[理学]7 光电子材料.ppt

7. 光电子材料 7.1 固体激光材料 7.2 半导体发光材料 7.3 光导纤维材料 7.4 透明导电薄膜材料 7.5 其他光电材料 激光工作物质 泵浦源 聚光腔 谐振腔 冷却与滤光 激光的应用 工业 加工，测量，快速成型，准直，光刻，光盘 通讯 半导体激光器，放大器 航天 测距 军事 雷达，制导，测距，制盲 医学 手术刀，眼科，皮肤科，结石，血管，光镊 科研 激光的应用 激光的应用 激光的应用 激光的应用 激光的应用 激光器的种类 固体激光器：（红宝石，Nd:YAG、Ti:Sapphire等），器件小、坚固、使用方便、输出功率大 气体激光器：（He-Ne、CO2、Ar+ 激光器等） ，结构简单、造价低，操作方便，工作介质均匀、光束质量好，长时间稳定连续工作 液体激光器（染料激光器等） ，特点：输出波长连续可调，覆盖面宽，但工作原理比较复杂。一般激光泵浦 半导体激光器（ GaAlAs、InGaAs等） ，特点：体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固。 7.2.2 常用半导体发光材料 1 GaAs 1.4eV 900nm 直接带隙，是很多III-V族发光器件的基础材料 2 GaP 2.26eV 550nm 间接带隙，主要通过掺入不同的杂质，可以发射短波长的光，如红、黄和绿等。 3 GaN 3.4eV 365nm 直接带隙，何以和InN等材料进行合金，形成发光波长处于蓝，紫和紫外波段 7.2.2 常用半导体发光材料 4 GaAs1-xPx 1.4eV-2.26eV 连续渐变 X0.38 直接带隙 发光效率高 X0.38 由直接带隙向间接过渡 x=0.4，发光650nm效率较高 X0.45 间接带隙发光效率低 7.2.2 常用半导体发光材料 5 AlGaAs 1.4eV-2.13eV 连续渐变 X0.35 直接带隙 发光效率高 复习思考题 2 非辐射性复合 (2)俄歇过程 在电子与空穴的复合过程中，多余能量未以光辐射形式出现．而是被导带中的其他电子吸收。吸收能量的电子被激发到导带的高能量状态，其后再逐渐放出声子，回到导带的下端。这种过程通常发生于存在晶格缺陷的晶体中。 (3)表面复合 在晶体的表面，通常缺陷密度远高子晶体内部，因此在表面引起的各种非辐射性复合的几率也比内部高得多，因此半导体发光器件的效率和可靠性不仅与材料结构有关，也与表面状态有密切关系。在器件制作时，采用致密的氧化物膜层理盖表面是减少非辐射性复合，提高发光效率的有效途径。 * * 随着社会的发展，社会信息量和信息交流的迫切性急剧增加，迅速提高信息的传输，存储和处理速度成为信息社会发展的首要课题。光作为更高频率和速度的信息载体，正在得到日益广泛的应用。 随着激光的出现，光通信，光存储和光信息等科学开始迅猛发展；特别是70年代低损耗光纤的研制成功，在通信行业引发了全新的革命，信息交流速度得以成倍的增加；80年代光盘存储材料去的突破性进展，使得光信息存储走进千家万户。 7.1 固体激光材料 激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是通过受激发射光扩大。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。  　　激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的100亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。 7.1 固体激光材料 1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器 7.1 固体激光材料 第一台红宝石激光器的拆卸图 3.1 固体激光材料 7.1 激光的特点及发光原理 （1）方向性好，亮度高：由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。亮度是衡量一个光源质量的重要指标，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点出产生几千到几万度的高温。激光发射后发散角非常小，激光射出20公里，光斑直径只有20——30厘米，激光射到38万公里的月球上，其光斑直径还不到2公里。 （2）单色性好 ：光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长