0章 光電子材料緒論課件

光電子材料

OptoelectronicMaterial時(shí)間：周五上午3-4節(jié)地點(diǎn)：南13032021/5/91課程大綱緒論第一章固體發(fā)光特性第二章固體激光材料第三章光纖及光存儲(chǔ)材料第四章光顯示材料第五章太陽能電池第六章其他材料2021/5/92人類通過自身的感覺器官從外界獲取信息2021/5/93五官與傳感器人的五官感覺器官對象傳感器原理視覺眼光光傳感器視覺傳感器光電效應(yīng)（光電）聽覺耳聲波壓力傳感器聽覺傳感器壓電效應(yīng)（聲波電）觸覺皮膚壓力溫度壓力傳感器溫度傳感器壓電效應(yīng)（聲波電）塞貝克效應(yīng)（溫度電）嗅覺鼻氣體氣味物質(zhì)氣體傳感器氣味傳感器吸附效應(yīng)（氣電）吸附效應(yīng)（質(zhì)量變化頻率變化，氣電）味覺舌味覺物質(zhì)味覺傳感器電化學(xué)效應(yīng)（相互作用電）2021/5/94烽火臺(tái)----望遠(yuǎn)鏡----燈信號與“燈語”通信----信號燈、旗語、望遠(yuǎn)鏡等目視光通信----貝爾（BELL）電話----貝爾（BELL）光電話----光也可以“走彎路”----激光器----光纖的誕生信息傳輸?shù)难葑?021/5/95信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)有如人的大腦記憶。數(shù)字信息存儲(chǔ)的要求是高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)信輸率、高存儲(chǔ)壽命、高的擦寫次數(shù)以及設(shè)備投資低和信息位低價(jià)格。2021/5/96

1883年，愛迪生在一次改進(jìn)電燈的實(shí)驗(yàn)中，將一根金屬線密封在發(fā)熱燈絲附近，通電后意外地發(fā)現(xiàn)，電流居然穿過了燈絲與金屬線之間的空隙。1884年，他取得了該發(fā)明的專利權(quán)。這是人類第一次控制了電子的運(yùn)動(dòng)，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為20世紀(jì)蓬勃發(fā)展的電子學(xué)提供了生長點(diǎn)。一.光電子學(xué)緒論愛迪生名下,2000多項(xiàng)發(fā)明，1300多項(xiàng)專利(1847-1931)2021/5/97這一生長點(diǎn)上的第一只蓓芽就是弗萊明發(fā)明的整流器。他把愛迪生及馬可尼兩位大師的發(fā)明成果結(jié)合起來，著手研究真空電流的效應(yīng)。1904年，他發(fā)明了真空二極管整流器。(Fleming,SirJohnAmbrose1849～1945)發(fā)明了真空二極管整流器把220v交流電整流成直流2021/5/981899年馬可尼發(fā)送的無線電信號穿過了英吉利海峽，接著又成功穿越大西洋，從英國傳到加拿大的紐芬蘭省。“無線電之父”馬可尼（1874.4.25-1937）無線電通信的發(fā)明，也是日后無線電廣播、電視甚至手機(jī)的先兆。1909年馬可尼獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2021/5/991910年，首次把它用于聲音的傳送系統(tǒng)。1916年，建立了第一個(gè)廣播電臺(tái)，開始了新聞廣播。到本世紀(jì)的20年代，真空電子器件已經(jīng)成為廣播事業(yè)與電子工業(yè)的心臟，它推動(dòng)著無線電、雷達(dá)、電視、電信、電子控制設(shè)備、電子信息處理等整個(gè)電子技術(shù)群的迅速發(fā)展。1906年，美國人德弗雷斯特在弗萊明的二極管中又加入一塊柵極，制成可以用于整流，還可以用于放大的真空三極管。三極管可以通過級聯(lián)使放大倍數(shù)大增，從而促成了無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展。2021/5/9101958年，半導(dǎo)體集成電路問世，不僅使高速計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，還促使電子工業(yè)與近代信息處理技術(shù)發(fā)生天翻地覆的變化。肖克萊、巴丁、布拉頓

