2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：半導(dǎo)體的發(fā)光和顯示

半導(dǎo)體的發(fā)光和顯示微光夜視技術(shù)研究在夜天光照明條件下，光與電子圖像信息之間的相互轉(zhuǎn)換、增強、處理、顯示等物理過程及其實現(xiàn)方法的一門高新技術(shù)，主要應(yīng)用于軍事夜間偵查，夜間武器的瞄準等。微光夜視技術(shù)微光增強技術(shù)簡單示意圖第零代第一代第二代第三代第四代。。。第六節(jié)

第零代微光夜視技術(shù)用裸眼看不見的近紅外線探照燈照射目標(biāo)，通過夜視儀物鏡攝取，把被照景物反射回來的紅外線圖像經(jīng)過處理，再現(xiàn)出景物的可見光圖像。由于配用了人工輔助照明光源被稱為主動式紅外夜視儀器。缺點是能被裝備有同類儀器的敵方發(fā)現(xiàn)。第六節(jié)

第一代微光夜視技術(shù)20世紀60年代初，在多堿光陰極、光學(xué)纖維面板的發(fā)明和同心球電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論的完善的基礎(chǔ)上，將這三大技術(shù)工程化，研制成第一代微光管。其一級單管可實現(xiàn)約50倍亮度增益。它屬于被動觀察方式，其特點是隱蔽性好、體積小、重量小、成品率高，便于大批量生產(chǎn)，成像質(zhì)量明顯提高。缺點是怕強光，有暈光現(xiàn)象。第六節(jié)

第二代微光夜視技術(shù)微通道板電子倍增器(MCP)的發(fā)明并將其引入單級微光管中。從而替代了原有的體積大、笨重的三級級聯(lián)第一代微光管；克服了微光管的暈光現(xiàn)象；它的體積更小、重量更輕，所以，第二代微光夜視儀是目前國內(nèi)微光夜視裝備的主體。第六節(jié)

第三代微光夜視技術(shù)將透射式砷化鎵光陰極和帶AL2O3離子壁壘膜的MCP引入近貼微光管中。第三代微光器件的靈敏度增加了4倍-8倍，壽命延長了3倍，對夜天光光譜利用率顯著提高，在漆黑夜晚的目標(biāo)視距延伸了50％-100％。20世紀80年代以來多用于美歐國家軍隊，在馬島戰(zhàn)爭和海灣戰(zhàn)爭中發(fā)揮了很大作用。第六節(jié)微光夜視儀是以像增強器為核心器件的夜間外瞄準具，其工作時不用紅外探照燈照明目標(biāo)，而利用微弱光照下目標(biāo)所反射光線通過像增強器在熒光屏上增強為人眼可感受的可見圖像來觀察和瞄準目標(biāo)。微光夜視儀

詞條簡介第六節(jié)微光增強系統(tǒng)物鏡捕捉環(huán)境光線和某些近紅外線傳送給圖像增強管。管道會向圖像管組件輸出約為5000伏的高壓。圖像增強管中有一個光陰極，能將光子轉(zhuǎn)化為電子。當(dāng)電子通過管道時，利用管道內(nèi)的微通道板（MCP）管中的原子會釋放相似的電子，其數(shù)目為原有電子數(shù)乘以一個因數(shù)（約為幾千倍）。第六節(jié)

光陰極光陰極的任務(wù)是將輸入光子圖像變換為相應(yīng)時空分布的光電子圖像。大部分光陰極材料是半導(dǎo)體，工作原理主要基于半導(dǎo)體外光電效應(yīng)。第六節(jié)微通道板微通道板是一個微型玻璃盤，內(nèi)部含有數(shù)百萬個微型孔隙。微通道板處于真空中，在盤片的兩面都安裝了金屬電極。當(dāng)來自光陰極的電子觸擊微通道板上第一個電極時，在兩電極間5000伏高壓作用下電子會加速通過玻璃微通道，導(dǎo)致通道中數(shù)千個電子被釋放出來，這一過程稱為級聯(lián)二次發(fā)射。第六節(jié)單通道的電子倍增原始電子會撞擊微通道的側(cè)邊，而后受激發(fā)的原子會釋出二次電子。這些新電子也會撞擊其他原子，從而造成一種鏈式反應(yīng)，其結(jié)果是，進入微通道的電子屈指可數(shù)，而離開微通道的電子卻數(shù)以千計。第六節(jié)微通道板MCP上的微通道有一個微小的傾斜角（約5-8°）這既是為了能引發(fā)電子碰撞，也是為了降低來自輸出端磷光質(zhì)層的離子反饋和直接光反饋。12.7固體激光器和量子點激光器第七節(jié)激光是受激而發(fā)射的光，是被其他輻射感應(yīng)而發(fā)生的輻射。特性：1.沿直線傳播，盡在被衍射規(guī)定的小腳內(nèi)發(fā)散。2.相干性很好。3.由于光束細，功率密度很大，一般比太陽亮度還大。激光原理第七節(jié)

光的輻射有以下三種狀態(tài)：a.受激吸收（簡稱吸收）：處于較低能級的粒子在受到外界的激發(fā)，吸收了能量時，躍遷到與此能量相對應(yīng)的較高能級。受激吸收躍遷E2E1E2E1入射光子第七節(jié)E2E1E2E1自發(fā)輻射光子自發(fā)輻射躍遷b.自發(fā)輻射：粒子受到激發(fā)而進入的激發(fā)態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著可以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發(fā)地從高能級激發(fā)態(tài)（E2）向低能級基態(tài)（E1）躍遷，同時輻射出能量為（E2-E1）的光子。第七節(jié)c.受激輻射（激光）:當(dāng)頻率為=ν（E2-E1）/h的光子入射時，會引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子。受激輻射躍遷E2E1E2E1入射光子受激輻射光子入射光子外界激勵光學(xué)諧振腔激光產(chǎn)生工作物質(zhì)光子放大及振蕩其它粒子的受激輻射偶然的自發(fā)輻射粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光器產(chǎn)生激光的過程第七節(jié)

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)要想使受激輻射占優(yōu)勢，必須使處在高能級E2的粒子數(shù)大于處在低能級E1的粒子數(shù)，這種分布正好與平衡態(tài)時的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。加強介質(zhì)中的受激輻射，通常由兩塊與工作介質(zhì)軸線垂直的平面反射鏡構(gòu)成，其中一個全反射一個部分反射。工作介質(zhì)實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后就能產(chǎn)生光放大。諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，把其它頻率和方向的光加以抑制。

諧振腔激光的應(yīng)用工業(yè)軍事信息醫(yī)療科研商業(yè)固體激光器紅寶石激光器半導(dǎo)體結(jié)型激光器量子阱激光器第七節(jié)

紅寶石激光器

1960年，美國物理學(xué)家西奧多·梅曼首先做成了紅寶石激光器。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細紅色光柱，當(dāng)它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。

第七節(jié)

紅寶石激光器

在Xe（氙）燈照射下，紅寶石晶體中原來處于基態(tài)E1的