1 / 91

מקורות קרינה ולייזרים

מקורות קרינה ולייזרים. 9.1 - יתרונות של דיודות לייזר. 9.2 – חזרה על פיסיקה של מצב מוצק. 9.3 – אלקטרו-לומינסצנסיה. 9.4 - פליטת אור בצמתים. 9.5 - מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ?. 9.6 - חומרים עם מעברים ישירים. 9.7 - לייזר Homo-junction. 9 – לייזרים ו- LED -ים במוליכים למחצה.

mariel
Download Presentation

מקורות קרינה ולייזרים

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. מקורות קרינה ולייזרים 9.1 - יתרונות של דיודות לייזר 9.2 – חזרה על פיסיקה של מצב מוצק 9.3 – אלקטרו-לומינסצנסיה 9.4 - פליטת אור בצמתים 9.5 - מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ? 9.6 - חומרים עם מעברים ישירים 9.7 - לייזר Homo-junction 9 – לייזרים ו-LED-ים במוליכים למחצה 9.8 - LED 9.9 - אופן נפחי בלייזר 9.10 - לייזר hetero-junction 9.11 – לייזר בור קוונטי לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  2. 0 0 1 • אפשרות לאיפנון ע"י driver 20 GHz תקשורת לסיב אופטי זמן ביט tbit = 1/Bitrate I tbit t לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  3. Bit and Byte נניח ש-: • חשב: • את מספר הביטים שיש בספר • תוך כמה זמן מועבר הספר בקו תקשורת של • סיב אופטי המשדר בקצב של ?20 Gigabit/s לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  4. core Multimode Fibers a = 80 mm clade Single Mode Fibers a = 2 mm האלומה מתאימה לסיבים אופטיים 1 – 40mm לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  5. 3. רוחב קו צר ביותר Dl ~ 1 nm דיספרסיה כרומטית קטנה מאפשרת WDM-Wavelength Domain Multiplexing 40 ערוצים לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  6. מקדם השבירה כתלות באורך הגל עבור Silica http://www.fiber-optics.info/articles/dispersion.htm dn/dl = (-) Dc לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  7. I n l lS l0 lL דיספרסיה אורכי הגל הקצרים נעים יותר לאט לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  8. I tbit I t t + Dt t + nDt ואורכי הל הקצרים נעים יותר לאט. אורכי הגל הארוכים נעים יותר מהר. הפולס מאבד את הצורה המלבנית I לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  9. 50 x 10 x 300mm 4 - ממדים קטנים מאפשר הרכבה כרכיב 5- שאיבה חשמלית בהספק נמוך 15 mA @ 2V 50 % 6 - יעילות אורית גבוה תיפקוד במעגלים של מיקרו-אלקטרוניקה מקובלת לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  10. 0.4 - 12mm 9 - מגוון אורכי גל 7 - ייצור "המוני" בטכנולוגיה של מוליכים למחצה 8 - ניתן להרכבה (מונוליתית) במעגלים של מיקרו-מעבדים ובלוחות PCB לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  11. E [eV] רמת ההולכה Eg רמת הערכיות d [nm] 9.2 – חזרה על פיסיקה של מל"מ • מבודדים, מוליכים, מוליכים למחצה • מל"מ אינטרינזי • מל"מ אקסטרינזי, זיהומי P, זיהומי N • צמתים, הפעלה בממתח קידמי והפוך לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  12. E [eV] רמת ההולכה hn Eg רמת הערכיות d [nm] lmax = hc/Eg l lmax לדים ולייזרים 9.3 – אלקטרו-לומינסצנסיה לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  13. p n V e- e- e- e- e- e- e- + + + + + + + + Eg Valence Band d צומת 9.4 - פליטת אור בצמתים Conductance Band Depletion Layer לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  14. - + p n e- e- ~~~hn~~~~ e- e- e- e- e- e- e- + + + + + + + + + + לזירה בצומת np ממתח קדמי – בזרם גבוהה -היפוף אכלוסיה בצומת לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  15. Light emitting diode _ + p n e- e- e- e- e- ~~~hn~~~~ ~~~hn~~~~ e- e- e- e- e- e- e- + + + + + + + + + + + + + לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  16. I [w] קרינה ספונטנית קרינה מדורבנת זרם סף A זרם סף, Ith לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  17. זרם סף - תלות ב-T I [w] T1 T4 T4>T1 A לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  18. רוחב ספקטרלי I קרינה ספונטנית קרינה מדורבנת l0 l לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  19. הולכה E [eV] ערכיות d, nm 9.5 - מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ? לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  20. - קבוע הגבישa0 ax az ay לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  21. קבועי גביש של יסודות מקבוצת IV http://www.semiconfareast.com/lattice_constants.htm לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  22. E(x,t) = E0 sin(wt – kx + f) שימור התנע במעברים (אלקרטרו-לומינסנטיים) בין רמות לכל אלקטרון הנע במהירות v יש תנע p הנתון ע"י: p = m*v לפי de Broile קיים קשר בין התנע של חלקיק (נניח אלקטרון) ואורך הגל שלו: p = h/lelectron נזכור את ההגדרה של "ווקטור הגל" (מתוך פונקצית הגל) k = 2p/lelectron ואז, יש ל-p עוד הגדרה p = (h/2p)k לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  23. E [eV] Ec Ev 1/lelectron V k p דיאגרמתE-k p = m*v p = h/lelectron p = (h/2p)k במקרה הזה המינימה באנרגיה של רמת ההולכה, תואם את המקסימה של רמת הערכיות. שני הערכים מתקבלים באותו k, באותה התנע. לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  24. E [eV] Ec Ev k חוק שימור התנע במעבר אלקטרו-לומינסנטי E(k) בסיליקון Dk = ke - kh = 0 ב-Silicon לא יכול לתקיים החוק. המעברים לפליטת קרינה נדירים ביותר. לא