《光電技術的新發(fā)展》PPT課件

第11章光電技術的新發(fā)展,學習目的與要求,本章主要學習光電技術的新發(fā)展，包括泵浦探測技術、頻率上轉換光電探測技術及光電探測技術的發(fā)展趨勢。本章要求了解目前發(fā)展有哪幾種新技術及相關原理術語等。,考核知識點與考核目標,（一）本章重點識記：太赫茲信號波長、頻率范圍。領會：泵浦探測技術中光電導采樣過程。應用：分析電光太赫茲掃描照相機的測量原理。（二）本章次重點識記；獲得藍色激光輸出的幾種方法。領會：頻率上轉換光電探測技術中上轉換現(xiàn)象、上轉換原理。應用：藍色熒光光譜分析。,考核知識點與考核目標,（三）本章一般識記：光電技術的發(fā)展趨勢光電材料與器件。領會：量子阱與超晶體材料與器件、垂直腔面發(fā)射激光器、半導體量子點的實驗研究、光子晶體研究的進展、有機發(fā)光材料與器件、固體激光器、納米技術、光通信。應用：光電技術的應用（光電技術在軍事上的應用及發(fā)展趨勢、光電技術在航天方面的應用及發(fā)展趨勢、光電技術在生物醫(yī)學上的應用及發(fā)展趨勢光電技術在環(huán)境保護上的應用及發(fā)展趨勢、電技術在工業(yè)上的應用及發(fā)展趨勢、其他應用）、世界光電子技術發(fā)展趨勢分析。,第11章光電技術的新發(fā)展,11.1泵浦探測技術11.2頻率上轉換光電探測技術11.3光電技術的發(fā)展趨勢,11.1泵浦探測技術,1.太赫茲：1THz=1012Hz太赫茲信號波長及頻率范圍太赫茲輻射是波長為3m3mm，頻率為0.110THz的電磁輻射。2.泵浦探測技術中光電導采樣過程光電導采樣測量原理：探測飛秒激光脈沖在光導層中產生自由載流子，用泵浦得到的太赫茲輻射電場驅動載流子產生光電流，通過探測光電流來探測太赫茲輻射。,光電導采樣過程：一個與太赫茲脈沖有確定時間關系的取樣脈沖，在光導層中產生自由載流子，當它與自由空間中傳播的太赫茲輻射場同時到達時，即可驅動這些載流子產生正比于太赫茲瞬間電場的電流。記錄采樣脈沖和太赫茲脈沖在不同時間延遲下產生的光電流，即可獲得太赫茲脈沖電場的時間波形。光探測脈沖的持續(xù)時間遠遠小于太赫茲脈沖，所以通過改變兩光脈沖的時間延遲采樣出時間軸上太赫茲波形。探測的太赫茲信號是入射太赫茲波形與光電導天線響應的卷積。,3.電光太赫茲掃描照相機的測量原理電光采樣測量原理：太赫茲電場調制探測晶體的雙折射，進而調制通過該晶體的探測光束的偏振方向，通過測量探測光束的偏振變化，可獲得施加電場(太赫茲場)的振幅和位相信息。電光太赫茲掃描照相機的測量原理圖,電光太赫茲掃描照相機的測量原理太赫茲脈沖(泵浦獲得的脈沖)和線偏振飛秒探測脈沖共線穿過EO(ZnTe)晶體，經過Pockels效應探測脈沖的偏振方向受到太赫茲脈沖電場的調制，并由檢偏器將偏振方向調制轉化為強度調制。太赫茲調制的飛秒光探測脈沖照射到掃描電子管的光電陰極，產生光電子，這些光電子朝向微通道板加速。同時，在掃描電極提供的恰當?shù)耐届o電壓下，光電子沿x方向偏轉。因此，不同時間產生的電子會射到MCP的不同位置。電子穿過MCP后經過幾千次放大，然后在熒光屏上生成可見的成像軌跡。熒光屏的圖像通過CCD攝像機輸入到計算機。,第11章光電技術的新發(fā)展,11.1泵浦探測技術11.2頻率上轉換光電探測技術11.3光電技術的發(fā)展趨勢,11.2頻率上轉換光電探測技術,1.獲得藍色激光輸出的三種方法(1)利用寬禁帶半導體材料直接制作藍光波段的半導體激光器；(2)利用非線性頻率變換技術對固體激光器進行倍頻；(3)利用上轉換技術在摻稀土的晶體、玻璃或光纖中實現(xiàn)藍激光輸出。,2.頻率上轉換光電探測技術中上轉換現(xiàn)象用紅外光來激發(fā)一種材料,材料吸收雙光子或多光子,產生可見光。產生的可見光的光子能量高于激發(fā)光的光子能量,這一現(xiàn)象稱為上轉換現(xiàn)象。3.上轉換原理在通常的激光器中，泵浦光子的能量比激光光子能量高，激活離子吸收一個泵浦光子即足以被激發(fā)到上激光能級。對上轉換激光器而言，要使激活離子被激發(fā)到上激光能級，需要不止一個光子才能提供足夠的能量。,上轉換過程分為三種(1)激發(fā)態(tài)吸收(ESA)一個基態(tài)離子順序吸收兩個光子能引起上轉換激發(fā)。第一個光子使亞穩(wěn)態(tài)的光子數(shù)增加，第二個光子通過激發(fā)態(tài)吸收把亞穩(wěn)態(tài)離子泵浦到上激發(fā)能級，當足夠多的離子被激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)時，就由可能造成上激光能級對基態(tài)的粒子數(shù)反轉，實現(xiàn)上轉換躍遷。(2)能量轉移(ET)兩個能量接近的臨近離子通過非輻射耦合，結果一個回到基態(tài)，另一個被激發(fā)到上能級。在多數(shù)情況下，這些交叉馳豫過程建立在電偶極子之間的相互作用的基礎上。為了彌補施主和受主離子能量的失配，聲子參與了這些能量轉移的過程。(3)雪崩吸收或光子雪崩過程它涉及泵浦光的激發(fā)態(tài)吸收，以及離子間的交叉馳豫。,第11章光電技術的新發(fā)展,11.1泵浦探測技術11.2頻率上轉換光電探測技術11.3光電技術的發(fā)展趨勢,11.3光電技術的發(fā)展趨勢,11.3.1光電技術的若干發(fā)展11.3.2光