photonics (1097121)
Текст из файла
Материалы для фотоники- Светоизлучающие элементы (СИЭ)- Оптоволокно- Фотонные кристаллы(часть материала предоставлена А.Тихоновым (Химфак МГУ) иА.Синицким (ФНМ))Лекция new1. ФотоникаСветодиоды(Light Emitting Device, LED) 1962, "Дженерал электрик"1968 - начало использлвания1985 - сигнальные указатели1993 - LED голубого светаФонтан "ПохищениеЕвропы", Москва(площадь Киевскоговокзала) - 2000 гг.Лекция new1. ФотоникаПреимущества СИЭ-миниатюрность-значительное время эксплуатации (10000 ч.)-малое потребление энергии-высокий квантовый выход-не требуют водяного охлаждения-излучение в любой области (видимого) спектра-излучение близко к монохроматическомук.п.д. =число эмиттированных квантов светачисло инжектированных неосновных носителейЛекция new1.
ФотоникаПринцип действияОснова СИД - активный слой,включающий электронно-дырочныйпереход с шириной запрещенной зоны Egи заключённый междуполупроводниками n- и p- типа иомическими контактами. Когда токпротекает в прямом направлении,электроны проходят через переход состороны n-полупроводника, а дырки состороны p-полупроводника, в результатечего в области p-n - перехода происходитизлучательная рекомбинация собразованием фотонов с энергией hν≈Eg(прямозонные полупроводники: дно зоныпроводимости и потолок валентной зонырасположены при одном значенииволнового вектора).Схема и энергетическая диаграммап/п светоизлучающего диода (СИД).EF – уровень Ферми.Лекция new1.
ФотоникаШирина запрещенной зоны СИЭПервые светодиоды красная и инфракрасная областиспектра (GaAs, AlGaAs).Первые зеленые светодиоды - GaP,синие - SiC.(непрямая зонная структура Îизлучение слабой интенсивности)GaAs1-xPx: x=0.39 (λ=660 нм),x=0,5...0,75 (λ=610 нм).λ[нм] = 1234/e,e - ширина запр. зоныСИЭ в видимой области спектра -ширина запрещенной зоны >2 эВЛекция new1. ФотоникаУстройство «светодиода»Конструкция светоизлучающей части светодиодов:а – плоская, б – полусферическая, в – с линзой из эпоксидной смолы; МК –металлический контакт, ЭС – эпоксидная смола; n-p+ - излучающий переход.Плоская конструкция: из кристалла выходят лучи, составляющие с нормалью уголΘ=arcsin(n1/n2) (конус 35°для арсенида и фосфида галлия).Полусферическая конструкция: R/r=(n2/n1), эффективность на порядок превышаетэффективность плоской конструкции.Лекция new1. ФотоникаНитриды AIII-BVНитриды AlN, GaN, InN и их сплавы - широкозонные полупроводникис прямыми оптическими переходами, наиболее перспективныематериалы для изготовления свето- и лазерных диодов, излучающихво всей видимой и ультрафиолетовой (240-620 нм) областях спектра.Слоистые структуры, используемые для изготовления светодиодов: а –светодиод с двойной гетероструктурой; б – зелёный светодиодЛекция new1.
ФотоникаП/п лазерыПолучение стимулированного излучениявозможно лишь при достиженииинверсной заселенности уровней(отрицательная температура):-нарушение внутризонного равновесия(перевод электронов из нижней части зоныпроводимости в верхнюю, рекомбинацияза 10-13 c)-нарушение межзонного равновесия(перевод электронов в валентную зону,рекомбинация за 10-3 – 10-9 с)Ж.Алферов (Иоффе ФТИ) –Нобелевская премия 2001Накачки:-оптическая,-электронно-лучевая,-инжекция электронов и дырок через p-nпереход (при приложении напряжения,снимающего протенциальный барьерперехода электронов между донорной иакцепторной частями, GaAs, InAs, InSb).Рекомбинация сопровождаетсяинтенсивным излучением фотонов.Лекция new1.
ФотоникаЛазерВ лазерных диодах должны быть реализованы односторонняяинжекция, волноводный эффект и положительная обратнаясвязь: а – структура инжекционного лазера (InGaN); б –излучение голубого лазерного диода в импульсном режимеЛекция new1. ФотоникаОптические волокнаСостав: сердцевина- «проводник» фотонов и оболочка – отражательфотонов (волокна на основе SiO2, потери до 0.2 дБ/км, полоса пропусканиядо 100 ГГц/км).Применение: передача информации на большие расстояния (телефон, ТВ,Интернет), оптоэлектроника, передача световой энергии (лазерная техника,световоды).100200мкмn1n24100мкмn1 < n20nПолучение: химическое осаждение из газовой фазы внутри стеклянныхтрубок (капилляров), SiCl4 + CF4 + O2 = SiO2 + … (1500-17000C, 1 слой),SiCl4 + GeCl4 (1500-17000C, 2 слой), схлопывание (~20000С), протяжка,прокатка (получение волокна), формирование из оптоволокна оптическихкабелей.Лекция new1.