電子學(xué)與信息技術(shù)的第一次重大變革發(fā)生在本世紀(jì)50年代。肖克萊由于他的半導(dǎo)體理論而導(dǎo)致了晶體管的發(fā)明，揭開了電子革命嶄新的一頁。由于這一重大貢獻(xiàn)，和科學(xué)家巴丁、布拉頓一起領(lǐng)受了最高的科學(xué)獎(jiǎng)——諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2021/5/91119-20世紀(jì)，電磁學(xué)得到了飛躍的發(fā)展．不斷開發(fā)了各種電的應(yīng)用技術(shù)。電能作為能源具有瞬時(shí)移動(dòng)性和可控制性，廣泛用于照明、動(dòng)力等方面電子學(xué)正是研究電信號的控制、記錄、傳遞及其應(yīng)用的一門科學(xué)。2021/5/912電子電路不能在同一點(diǎn)重疊相交，這種空間的不共容性限制了密集度的提高；集成電路的平面結(jié)構(gòu)只適用于串列處理，要在信息存貯和數(shù)據(jù)處理上有突破性進(jìn)展，要使信息貯存密集度再提高4個(gè)數(shù)量級，實(shí)現(xiàn)非定址的聯(lián)想記憶(associativemomery)，以發(fā)展人工智能，必須發(fā)展三維并列處理機(jī)構(gòu)。電子學(xué)已經(jīng)出現(xiàn)不能適應(yīng)新的要求的征兆???2021/5/913上世紀(jì)第一個(gè)10年，真空管問世，促使電子學(xué)誕生；從20年代到60年代，電子器件從真空管過渡到固體三極管，隨之實(shí)現(xiàn)了集成化，在促進(jìn)電子學(xué)大發(fā)展的同時(shí)，光電子學(xué)、量子電子學(xué)也隨之建立和發(fā)展起來，它們形成了現(xiàn)代電子學(xué)的學(xué)科群體；歷史似乎是在重演。而60年代，紅寶石激光器的問世，又促使了光子學(xué)的誕生。從60年代到90年代，激光器從諧振腔體型向著固體半導(dǎo)體激光器過渡，隨之實(shí)現(xiàn)了光子器件的集成化，不僅促使了光子學(xué)的大發(fā)展，非線性光學(xué)、纖維光學(xué)、集成光學(xué)、激光光譜學(xué)、量子光學(xué)與全息光學(xué)也形成了現(xiàn)代光子學(xué)的學(xué)科群體，目前它們正在蓬勃發(fā)展之中。電子學(xué)領(lǐng)域中幾乎所有的概念、方法無一不在光子學(xué)領(lǐng)域中重新出現(xiàn)。2021/5/914光子學(xué)的信息荷載量要大得多，光的焦點(diǎn)尺寸與波長成反比，光波波長比無線電波、微波短得多，經(jīng)二次諧波產(chǎn)生倍頻，激光可使光盤存貯信息量大幅度增加。當(dāng)電子通信容量達(dá)到最大限度而不能繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，人們很自然地把目光轉(zhuǎn)向波長更短的光波。然而，歷史卻并沒有簡單地重演。電子開關(guān)的響應(yīng)最短為10-7～10-9秒，而光子開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到飛秒數(shù)量級。光子屬于玻色子，不帶電荷，不易發(fā)生相互作用，因而光束可以交叉。光子過程一般也不受電磁干擾。光場之間的相互作用極弱，不會(huì)引起傳遞過程中信號的相互干擾。這些優(yōu)點(diǎn)為光子學(xué)器件的三維互連、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用開拓了光明前景。2021/5/9151970年．半導(dǎo)體激光器在室溫環(huán)境下的連續(xù)激射獲得成功。在通信史上，跳過了為增大信息傳輸量而開發(fā)的毫米波通信階段，直接由微波通信轉(zhuǎn)移到光纖通信。正在這時(shí)候，低損耗的光導(dǎo)纖維的試制又獲得了成功，光纖通信成為現(xiàn)實(shí)。2021/5/916光纖通信技術(shù)的開發(fā)促進(jìn)了作為光源的激光器作為接收器件光探測器的發(fā)展光調(diào)制器、光波導(dǎo)、光開關(guān)、光放大器．以及光隔離器等各種光學(xué)部件的發(fā)展。在電子學(xué)技術(shù)中采用小尺寸的光學(xué)零部件的組合。2021/5/917光電子材料是指能產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理、存儲(chǔ)光電子信號的材料。在光電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的，以光子、電子為載體，處理、存儲(chǔ)和傳遞信息的材料。光電子材料2021/5/918Electronics(electrons)Optics(lightorphotons)Optoelectronics

光電子技術(shù)是結(jié)合光學(xué)和電子學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的一門新技術(shù)，主要應(yīng)用于信息領(lǐng)域，也用于能源和國防領(lǐng)域。2021/5/919光學(xué)功能材料激光材料發(fā)光材料光電信息傳輸材料（主要是光導(dǎo)纖維）光電存儲(chǔ)材料光電轉(zhuǎn)換材料光電顯示材料（如電致發(fā)光材料和液晶顯示材料）光電集成材料光電材料分類2021/5/920Light-EmittingDiodesRedLEDWhiteLEDLEDfordisplaysBlueLEDLEDfortrafficlightLEDs2021/5/921DIODELASERSDiodelasershavebeenusedforcutting,surgery,communication(opticalfibre),CDwritingandreadingetc2021/5/922工業(yè)應(yīng)用2021/5/923ProducingLa