上海交通大学：《光纤通信系统与设计》教学资源（PPT课件）第四章 光源

第四章光源

第四章 光 源

主要内容 半导体物理简介 发光二极管(LED) 半导体激光器(LD)

主要内容 半导体物理简介 发光二极管 (LED) 半导体激光器 (LD)

4.1光源的物理基础 半导体物理 原子的能级、能带以及电子跃迁 自发辐射与受激辐射 半导体本征材料和非本征材料

4.1 光源的物理基础 半导体物理 原子的能级、能带以及电子跃迁 自发辐射与受激辐射 半导体本征材料和非本征材料

孤立原子的能级 围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取 特定的离散值（离散轨道），这种现象称为电子能量 的量子化。 原子核 低能级 高能级 电子 电子优先抢占低能级

原子核 电子 高能级 低能级 孤立原子的能级 围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取 特定的离散值(离散轨道)，这种现象称为电子能量 的量子化。 电子优先抢占低能级

N个原子构成晶体时的能级分裂 N=4 N=9 原子间距 原子间距 N→oo 近似连续的能带 原子间距

N个原子构成晶体时的能级分裂 N = 4 N = 9 近似连续的能带

能带的分类 满带：各个能级都被电子填满的能带 禁带：两个能带之间的区域—其宽度直接决定导电性 价带：由最外层价电子能级分裂后形成的能带 空带：所有能级都没有电子填充的能带 E 空带 禁带 导带 未被电子占满的价带称为导带 价带 禁带 禁带的宽度称为带隙 满带

满带：各个能级都被电子填满的能带 禁带：两个能带之间的区域——其宽度直接决定导电性 能带的分类 空带：所有能级都没有电子填充的能带 价带：由最外层价电子能级分裂后形成的能带 未被电子占满的价带称为导带 禁带的宽度称为带隙

导体、绝缘体和半导体 导体： 绝缘体： (导)价带电子 无价带电子 禁带太宽 3~6eV 半导体： 满带电子激励 价带充满电子 成为导带电子 0.1~2eV 禁带较窄 0.1~2eV 满带留下空穴 外界能量激励

导体、绝缘体和半导体 导体： (导)价带电子 绝缘体： 无价带电子 禁带太宽 半导体： 价带充满电子 禁带较窄 外界能量激励 满带电子激励 成为导带电子 满带留下空穴

半导体：光作用下的跃迁和辐射 E2-E1=hv hv E2 电子.空穴对 Ev (a)受激跃迁 E2 E2 hv hv Ev E hv (b)自发辐射：非相干光 (c)受激辐射：相干光

半导体：光作用下的跃迁和辐射 E2 - E1 = hv E1 E2 (a) 受激跃迁 hv E1 E2 (b) 自发辐射：非相干光 hv E1 E2 (c) 受激辐射：相干光 hv hv hv 电子-空穴对

半导体：正常粒子分布状态 E2 E 少量电子在导带 少量空穴在价带 光吸收>光辐射： 当光通过这种半导体时光强按指数衰减

半导体：正常粒子分布状态 E1 E2 少量电子在导带 少量空穴在价带 光吸收>光辐射： 当光通过这种半导体时光强按指数衰减

半导体：粒子反转状态 问题：如何得到粒子数反转分布的状态？ eeeeeee E 0000000 E 大量电子在导带 大量空穴在价带 光吸收>光辐射： 当光通过这种半导体时会产生放大作用

半导体：粒子反转状态 E1 E2 大量电子在导带 大量空穴在价带 光吸收>光辐射： 当光通过这种半导体时会产生放大作用 问题: 如何得到粒子数反转分布的状态?