Учебное пособие. — СПб.: НИУ ИТМО, 2014. — 122 с.В пособии рассматриваются физические принципы работы элементарных оптоэлектронных устройств, позволяющих собрать принципиальную схему передачи, обработки, отображения и хранения информации. Первая часть курса посвящена фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках и принципам работы полупроводниковых барьерных структур, являющихся базовыми элементами оптоэлектронных приборов и устройств. Во второй части рассматриваются принципы устройства и работы пространственновременных модуляторов оптического сигнала на жидких кристаллах как ключевых элементов систем оптической обработки информации, их основные параметры и электрооптические характеристики. Излагаются основы электрооптики жидких кристаллов. Пособие содержит описание лабораторных работ к дисциплине «Элементная база систем оптической обработки информации».
Пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению «200700 Фотоника и оптоинформатика» по профилям «Оптика наноструктур» и «Физика наноструктур».Содержание
Введение
Структура и свойства полупроводников
Фотоэлектрические явления в кристаллических полупроводниках
Основы зонной теории. Элементарная теория проводимости. Статистика электронов и дырок. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда. Диффузия и дрейф неравновесных носителей
Поглощение света полупроводниками. Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость. Собственное и несобственное поглощение. Межзонные переходы: прямые и с участием фонона. Экситонное и внутризонное поглощение. Люминесценция
Гальваномагнитные, фотоэлектрические и фотомагнитные явления. Фотопроводимость, эффект Холла, эффект Дембера, фотодиэлектрический и фотомагнитоэлектрический эффекты
Фотоэлектрические свойства аморфных полупроводников
Структура аморфных полупроводников. Запрещенная зона по подвижности. Механизмы образования дефектов
Оптические свойства аморфных полупроводников. Особенности спектров поглощения
Физика полупроводниковых барьерных структур
Контактные явления в полупроводниках
Контактные явления в полупроводниках. Физика энергетического барьера на границе двух сред. Двойной электрический слой и его роль в формировании барьерных структур. Распределение поля и заряда в барьере. Высота и ширина барьера. Образование контакта металл - полупроводник. Выпрямление на контакте
P-n переход. Физика возникновения барьера на границе р- и n- областей. Высота барьера. Распределение заряда и напряженности поля в р-n переходе. Изменение барьера при прямом и обратном смещении: высота и форма барьера, обратный ток. Методы получения
Физические принципы работы фотоэлектрических элементов твердотельной оптоэлектроники
P-n переход при освещении, вентильная фотоэдс, включение p-n перехода в вентильном и фотодиодном режиме, идеальный и реальный вентильный фотоэлементы
Гетеропереходы. Энергетическая схема, основные отличия от гомоперехода. Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах
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 для передачи и обработки информации
Запись голограмм и получение восстановленных изображений
Динамическая голография. Реверсивные голографические среды
Применение модуляторов света в системах оптической обработки информации Лабораторные работы
Определение фазовой задержки света и порогового напряжения при продольной деформации слоя ЖК в электрическом поле
Определение начального угла наклона директора ЖК методом фазовой задержки
Определение начального угла наклона директора жидкого кристалла методом вращения ЖК ячейки
Определение динамического диапазона (максимального ослабления пропускания) ЖК аттенюаторов на твист- эффекте
Исследование основных параметров оптически управляемых ЖК модуляторов по проекционной методике
Измерение фотоиндуцированной задержки фазы в оптически управляемых ЖК устройствах
Литература
