Приборы квантовой электроники и фотоники

Учебное пособие

Данное учебное пособие предназначено для изучения физических основ, принципов работы, типовых конструкций и эксплуатационных параметров приборов квантовой электроники и фотоники. Отмечены направления по улучшению их параметров. В первых главах пособия рассматриваются процессы эмиссии излучения из твердых тел, а также вводятся параметры, описывающие эмиссию, как с позиции феноменологической модели взаимодействия света и вещества, так и позиции дипольной модели атома. Выделены процессы, приводящие к релаксации энергии атомной системы, дано их математическое описание. Сравнение различных схем накачки показывает перспективность четырехуровневой схемы. В главах, посвященных изучению свойств оптического резонатора, рассмотрены свойства продольных и аксиальных мод, их расположение в спектре собственных частот резонатора. Показаны основные свойства плоского волновода и его применимость для распространения света. Проведен анализ прохождения света через анизотропный кристалл, показан эффект двулучепреломления, используемого для модуляции оптического излучения. В главе по квантовым приборам оптического диапазона представлены энергетические диаграммы, составы рабочего вещества, параметры лазеров и особенности их работы, использующие в качестве рабочего вещества газы, жидкости и твердые тела, в том числе полупроводники. Показано применение эффекта двулучепреломления в жидких кристаллах для отображения информации и ее модуляции. В главах, посвященных приборам регистрации сигналов оптического диапазона, излагаются физические механизмы фотопроводимости и фотоэлектрических эффектов в полупроводниках. Показано их применение для регистрации слабых и широкополосных световых сигналов. В конце раздела описаны различные типы фотовольтаических приемников, а также приведены параметры выпускаемых промышленностью фоторезисторов и фотодиодов. Пособие предназначено для подготовки студентов направления «Электроника и наноэлектроника», профиль «Квантовая и оптическая электроника».

Кафедра электронных приборов

Библиографическая запись:

Давыдов, В. Н. Приборы квантовой электроники и фотоники: Учебное пособие [Электронный ресурс] / В. Н. Давыдов. — Томск: ТУСУР, 2018. — 116 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/7260.
Автор:   Давыдов В. Н.
Год издания: 2018
Количество страниц: 116
Скачиваний: 88

Оглавление (содержание)

1. ВВЕДЕНИЕ 5

2. ЭМИССИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ТВЕРДЫХ ТЕЛ 10

2.1. Описание излучательных процессов 10

2.2. Спектр излучения твердого тела 13

2.3. Зависимость эмиссии от уровня легирования 14

3. СПОНТАННОЕ И ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ АТОМА 17

3.1. Феноменологическое описание излучения атомов 17

3.2. Стимулированное излучение твердых тел 21

3.3. Принцип создания генератора света 22

3.4. Дипольная модель излучения атома 24

3.5. Механизмы уширения спектральных линий 28

4. ВОЗБУЖДЕНИЕ АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА (НАКАЧКА) 34

4.1. Общие принципы накачки 34

4.2. Двухуровневая схема накачки 36

4.3. Трехуровневые схемы накачки 37

4.4. Четырехуровневая схема накачки 39

5. ОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ 41

5.1. Основные понятия теории резонаторов 41

5.2. Свойства плоского резонатора 48

6. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ 53

6.1. Отражение, преломление и рефракция света 53

6.2. Рассеяние света 57

6.3. Планарный диэлектрический волновод 60

7. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ 64

7.1. Электромагнитные волны в диэлектрических кристаллах 64

7.2. Оптическая индикатриса 68

7.3. Применение двулучепреломления в квантовой электронике и фотонике 71

8. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА 75

8.1. Квантовые генераторы оптического диапазона 75

8.1.1. Твердотельные лазеры 75

8.1.2. Газовые лазеры 77

8.1.3. Жидкостные лазеры 80

8.2. Полупроводниковые лазеры 80

8.2.1. Принцип работы полупроводникового лазера 80

8.2.2. Применение нанообъектов в конструкции полупроводниковых лазеров 82

9. ФОТОПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 84

9.1. Общие сведения о фотоприемниках 84

9.2. Классификация и технические характеристики фотодетекторов 87

9.3. Фоторезисторы 87

9.3.1. Параметры, характеризующие фотопроводимость 91

9.3.2 Полевые свойства фотопроводимости 93

9.3.3. Коэффициент усиления фотопроводимости 93

9.3.4. Частотные свойства фотопроводимости 95

9.3.5. Типичные параметры фоторезисторов 97

9.4. Фотовольтаические эффекты в полупроводниках 98

9.4.1. Общие сведения 98

9.4.2. Электронно-дырочные переходы 102

9.4.3. Барьерная фотоэдс 104

9.5. Типичные параметры фотодиодов 107

9.6. Разновидности фотовольтаических приемников 107

10. ОСНОВНЫЕ ПРИБОРЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ 111

10.1. Лазеры и излучающие устройства различного назначения 111

10.2. Основные преобразователи лазерного излучения 113

10.3. Области применения приборов квантовой электроники и фотоники 115

11. ЛИТЕРАТУРА 116


Похожие пособия