ФотоникаФотонные кристаллыФотонные кристаллы (photonic crystals) – материалы супорядоченной структурой, характеризующейся строгопериодическим изменением коэффициента преломления вмасштабах, сопоставимых с длинами волн излучений ввидимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Будучипрозрачными для широкого спектра электромагнитногоизлучения, фотонные кристаллы не пропускают свет с длинойволны, сравнимой с периодом структуры фотонногокристалла, вследствие брэгговской дифракции. Этиспектральные диапазоны получили название “фотонныезапрещенные зоны” (photonic band gap, PBG). Фотонныекристаллы–оптическиеаналогиэлектронныхполупроводников.E.
Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58 2059-2062 (1987).S. John, Phys. Rev. Lett. 58 2486-2489 (1987).Лекция new1. ФотоникаОпалыОдними из первых материалов,которые стали рассматриваться вкачестве фотонных кристаллов, былисинтетическиеопалы.ОпалыобразованымонодисперснымисферическимичастицамиSiO2(d = 150–900 нм), упорядоченными вплотнейшейшаровойупаковке.Периодичность структуры опала вмасштабе, сопоставимом с длинойволны видимого света, являетсяпричиной иризации – необычнойигры света, связанной с дифракцией.A. Zakhidov et al., Science 282 897-901 (1998).Лекция new1. ФотоникаМикросферы SiO2Метод Виньялла(E.G.
Acker and M.E. Winyall.U.S. Patent 4 049 781 (1977))В качестве источникаSiO2 – Na2SO3Частицыполидисперсныи сильноагрегированыNa2SiO3Na2SiO3NH3H2OCH3COOH(NH4)2CO3C2H5OHNH3Лекция new1. ФотоникаМонодисперсные микросферыМетод ШтебераТЭОС(W. Stöber et al. J. Colloid andInterface Sci., 26, 62-69(1968).)NH3В качестве источникаSiO2 – TEOS(Si(OC2H5)4)С2H5OHH2OМетод Штеберапредпочтительнее ввидуэкспрессности имонодисперсности частицЛекция new1. ФотоникаСедиментация (сепарирование)1N > 300 частиц23Для области 2 (закон Стокса):41 – осветленная зона2 – зона свободного осаждения3 – зона стесненного осажденияЛекция new1.4 – осадокФотоникаCкорость осаждениямикросфер250-400 нм - 2,3-7,7 мм/сут"Самоукладка" микросфер SiO2дефекты,σ = 6,4%границыблоков и пр.Лекция new1.
ФотоникаЛабораторные опалыЛекция new1. ФотоникаУпорядоченные пленкиЕстественная седиментацияЦентрифугированиеОсаждение на вертикальную подложку:алюминийПодложка:AlAl2O3СтеклоCuPbОтжигсинтезированныхопалов приводит купрочнениюматериала и кулучшению егооптических свойств.(200 °C, 10 ч) +(700 °C, 10 ч)Лекция new1. Фотоникаоксид алюминияДругие методы полученияТемплатный синтезОсаждение– травлениеАнодное окисление (Al)СтереолитографияЛекция new1. Фотоника"Аккустические" кристаллыРазмер металлическогошарика или восковой сферысопоставим с длиной звуковойволныЛекция new1. ФотоникаТипы "решеток"Основные типы фотонных кристаллов:Первая зона Бриллюенадля ГЦК решетки:“дровяная поленница”“структура алмаза”“обратный опал”Лекция new1.
ФотоникаОптические свойстваДисперсия коэффициента<111>преломления аморфного SiO2:Закон Брэгга-Вульфа:Лекция new1. ФотоникаФотонные кристаллы (оптоволокно)MRS Bulletin, 2001, v.26, n.8Лекция new1. ФотоникаПотенциальные примененияCветодиоды(КПД ~ 50%)Лазеры с низкимпорогом генерации Новые оптическиеволноводыОптические устройства хранения иобработки информации, фотонныеинтегральные схемыЛекция new1.ФотоникаУстройствабыстрогооптическогопереключенияОптические фильтры,микроустройствадля направления светаЛитература••••••Бахтизин Р.З. Голубые диоды.
// Соросовский образовательныйжурнал, Т.7, N3, 2001, с.75-83.S.Nakamura. III-V nitride based light-emitting devices. // SolidState Communications, Vol. 102, No.2-3, pp.237-248, 1997.Artur B.Ellis et al. Teaching General Chemistry: A Material ScienceCompanion // American Chemical Society, Washington, DC, 1993.Полупроводниковые светоизлучающие структуры.http://ofap.ulstu.ru/res/puevm/PAGE12.HTMНовости науки за 6-12 мая 2002г.http://www.nauka.lucksite.com/news_2705.htmlПремия Киото - 2001http://www.pacy.ru/print_ver.php3?id=228332Лекция new1. Фотоника.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
