光电子器件基础.pptx

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光电子器件技术基础;徐征 博士 教授 博士生导师 北京交通大学光电子技术研究所 光学学会光电专业委员会 委员 中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会 理事 《液晶与显示》杂志编委 《光电子·激光》杂志编委 《光谱学与光谱分析》杂志编委 《现代显示》杂志编委 国际SID学会会员 研究方向 光电子材料及器件,平板显示技术,太阳能电池,真空及薄膜技术等方面的科研与开发工作。;光电转换的桥梁; 本门课程的主要目的是介绍各类光电子器件的基本原理、基本特性及各种应用。主要包括以下内容:;电磁波谱及主要产生方式;电磁波谱;光学光谱区;可见光谱;光学是一门经典科学,1960年激光的诞生使古老的光学获得了新的活力。激光在信息电子技术中的应用,是光学与电子学进一步相互结合而形成了一门新兴的交叉学科—光电子学,与之相应的是光电子材料和光电子器件。光学与电学都是历史悠久的学科,光与电打交道可分为三个回合: 19世纪60年代,Maxwell提出:光也是电磁波; 19世纪末-20世纪初,光电效应的实验和理论发展。1887年赫兹(Hertz)在气体放电实验中发现,当用紫外光照射在电极上时,将加速两电极间的放电。雷纳德(Lenard)用紫外光照射阴极表面,引起了电子发射。这即光电效应; 1960年第一台激光器的诞生,它是光学发展史上的一项重大的革命。也是20世纪最主要的重大发现之一。它将人类带入了一个光电子时代。;光电子技术的大量应用虽然是20世纪50年代中以后的事,但历史可追溯到100多年以前。最早出现的光电子器件是光电探测器,而光电探测器的物理基础是光电效应的发现和研究。 1873年,英国W.R.史密斯发现了硒的光电导性。 1888年,德国H.R.赫兹观察到紫外线照射到金属上时,能使金属发射带电粒子,但无法解释。 1890年,P.勒纳通过对带电粒子的电荷质量比的测定,证明它们是电子,由此弄清了外光电效应的实质。 1929年,L.R.科勒制成银氧色光电阴极,出现了光电管。 1939年,苏联V.K.兹沃雷金制成实用的导体材料制光电倍增管。 ; 20世纪30年代末???硫化铅红外探测器问世,红外线可探测到3μm辐射。 40年代初,用半导体材料制成的温差型红外探测器和测辐射热计。 50年代中期,可见光波段的硫化硒、硫化镉光敏电阻荷短波红外硫化铅光电探测器投入使用。 50年代末,美军将探测器用于代号为响尾蛇的空—空导弹 ,取得明显作战效果。1958年英国劳森等发明碲镉汞红外探测器。在军事需求牵引和半导体工艺技术驱动下,红外探测器自60年代以来迅速发展。 直到20世纪90年代,美、英、法等国大力发展了中波(3-5μm)和长波(8-14μm)红外多元器组件,广泛用于夜视、侦查、观瞄、火控和制导系统。1992年西方各国又用成熟起来的红外平面阵列在各种成成像技术中取代多元探测器组件。 ;激光器是光波段的相干辐射源。 理论基础是爱因斯坦在1916年奠定的:当时他提出了光的发射和吸收可以经过受激吸收、受激辐射和自发辐射等三种基本过程的假设。 1954年,美国C.H.汤斯才根据这个假设,以致冷的氨分子作为工作物质,研制成微波激射器。 稍后,苏联H.T.巴索夫和A.M.普罗霍洛夫研制成一氟化铯为工作物质的微波激射器。 1958年,C.H.汤斯和A.L.肖洛将微波受激辐射的原理推广到红外和可见波段,引入了激光的概念。 1960年,美国T.H.梅曼研制成红宝石激光器——世界上第一台激光器。这个突破在世界上引起了轰动,并形成了连锁反应,在短短的几年之内,氦氖激光器、半导体激光器、钕玻璃激光器、氩离子激光器、CO2激光器、化学激光器、染料激光器等相继出现。; 同时,几乎就在第一台激光器诞生之时起,人们就开始探索激光的应用,而且激光的军事应用被优先考虑,投入了大量的人力物力和财力。 1961年,第一台激光测距议问世,并很快推广应用,随着技术的进步,不断更新换代。 70年代初,美军在侵越战争中用激光制导炸弹依据摧毁了曾用普通炸弹付出很大代价都没有炸毁的一座桥梁。同时美军在越南战争中使用了激光致盲武器。 近20多年来,激光器的各种发展很快,其波长分布在从软X射线道远红外的各个波段,最高的峰值功率达到1014W量级,最高平均功率达兆瓦级,最脉宽为10-16s量级,最高频率稳定度达10-15,调频范围从200nm到4μm的波段。 同时,激光器的结构、工艺日趋成熟,稳

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