Амосова Л.П. Введение в физику оптоэлектронных и фотонных устройств для информационных систем

Учебное пособие. — Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2019. — 125 с.В пособии рассматриваются оптические явления в конденсированных средах, в том числе, в средах с пониженной размерностью, используемых при создании элементарных оптоэлектронных устройств для информационных оптических систем. Первые два раздела посвящены фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках и принципам работы полупроводниковых барьерных структур, являющихся базовыми элементами излучателей и приемников излучения. В третьем разделе излагаются основы электрооптики жидких кристаллов и описывается устройство и работа пространственно-временных модуляторов оптического сигнала на жидких кристаллах как ключевых элементов систем оптической обработки информации. Завершает пособие раздел, посвященный фотонным кристаллам, свойства которых обусловлены, в основном, микроструктурой, а не индивидуальными физическими свойствами материалов. Благодаря нехарактерным для природных объектов свойствам потенциал применения фотонных кристаллов в оптоэлектронике очень велик, в том числе, в информационных оптических системах. Пособие предназначено для бакалавров по направлению подготовки «Фотоника и оптоинформатика» по программам «Физика наноструктур» и «Оптика наноструктур» и содержит материалы лекционного курса по дисциплинам «Физика оптоэлектронных приборов и устройств» и «Элементная база систем оптической обработки информации». Пособие может использоваться студентами для подготовки к лабораторным работам, для решения задач на практических занятиях, быть полезным при подготовке к экзамену. Настоящее учебное пособие является переработанным и дополненным вариантом пособия Л.П. Амосовой, В.Л. Комолова «Полупроводниковые и жидкокристаллические устройства для систем оптической обработки информации».
Рекомендовано к использованию в Университете ИТМО по направлению подготовки 12.03.03 «Фотоника и оптоинформатика» в качестве учебного пособия для реализации основных профессиональных программ высшего образования бакалавриата.Оглавление
Введение
Оптические свойства полупроводников
Элементы зонной теории
Образование зон из атомных уровней
Распределение в пространстве квазиимпульсов
Плотность состояний
Концентрация носителей
Примесные состояния
Образование хвостов зон
Свободные экситоны и экситонные комплексы
Поглощение света в кристаллических полупроводниках
Собственное поглощение
Разрешенные и запрещенные прямые переходы
Непрямые переходы между непрямыми долинами
Собственное поглощение в сильном электрическом поле
Собственный фотоэффект и фотопроводимость
Излучательный процесс в кристаллических полупроводниках
Механизм излучательного процесса
Эффективность излучения
Переходы «зона проводимости – валентная зона»
Самопоглощение
Инверсия населенности в полупроводниках
Спонтанные и вынужденные переходы
Фотогальванические и фотомагнитные эффекты в полупроводниках
Эффект Дембера (фотогальванический)
Фотодиэлектрический эффект
Фотомагнитоэлектрический эффект (Кикоина–Носкова)
Аморфные полупроводники
Структура аморфных полупроводников, запрещенная зона по подвижности, механизмы образования дефектов
Оптические свойства аморфных полупроводников
Физика полупроводниковых барьерных структур
Контактные явления в полупроводниках
Контакт металл – полупроводник
Распределение носителей в p-n перхеоде
Физические принципы работы фотоэлектрических элементов твердотельной оптоэлектроники
p-n переход при освещении
Гетеропереход
Инжекционный лазер
Лазеры на гетеропереходах
Использование эффектов размерного квантования для улучшения характеристик полупроводниковых лазеров
Жидкокристаллические модуляторы оптического сигнала
Модуляция света в жидких кристаллах
Методы модуляции света в оптоэлектронных материалах
Оптически анизотропные среды
Жидкокристаллическое (мезофазное) состояние вещества
Ориентационные электрооптические эффекты в НЖК
Методы ориентации ЖК
Жидкокристаллические модуляторы света
Устройство и принцип работы электрически и оптически управляемых модуляторов на жидких кристаллах
Основные параметры и характеристики жидкокристаллических модуляторов света
Фотоиндуцированный фазовый набег
Применение жидкокристаллических модуляторов
Динамическая голография. Реверсивные голографические среды
Применение модуляторов света в системах оптической обработки информации
Фотонные кристаллы
Определение и описание
Фотонные запрещенные зоны
Методы изготовления ФК
Перспективы применения ФК
Заключение
Литература