光电检测技术与光纤基础课件：结型发光光源-发光二极管 和“激光二极管”

1、1玻璃基板透明电极外周封接剂分子取向层偏振片偏振片分子取向层液晶透明电极 玻璃基板 反射板2. 等离子体显示（PDP）等离子体-是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。（1）等离子体、等离子体平板显示等离子体显示板-（plasma display panel，PDP）是利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯排列构成的。 2 在PDP中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，称为放电胞，其工作原理与结构如右图所示。 透明电极放电区前玻璃基板 透明介电质层保护层壁障(隔断)荧光体选址电极后玻璃基板 发光区 紫外线行电极列电极放电胞电压为PDP整体结构示意图3（2）PDP的

2、特点3. 真空荧光显示（VFD Vacuum Fluorescent Display）真空三极管结构，荧光粉在电子的轰击下发光，有较高的发光亮度，工作温度宽-4080,寿命达上万小时早期用于数码管显示。广泛应用于汽车仪有和家用电子产品中由于大屏幕液晶显示技术的发展，PDP收到极大的打击。454. 电致变色显示（ECD）-利用某些物质在电的作用下发生氧化还原反应，改变颜色的性质，作成的显示器件对比度高，无视角问题，工作电压低，存储功能好，显示内容可保持几天以上但响应速度慢（达秒的量级），重复寿命不高（106107次）5. 电泳显示（EPD）电泳-液体中的有颜色带电粒子在外电场的作用下定向移动并附

3、着在电极上的现象功耗小，寿命长，响应速度几十至几百毫秒，价格低廉61.发光二极管的工作原理2.4.3 结型发光光源-发光二极管 和 “激光二极管”PN 结内建电场的形成及载流子的运动P漂移扩散N导带价带Eg施主能级N型半导体导带价带Eg受主能级P型半导体7P漂移扩散N外加正向偏压82. 发光二极管的特性参数1）量子效率内量子效率(接近100%）外量子效率（很低）产生的光子数/注入的电子-空穴对出射的光子数/注入的电子-空穴对主要由于材料的折射率很高，如GaAs，3.6，临界角很小之故。大多数光反射回去。2）发光与电流的关系成线性关系，与温度关系很大，可以实现电流信号调制。3）光谱特性光谱主要集

4、中在红外及红光，可见光。紫外光谱没有。问题：有直接辐射白光光谱的发光二极管吗？发光原理如何？114）响应时间5）寿命几ns100个ns都有，调制频率可以到达几十兆寿命很长，可达106h，可以使用100多年。但是使用时间会影响发光亮度优点： 发展历程50年代汤斯与普罗克霍洛夫各自独立发明微波放大器1958年-汤斯把理论推广至光波1960.7梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器，1964年获诺贝尔奖，开创了光学新时代2.5 激光器 激光的特点：（Laser，镭射)单色性/相干性方向性亮度132.5 激光器a. 自发辐射 原子在没有外界干预的情况下，电子会由处于激发态的高能级E2 自动跃迁至

5、低能级E1，这种跃迁称为自发跃迁。自发辐射光子频率1.光与物质相互作用的三个过程白炽灯、日光灯等普通光源，它们的发光过程就是上述的自发辐射，频率、振动方向、相位都不相同，不是相干光。自发辐射2.5.1 激光原理14b. 受激吸收 当原子中的电子处于低能级时，吸收光子的能量后从低能级跃迁到高能级-受激吸收。c. 受激辐射当原子中的电子处于高能级时，若外来光子的频率恰好匹配时，电子会在外来光子的诱发下向低能级跃，并发出与外来光子一样特征的光子-受激辐射。实验表明，受激辐射产生的光子与外来光子具有相同的频率、相位和偏振方向。受激吸收受激辐射152.爱因斯坦A系数和B系数低能级E1高能级E2原子由 低

6、高的机率原子由 高低 的机率E2E1E2E1h受激辐射和光放大16设处于低能态的原子总数为n1，处于高能态的原子总数为n2平衡状态下应有:又又讨论： 受激辐射系数与受激吸收系数相等 自发辐射机率远大于受激辐射机率 受激辐射机率显著增加 处于热平衡状态，受激辐射大于自发辐射。微波频率小，很容易满足183.激光产生的必要条件-粒子数反转、光泵、谐振腔1）粒子数反转只有当n2n1时，才能使辐射远大于吸收，实现有效的光放大-粒子数反转a. 自发辐射c. 受激辐射辐射吸收b. 受激吸收n1n2192）泵浦为维持粒子数的反转状态，需不断的将原子从低能级状态抽运到高能态，这个过程称为-泵浦。有电学的、化学的

7、、热学的、光学的。3）谐振腔2.5.2 激光器的结构和工作过程202.5.2 激光器的类型1.气体激光器a)氦氖激光器输出波长有：632.8nm,1.15m,3.39 mKAKAKA功率可1mW几十mW，波长的稳定度在10-6左右输出光的偏振特性好b)氩离子激光器输出波长有：452.9nm,476.5nm, 496.5nm, 488.0 nm,514.5nm（占80%左右功率）组成有：放电管、磁场、反射镜、色散元件、水冷系统等。处于大电流弧光放电状态，也有风冷式。用途有：激励源、照相制版用途有：计量测量、全息技术、准直、定标等22c)二氧化碳激光器输出波长有：911m, 典型波长：10.6 m

8、是连续输出功率最大，和转换效 率最高的气体激光器二氧化碳激光器的连续功率已达10kW，脉冲激光器的瞬时功率可达1014W。纵向激励：加纵向电场横向激励：加横向电场横流横向激励：工作气体垂直于轴向流动，且采用横向激励用途有：遥感测量、加工、医疗232.固体激光器工作物质-高质量的光学玻璃和光学晶体以红宝石激光器为例：输出波长为694.3nm的脉冲激光，宽度为几毫秒，输出能量可达1100J243.染料激光器输出波长：3201000nm有连续和脉冲两种工作方式，输出稳定，功率大于1W4.半导体激光器输出波长：0.3344m体积小，重量轻，效率高，寿命超过104h广泛应用于：光通信、测量、自动控制252.5.2 激光的特性1） 单色性好光在谐振腔传播时形成驻波，只有 满足驻波条件的光才能在谐振腔内存在 。不满足此条件的光很快减弱而被淘汰，谐振腔又起选频的作用。所以激光的单色性好q=1q=2q=3He-Ne激光器谱线宽度：10-2Hz，或10-8nmHe-Ne激光器荧光：109Hz。单色性最好的普通氪灯10-4nm264. 相干性好-单色性好、方向性好所以相干性好 。3. 辐射亮度高-气体激光器亮度可达104108W/(sr.cm2), 固体激光器达1071011W/ (sr.cm