ניתן ליצור לייזרים מסיליקון לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  25. שימוש מל"מ Gap p(Ev,max) p(Ec,min) כגלאי כמקור + +   GaAs  Direct 1 + - Si, Ge Indirect ≠ 1 עבור מקורות קרינה במל"מ (לייזרים ולדים), קיים: p = )me* vc(before emission = )me* vv(after emission לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  26. III IV V Al C P Ga Si As In Ge Sb הקבוצה III-V 9.6 - חומרים עם מעברים ישירים תרכובות בינריות לא כמזהמים של Si תרכובות אלו, בחלקן, יוצרות גבישים שבהן יכול להתקיים חוק שימור התנע במעברים של פליטה. לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  27. תקשורת אופטית צבע ירוק וכחול (אלקטרו- נגטיביות) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  28. Indirect Bandgap wavelenght, lmax Lattice Constant a0 [Anstrom] אורך הגל כתלות בקבוע הגביש Saleh and Teich p.550 Bandgap Energy (eV) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  29. Bandgap wavelenght Lattice Constant a [Anstrom] - קבוע הגבישa נמדד ב- Ǻ = 0.1 nm קבועי השריג קטנים מאוד ביחס לאורכי הגל האלקטרו-אופטיים a < l עבור מל"מ אופטרוניים: 0.54 nm < a < 0.65 nm אפשרות לגדל מהוד בדיוק רב l/a0 ≈ 6x10-6/6x10-10 = 104 לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  30. Bandgap wavelenght Lattice Constant a [Anstrom] ה-Silicon וה-Germanium גלאים של קרינה אופטרונית Indirect קבועי הגביש של התרכובות הבינריות גדול יותר מזה של הסיליקון Bandgap Energy (eV) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  31. גלאים בלבד Bandgap wavelenght Lattice Constant a [Anstrom] תרכובות בינריות לוזרות Bandgap Energy (eV) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  32. InSbXAS1-x Bandgap wavelenght Lattice Constant a [Anstrom] תרכובות טרנריות לוזרות GaxAl1-xAs Bandgap Energy (eV) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  33. מל"מ טרנרי במעבר בקווים עם אותו קבוע גביש (נצילות טובה) GaAs …. AlxGa1-xAs ….. AlAs מל"מ קטרנרי quaternary אזור המוצל המתוחם על ידי 4 תרכובות בינריות (In1-xGax)( As1-yPy) לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  34. תרגיל בעזרת השרטוט תעריך את הערך של x בתרכובת AlxGa1-xAs שתפלוט פוטונים בעלי lg =[0.8 mm] לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  35. III V Al P Ga As In Sb מזהמים לקבוצה III-V לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  36. http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/kap_5/illustr/i5_1_1.htmlhttp://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/kap_5/illustr/i5_1_1.html Energy Levels of Dopants in III-V Compound Semiconductors לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  37. http://www.theledlight.com/color_chart.html לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  38. 1 + אלקטרודה חיובית 1 7 איזור pGaAs(:Ge) 2 2 צומת 3 6 אלקטרודה שלילית 4 איזור nGaAs(:Te) 5 מישור מחזיר - מהוד 6 5 3 אלומת הלייזר 7 - 8 4 מישור מחוספס 8 9.7 - לייזר Homo-junction לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  39. + 7 3 mm 300mm 300mm - 300 mm ממדים לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  40. n2 – n1 2 R = n2 + n1 יצירת מהוד בגביש של מל"ם • Cleavage • Fresnel reflectance nGaAs = 3.6 RGaAs = 0.32 לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  41. + 7 מהוד ~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L - Optical Cavity לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  42. החזרי פרנל פוגעים בהספק 6 נעזר באופטיקה חיצונית LED - 9.8 זרמים יותר חלשים אין מהוד 1 + 7 2 p 5 3 4 - לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  43. + p n - ה-LED נמצא בתוך עדשה פלסטית LED n = 1.5 לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  44. n = 1.5 + n2 – n1 2 R = n2 + n1 - LED RGaAs, air = 0.32 RGaAs, plastic, air = ? לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  45. ni < nt nt qt ni qi 9.9 – אופן נפחי בלייזר חוק סנל מתווך צפוף לתווך דליל דליל צפוף הקרן העוברת מתרחקת מהניצב ni sin qi = nt sin qt לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  46. nt qi ni הזווית הקריטית ni < nt ni sin qi = nt sin qt qt קיימת זווית פגיעה שעבורה הקרן ה"עוברת" תהיה מקבילה למישור הפגיעה לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  47. זווית פגיעה, qi , שעבורה = 900 qt ni < nt ni sin qi = nt sin qt nt qt qc ni qi=qr הזווית הקריטית, qc קרן הפוגעת בזווית qc לא מפתחת קרן עוברת. כל הקרינה מוחזרת בזווית השווה לזווית הקריטית לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  48. n 3.6 0.2 - 1.0 % junction p n d הקרינה בתוך הצומת נמצאת ב"תעלה אופטית" אופן נפחי בלייזר פרופיל מקדם השבירה החיסרון של דיודות homojunction: צריכת זרם גדולה Jhomojunction = 400 [A/mm2] לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  49. _ + p n e- e- ~~~hn~~~~ e- e- e- e- e- e- e- + + + + + + + + + + 1-3mm לזירה בצומת homojunction לייזרים 9 - מוליכים למחצה

  50. + 7 d = 1-3 mm 9.10 - לייזר hetero-junction מדוע לייזר homojunction צורך הרבה זרם? שתי סיבות 1 - נפח גדול 2 - בריחת פוטונים לייזרים 9 - מוליכים למחצה

More Related