半导体光电子学(绪论)

光电子学Optoelectronics绪论一、课程介绍二、光电子学及其发展三、光电子器件及其应用地位作用课程性质考核性质和方式作业成绩评定一、课程介绍（非常重要）（专业基础课，必修）（闭卷）（平时:考试30:70）教材:《半导体光电子学》，黄德修，电子科技大学出版社，2013参考资料:《光电子学教程》，张季熊，华南理工大学出版社，2001《固体光电子学》，傅竹西，中国科技大学出版社，2012《光电子学（第二版）》，马养武王静环包成芳鲍超，浙江大学出版社，2004绪论第1章半导体中光子-电子的互作用第2章半导体激光器的结构和原理第3章半导体激光器的性能第4章半导体中的光吸收和光探测器第5章半导体光放大器课程主要内容二、光电子学及其发展1.什么是半导体光电子学？是研究半导体中光子与电子相互作用、光能与电能相互转换的一门科学；由光学和电子学相结合而形成的新技术学科。涉及量子力学、固体物理、半导体物理等一些基础物理；关联着半导体光电子材料及其相关器件；半导体光电子学的内涵远超出半导体光学或半导体中的光学性质。即不是简单地研究将光作用到半导体上所产生的物理现象，也研究半导体中电子对光子的反作用和能动性。1873年，史密斯（W．Smith）在“不良导体”硒中看到在光作用下电导增加的现象；1887年，赫兹（Hertz）将各种因光而致电的变化现象统称为光电效应；1897年，汤姆逊（Thomson）发现电子；1905年，爱因斯坦（Einstein）提出光子学说。2.半导体光电子学的发展电子和光子的发现和提出，为发展半导体光电子学奠定了基础。1911年前后，将硒这类“不良导体”称为半导体；20世纪前半叶，将电子在半导体中的行为上升到理论高度，并发现杂质对半导体性能的影响，通过人为掺入杂质改变半导体的导电性质；在研究微观粒子运动规律的量子力学、统计物理、热力学等现代物理的基础上，形成了半导体物理学。从而进一步奠定了半导体光电子学的理论基础。推动了研究者系统地研究半导体中光子与电子相互作用、光能与电能相互转换，使之成为当今极具活力和发展潜力的半导体光电子学。半导体激光器的出现；后来，在光纤通信需求的强烈拉动下，半导体光电子材料、半导体光电子器件（激光器、光探测器、光放大器等）快速发展。光电子学有时狭义地指光-电转换器件及其应用的领域。三、光电子器件及其应用1.什么是半导体光电器件2.半导体光电器件的分类3.半导体光电器件的发展4.半导体光电器件的应用5.光电子产业半导体激光器（LD）的发展发光二极管（LED）的发展1965年，GaAsP材料制作的红色LED商用化。光电探测器的发展最早出现的光电子器件是光电探测器。1958年，英国劳森等发明碲镉汞（HgCdTe）红外探测器。1929年，L.R.科勒制成银氧铯光电阴极，出现了光电管。1939年，前苏联V.K.兹沃雷金制成实用的光电倍增管。40年代，用半导体材料制成温差电型红外探测器和测辐射热计。50年代中期，可见光波段的硫化镉、硒化镉光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。后来，光通讯、信号处理、传感技术的发展，需要高速、高灵敏度的半导体光电探测器。为此，发展了PIN光电探测器、雪崩光电探测器（APD）、谐振腔增强型（RCE）光电探测器、金属半导体-金属行波光电探测器，以及分离吸收梯度电荷和信增（SAGCM）APD等。半导体光电子材料与器件性能还需不断提高。半导体光电子学面临进一步研究的课题：②低维（特别是一维和零维）量子材料的进一步完善和利用；③光子集成（PIC）和光电子集成（OEIC）是半导体光电子学发展的制高点和永恒的研究命题；④将现有半导体光电子器件的性能提高到极限。①充分开发能带工程的潜力；①信息领域(1)全球光通讯网络分布Globalopticalcommunicationnetworks3个0.85μm1.31μm1.55μm光纤通信中光电子器件的发展第一代:GaAlAsLED和LD/Si-PIN和Si-APD,短距离,低速m85.0InGaAsPLED和LD/Ge-APD和InGaAs-PINm3.1InGaAsPsinglemodeLD/InGaAs-PIN,APD长距离，高速m3.1DFBLD（分布反馈式激光器）/InGaAsPIN-FET等m55.1QWLD（量子激光器）…第二代:第三代:第四代:第五代:LED:(2)超黄纯绿黄绿超红超蓝三基色各种彩色LED灯各种显示模块室内外LED滚动显示条屏动感灯箱广告屏户外大屏幕彩色显示屏全国大部分城市已由传统交通灯替换为LED交通灯。LED交通灯(3)LED:②照明与能源领域(1)照明LEDCityLED汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命、响应速度快的优点。矿灯（左）及其照明效果(2)能源本田两座梦幻之车：由太阳能电池驱动，4天行驶3010公里。目前全球最大太阳能飞机“阳光动力”2号机翼上装有1.7万余块太阳能电池为飞机提供动力，白天剩余的能量还可以储存在锂电池组中以供夜间飞行，完成全程约3.5万公里的环球飞行，创造了全球不耗费任何燃料、完全依靠太阳能作为动力的飞机环球飞行纪录4月22日，世界最大太阳能飞机“太阳动力2号”如大风筝一般，在黑夜里滑翔下降南京机场。4月22日，世界最大太阳能飞机“太阳动力2号”如大风筝一般，在黑夜里滑翔下降南京机场。2015年4月22日，“太阳动力2号”在黑夜里滑翔下降南京机场。驾驶太阳能飞机的是安德烈•波斯贝格（AndreBorschberg）。③军事领域④光学仪器领域激光精密测距光纤传感⑤加工领域激光焊接机激光打标(雕刻)机⑥医疗领域主要分支光电材料与元件光成像和显示光信息处理光通信传感和数据存储光学器材产业激光器与激光应用5.光电子产业2005年：光电子产业的产值达到电子产业产值水平；2010年：以光电子信息技术为主导的信息产业达到5千亿美元的产业规模；2010年至2020年：光电子产业可能逐步取代传统电子产业，在21世纪将成为最大的产业；成为衡量一个国家经济发展水平和综合国力的重要标志之一。国际光电子产业分析光电子产业——21世纪的主导产业我国光电子产业2014年900多亿美元的产值，占到全球10%左右的市场份额；我国光电子产业近年来的发展迅速，每年以20%递增。国内光电子产业分析长春北京西安重庆武汉广州上海南昌无锡福州浙江我国光电子产业基地分布示意图总结1.理解半导体光电子学研究半导体中光子与电子的相互作用、光能与电能的相互转换；2.了解半导体光电子学的发展；3.理解半导体光电器件是光电相互转化的半导体器件；4.了解半导体光电器件的分类；5.了解半导体光电器件的应用。0dBm=1mW3dBm=2mW5dBm=3mW10dBm=10mW20dBm=100mW-3dBm=0.5mW-10dBm=100W-30dBm=1W-60dBm=1nW0dB=1+0.1dB=1.023(+2.3%)+3dB=2+5dB=3+10dB=10-3dB=0.5-10dB=0.1-20dB=0.01-30dB=0.001dB=10log10(P1/P0)dBm=10log10(P/1mW)换算基础知识