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.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.