费米分布，能级E被电子占据的几率为: (2) 式中， ，为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，EF叫做费米能级。 费米能级并非实在的可由电子占据的能级，而是半导体能带的一个特征参量。它由半导体材料的掺杂浓度和温度决定，反映电子在半导体内能带上的分布情况。对于本征半导体，费米能级在禁带的中间位置，价带能级低于费米能级同时导带能级高于费米能级。 杂质半导体的费米能级的位置与杂