材料的光性能ppt課件(參考版)
2025-05-04 00:02本頁面
【正文】 亞穩(wěn)態(tài) 一、能級結(jié)構(gòu) ?ν 1 ?ν 2 ?ν 3 激發(fā)態(tài) 基 態(tài) 釹釔鋁石榴石 紅寶石 P167 （ a）示意圖 (b) 實物圖 冷卻管 二、激光器工作原理 1 2 3 4 5 6 1. 激光工作物質(zhì) 產(chǎn)生、發(fā)射激光的物質(zhì)，固體單晶，氣體等；通過摻雜控制亞穩(wěn)態(tài)能級。為了使激光持續(xù)輸出，必須 不斷地 “ 泵浦 ” 以補(bǔ)充高能級的粒子向下躍遷的消耗量。該過程稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 激光 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)： 在通常情況下，因為 熱力學(xué) 的 平衡態(tài) 服從波爾茲曼分布律，使得處于 基態(tài) （最低能級）的原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于處于 激發(fā)態(tài)（較高能級）的原子數(shù)。 激光（ Laser amplification by stimulated emission of radiation） ,受激輻射光放大 簡稱，單色性好、相干性強(qiáng)、方向性好的高能相干光束。 3. LED能帶工程 （ 帶隙調(diào)節(jié) — 摻雜 ） ? 替位式雜質(zhì)替代 N: GaP 綠光 LED 用 N 替代 P，成負(fù)電中心而成為電子陷阱，進(jìn)而形成陷阱－電子－空穴復(fù)合體，發(fā)射 λ=570nm的綠光 。故需要調(diào)節(jié)其 Eg，使其落入可見光區(qū)。 2 、 Ge 和 Si 可以制成優(yōu)良的 pn 結(jié)，但帶隙在光譜的紅外部分，而且是間接帶隙材料，復(fù)合躍遷幾率低，不宜作發(fā)光材料。 發(fā)光二級管（ LED） ? 由于 電子－空穴對的復(fù)合 ， 半導(dǎo)體材料發(fā)射光； ? 但是， 可以發(fā)射光子的 材料在室溫下 靠熱激發(fā) 不能夠發(fā)出明亮的光，因為靠熱激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對濃度不夠高，不足以產(chǎn)生可以分辨出的光輻射； ? 然而，外界能量如電場能可以激發(fā) 足夠數(shù)量 的 電子－空穴對 以至于產(chǎn)生 數(shù)量較大的自發(fā)復(fù)合輻射 ，導(dǎo)致材料明亮發(fā)光； ? 一個獲得足夠數(shù)量的電子－空穴對的 傳統(tǒng)辦法 就是 使 pn 結(jié)處于 正向偏置狀態(tài) ， 在同一空間（結(jié)區(qū)） 注入大量的電子和空穴，它們相遇復(fù)合發(fā)出較強(qiáng)的光； 一、 P型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 Ed EFn Ec Ea Ev EFp + EF Ec Ev qΦ0 + + + Φ0 — 載流子擴(kuò)散形成的反向平衡電場 (a) 偏壓 V=0 (b) 偏壓 V=V 二、 pn結(jié) 接觸后形成的能帶及 電致發(fā)光 Ec Ev q(Φ0V) 勢壘降低 qV EFn EFp qV I=0 I 0 ?1. LED發(fā)光原理 （ 1） 無偏壓時，載流子在 pn結(jié)界面擴(kuò)散，形成反向內(nèi)電場Φ0 ，阻礙載流子繼續(xù)流過，達(dá)到熱平衡，之后無載流子通過，無發(fā)光現(xiàn)象； （ 2） 在 pn結(jié)外加一正向偏壓 V，從外界 不斷地 注入載流子，維持 非平衡 載流子，使電子和空穴持續(xù)復(fù)合發(fā)光，電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?；這就是發(fā)光二極管（ LED）。在高溫下材料熱輻射所有波長的光子，則輻射成為 白光輻射 。 磷光體余輝時間 ： I I0/10所需要的時間 810 s? (b) 磷光材料 (a) 熒光材料 帶間自發(fā)輻射 淺能級參與自發(fā)輻射 激活劑 激活劑 磷光劑 /激活劑 (硫化物 /金屬 ） ： CaS、 SrS、 BaS、 ZnS、 CdS/ Ag、 Cu、 Mn ? 磷光材料 例， 電視屏中使用發(fā)藍(lán)光的 [ZnS:Ag] 和 發(fā)黃光的 [Zn,Gd]S: Cu,Al的混合材料，使熒光屏呈白色； 公路交通中的間路標(biāo) 長余輝的磷光體。磷光的特點可用 余輝時間 表征。 2. 輻射復(fù)合方式 ?ak /2?? ?? /2?k?效率高 占多數(shù)，InSb， GaAs 效率低 占少數(shù)，GaP， AlAs。 ? 介質(zhì)對光的散射 5. 2 材料的發(fā)光 引言 冷發(fā)光 熱輻射 發(fā)光二極管 激光 引言 發(fā)光 （光發(fā)射 /光輻射） ：原子處于激發(fā)態(tài)的電子向基態(tài)躍遷，與空穴復(fù)合，并釋放光子的過程； 1. 光的吸收和輻射 E2 E1 ?ν ?ν ?ν ?ν ?ν (a) 自發(fā)輻射 (b) 受激吸收 (c) 受激輻射 ? 熱平衡狀態(tài) : (a) ? (b), 受激輻射不起作用； ? 受激輻射產(chǎn)生的光子頻率、相位、偏振等幾乎與入射光子相同，從而能夠與入射光形成強(qiáng)相干，當(dāng)超過受激吸收時，就可能形成光放大； ? 要形成受激輻射放大，必須額外提供能量，使體系處于非平衡狀態(tài) 。 2） 晶粒排列方向 ：非各向同性的立方晶體或玻璃態(tài)，則必然存在雙折射，對于多晶體材料，結(jié)晶取向不完全一致，晶粒之間產(chǎn)生折射率差別，從而引起晶界處的反射和折射損失 。） ? 反射系數(shù)（取決相對折射率、表面光潔度，金屬反射主要因素。對于相分布均勻的材料，散射遵循指數(shù)衰減定律。 ? 一般吸收和選擇吸收 產(chǎn)生散射的原因是光
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