ESCA)

Optoelektronika elektro-optické převodníky LED, laserové diody, LCD

Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Elektro-optické převodníky

žárovka - nejzákladnější EO převodník

nevhodné pro optiku široké spektrum vlnových délek

vhodnost pro EO převodník určena jakostí Q

λ0 Q= ∆λ Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Luminiscence

efekt složený ze dvou částí

čerpání – elektrony přecházejí na vyšší hladinu rekombinace – uvolnění energie zářivá – vyzáření fotonů (1 elektron vyzáří 1 foton) nezářivá – vznik tepla

typy luminiscencí – závisí na principu přechodu elektronu na vyšší hladinu

fotoluminiscence tribonoluminiscence elektroluminiscence katodoluminiscence injekční luminiscence Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Fotoluminiscence

zářivá rekombinace nadbytečných (nerovnovážných) nosičů proudu – zánik páru elektron-díra získání nerovnovážných nosičů dopadem záření čerpání – primární foton rekombinace – přímá, nepřímá

∆E1 =

hc

∆E2 =

hc

λ1 λ2

∆E1 > ∆E2

hc

λ1

>

hc

λ2

λ2 > λ1


Katodoluminiscence

získání nerovnovážných nosičů dopadem elektronů – vnitřní fotojev základ obrazovek urychlené elektrony – el. polem eU předání energie katoda emituje elektrony


Injekční luminiscence

injekční proces – luminiscenční dioda barva záření řízena šířkou zakázaného pásu Eg Si nemá zářivý přechod

pouze fonony – energie ve formě tepla

GaAs – vznik zářivého přechodu zářivý přechod – pro sloučeniny prvků III. A a V. B skupiny (GaAs, GaP, GaN)

hc λ= Eg

hc λ= Ec − E r Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Injekční luminiscence

kvadraturní skupiny – lze řídit barvu diody

E g = f ( x, y )

prahové napětí

(Gax Al1− x )(Py As1− y )

Si: UP=0,7 V GaAs: UP = 1,5 V

barvu nelze řídit proudem proudem lze řídit intenzitu záření Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Luminiscenční diody


Luminiscenční diody - LED

polovodičová součástka s jedním PN přechodem emise monochromatického nekoherentního záření

viditelné infračervené ultrafialové

čelní emise emise z hrany modrá LED dioda - GaN → Eg = 3,5 eV

λblue = 0,38µm ⇒ E g =

hc

λ

= 3,5 eV


LED (Light Emiting Diode)

široká oblast použití

display kontrolky optická sdělovací vlákna – infračervené záření svítidla světla pro automotivní techniku


LED

injekční proces polarizovány v propustném směru velký odběr LED pro krátké vlnové délky heteropřechod

různé materiály s různou velikostí zakázaného pásu musí být shodná krystalová mřížka

LED

Laserové diody

laser = Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation zesilovač světla pomocí řízené emise monochromatické koherentní světlo prostorově a časově soufázové záření laser objeven 1954 – Towsend, Basov, Prochorov laser v oblasti plynů - na bázi CO2, Ar, He-Ne laser v oblasti pevných látek – 1957 - 1960 nemají pro optické sdělování význam Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Laserové diody

stimulovaná emise mezi dvěmi (třemi) energetickými hladinami

plyn – hladiny dány energetickými poměry v ionizované molekule (atomu) pevná látka – hladiny dány v pásu zakázaných energií

soustava, kde elektrony se mohou vyskytovat na třech energetických hladinách

E1 – valenční pás E2 – pás v zakázaném pásmu (rekombinační centrum) – energetická hladina příměsí E3 – vodivostní pás Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Laserové diody

nevybuzený stav – všechny elektrony na hladině E1 dodání energie – přechod na hladinu E3 přechod zpět z E3 na E1 – 2 způsoby

přímý přechod přechod přes hladinu E2

E > E3 − E1

elektrony na E2 setrvávají a ve vhodný okamžik přechází zpět na E1 počet přecházejících elektronů z E2 na E1 menší než počet elektronů z E1 na E3 → hromadění elektronů na E2 → vznik stimulované (řízené) emise Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Laserové diody

pásové energetické schéma podobné tunelové diodě přechod polarizován v propustném směru rozštěpení Fermiho hladiny splnění vztahu mezi kvasi-Fermiho hladinami

E Fc − E Fv >

hc

λ

základní funkce

zesilovač světla zdroj světla – nutná kladná zpětná vazba realizována zrcadly Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Laserové diody


Laserové diody

hlavní materiál

polovodiče III. A a V. B skupiny (GaAs, InAs)

viditelná oblast blízká infračervená oblast

polovodiče II. A a VI. B skupiny (PbS, PbSe)

vzdálená infračervená oblast


Laserová dioda x LED

koherentní záření paprsek s velmi úzkou světelnou stopou monochromatické světlo

nekoherentní záření paprsek s širokou světelnou stopou monochromatické světlo

∆λlaser < ∆λLED


Koherentní x nekoherentní záření


Koherentní x nekoherentní záření


Kapalné krystaly (LQC)

ve skutečnosti nejsou kapalné organické látky – podobné složení jako mýdlo jehličkovitý tvar krystalu – velice polární

vlivem napětí mění molekulární strukturu určují množství procházejícího polarizovaného světla

LCD - nejedná se přímo o převodník Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Polarizace světla

světlo – příčné elektromagnetické záření

nepolarizované světlo vektory E a H jsou různě posunuté, ale vždy kolmé E není definované – mění svůj směr, vždy kolmé na směr šíření polarizované světlo E je přesně definováno – kolmé na směr šíření polarizátory

Pointingův vektor

hustota výkonu

r r r  W V A P = E×H  2 = ⋅  m m m Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

LCD

princip založen na elektromagnetických vlastnostech tekutých krystalů každý obrazový bod ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (RGB) problém s pozorovacím úhlem (160°) aktivní LCD – podsvícení (zdroj světla)


LCD (Liquid Crystal Display)

bez elektrického napětí

světlo natočeno a prochází skrz polarizační filtry skrz display prochází plný jas podsvětlujících lamp – bílá barva


LCD (Liquid Crystal Display)

krystaly pod elektrickým napětím

světlo neprochází druhým polarizačním filtrem výsledkem je černá barva


LCD

napětí řízené tranzistory barevný LCD – každý pixel složen z tří subpixelů (RGB) napětím řízené natočení krystalů – ovlivnění jasové složky – vznik milionů odstínů

LCD

rozlišení

velikost pixelů

např. 1600x1200 – 1600 pixelů vedle sebe, tj. 4800 subpixelů 0,12 - 0,29 mm ovlivňuje velikost úhlopříčky

podsvícení

výrazně ovlivňuje spotřebu katodové trubice LED diody – lze regulovat intenzitu


LCD

Děkuji za pozornost


ESCA)

Recommend Documents