|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Современные лазерные и оптоэлектронные системыучебный курс
- Автор: Морозов В.Б.
- Год создания: 2014
- Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Описание: Программа курса Современные лазерные и оптоэлектронные системы В.Б.Морозов МГУ имени М.В.Ломоносова, физический факультет, кафедра общей физики и волновых процессов, 3 курс Лучевая оптика. Показатель преломления. Оптическая длина пути. Принцип Ферма. Распространение света в однородной среде. Прямолинейность распространения света. Отражение от зеркала. Отражение и преломление на границе сред. Простейшие оптические элементы и системы. Зеркала. Плоское зеркало. Параболическое зеркало. Эллиптическое зеркало. Сферическое зеркало. Каустическая кривая. Параксиальные лучи. Параксиальное приближение. Фокусное расстояние сферического зеркала. Уравнение изображения для сферического зеркала. Формирование изображения сферическим зеркалом. Плоские границы сред. Преломление в оптически более плотную и менее плотную среду. Внутреннее отражение. Полное внутреннее отражение. Угол полного внутреннего отражения. Тонкая призма. Сферические границы сред. Преломление на сферической границе. Уравнение изображения. Увеличение. Тонкая сферическая линза. Уравнение изображения. Увеличение. Фокусное расстояние. Световоды. Оптические волокна. Условие распространения света по волокну. Угол приема. Числовая апертура. Градиентное волокно. Виды оптических волокон. Матричная оптика. Матрица ABCD передачи луча. Матрицы простых оптических элементов. Распространение в свободном пространстве. Преломление на плоской границе. Преломление на сферической границе. Прохождение через тонкую линзу. Отражение от плоского зеркала. Отражение от сферического зеркала. Матрицы каскада оптических элементов. Набор плоских прозрачных пластин. Участок свободного пространства и линза. Изображение тонкой линзы. Изображение толстой линзы. Матрица периодической оптической системы. Рекуррентное соотношение. Условие устойчивости траектории. Система равноотстоящих одинаковых линз. Система пар разных линз. Оптический резонатор. Волновая оптика. Шкала электромагнитных волн. Постулаты волновой оптики. Волновое уравнение. Монохроматические волны. Комплексная волновая функция. Комплексная волновая функция. Комплексная амплитуда. Уравнение Гельмгольца. Элементарные волны. Плоская волна. Сферическая волна. Приближение Френеля. Число Френеля. Параксиальные волны. Параксиальное уравнение Гельмгольца. Связь между волновой и лучевой оптикой. Прохождение волны через простейшие оптические элементы. Плоское зеркало. Плоская граница диэлектриков. Прозрачная пластина. Тонкая прозрачная пластина переменной толщины. Тонкая призма. Тонкая плоско-выпуклая линза. Тонкая двояко-выпуклая линза. Формирование изображения тонкой линзой. Дифракционная решетка. Пластинка с градиентным показателем преломления. Интерференция волн. Интерферометр. Схемы интерферометров: Маха-Цандера, Майкельсона, Саньяка. Применения интерферометров. Оптические пучки. Гауссовы пучки. Параксиальное уравнение Гельмгольца. Гауссов пучок. Параметры Гауссова пучка. Свойства гауссовых пучков. Интенсивность. Мощность. Ширина пучка. Расходимость. Конфокальный параметр. Фаза. Волновой фронт. Набор параметров, характеризующих гауссов пучок. Особые точки гауссова пучка. Качество пучка. Прохождение Гауссова пучка через оптические элементы. Тонкая линза. Фокусировка, коллимирование, расширение пучка. Отражение от сферического зеркала. Прохождение Гауссова пучка через произвольную оптическую систему. Закон ABCD. Общность закона ABCD. Прохождение через свободное пространство. Прохождение через тонкий оптический элемент. Пучки Эрмита-Гаусса. Пучки Лагерра-Гаусса и Бесселя. Оптика полупроводников Энергетические зоны и носители заряда в полупроводниках. Модель Кронинга-Пенни. Электроны и дырки. Распределение Ферми. Механизм образования запрещенной зоны. Прямозонные и непрямозонные полупроводники. Полупроводниковые материалы и фотоника. Полупроводники и периодическая таблица Д.И.Менделеева. Полупроводниковые материалы и структуры для фотоники. Одноэлементные полупроводники. Двухкомпонентные полупроводники III и V групп (AIIIBV). Трехкомпонентные полупроводники. Четырехкомпонентные полупроводники. Концентрация электронов и дырок. Плотность состояний вблизи границ зон. Вероятность заселения состояний (распределение Ферми). Экспоненциальное приближение функции Ферми. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике. Легирование полупроводников. Квазиравновесные концентрации носителей. Квазиуровни Ферми. Основные технологии легирования. Генерация, рекомбинация, инжекция. Генерация и рекомбинация при тепловом равновесии. Безизлучательная и излучательная рекомбинация. Электронно-дырочная инжекция. Внутренний квантовый выход. Полупроводниковый p-n-переход при тепловом равновесии. p-n-Переход при прямом и обратном смещении. Вольт-амперная характеристика. Диод на p-i-n- переходе. Гетеропереходы. Квантово-размерные структуры. Квантовые ямы. Множественные квантовые ямы. Сверхрешетки. Структуры со смещенными множественными квантовыми ямами. Квантовые проволоки. Квантовые точки. Взаимодействие фотонов с носителями зарядов в полупроводниках. Поглощение и испускание фотонов объемными полупроводниками. Поглощение и испускание фотонов при межзонных переходах. Поглощение и испускание фотонов в непрямозонном полупроводнике. Полупроводниковые источники фотонов Светоизлучающие диоды. Инжекционная электролюминесценция. Электролюминесценция при тепловом равновесии. Электролюминесценция в присутствии инжекции. Спектральная интенсивность электролюминесценции. Характеристики светоизлучающих диодов. Внутренний квантовый выход. Коффициент вывода. Внешний квантовый выход. Выходной поток фотонов. Выходная оптическая мощность. Коэффициент преобразования мощности (к.п.д.). Чувствительность. Спектральное распределение. Время установления. Основные схемы включения. Конфигурации излучателей. Материалы и структуры светоизлучающих диодов. Светодиоды белого света. Светодиодные дисплеи. Органические светодиоды. Полупроводниковые лазерные усилители. Коэффициент усиления и ширина полосы частот усиления. Условия усиления. Способы накачки. Оптическая накачка. Накачка током. Пиковый коэффициент усиления. Использование гетероструктур. Использование структур с квантовыми ямами. Применение полупроводниковых усилителей. Суперлюминесцентные диоды. Применение суперлюминесцентных диодов. Оптическая когерентная томография. Волоконно-оптическая гироскопия. Волоконно-оптические датчики. Лазерные диоды. Усиление. Обратная связь. Потери в резонаторе. Порог генерации. Спектр излучения. Расходимость в дальней зоне. Материалы и структуры. Квантово-размерные лазеры. Лазеры на квантовых ямах, множественных квантовых ямах, квантовых проволоках, квантовых точках. Квантово-каскадные лазеры. Перспективы кремниевой фотоники. Лазеры с микрорезонаторами. Лазеры с распределенной обратной связью. Лазеры с вертикальными резонаторами. Полупроводниковые детекторы фотонов Фотоприемники. Основные физические эффекты в основе работы фотоприемников. Внутренний и внешний фотоэффект. Тепловой эффект. Основные классы, свойства и характеристики фотоприемников Фотоприемники на основе фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта). Уравнение Эйнштейна. Работа выхода. Фототок. Материалы фотокатодов. Вакуумные фотодиоды. Фотоэлектронные умножители. Микроканальные пластины. Фотоприемники на основе фотопроводимости (внутреннего фотоэффекта). Фотогенерация электронов и дырок в полупроводнике. Принцип действия фотосопротивления. Принцип действия фотодиода. Внутреннее усиление. Общие характеристики полупроводниковых фотодетекторов. Квантовая эффективность. Красная граница. Токовая чувствительность. Время отклика. Постоянная времени. Фотопроводники. Устройства на основе собственных полупроводников. Величина фототока. Усиление. Спектральная чувствительность. Время отклика. Устройства на основе легированных полупроводников. Устройства на основе гетероструктур. Устройства на квантовых ямах. Устройства на квантовых точках. Фотодиоды. Принцип работы и характеристики фотодиодов. Вольт-амперная характеристика. Режимы работы. Быстродействие. p-i-n-Фотодиод. Фотодиод на гетероструктурах. Фотодиод на барьерах Шоттки. Лавинные фотодиоды. Принцип действия и конструкция. Эффект ударной ионизации. Области применения. Ключевые схемы. Системы счета фотонов. Матричные детекторы. Типы матричных детекторов. Схемы считывания данных с матричных детекторов. ПЗС- и КМОП-технологии. Шумы фотодетекторов. Основные источники шумов. Основные характеристики шумов. Основная литература: 1. Б.Салех, М.Тейх. Оптика и фотоника. Принципы и применение. Пер. с английского. В 2-х томах. Долгопрудный: «Интеллект», 2012. 2. А.Ярив. Введение в оптическую электронику. Пер. с английского. М.: «Высшая школа», 1983. 3. О.Звелто. Принципы лазеров. Изд. 4-е. Пер. с английского. М.: «Лань», 2002. 4. Л.Н.Курбатов. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. М.: «Физматкнига», 2013. 5. Э.Розеншер, Б.Винтер. Оптоэлектроника. Пер. с французского. М.: «Техносфера», 2004. 6. А.Н.Игнатов. Оптоэлектроника и нанофотоника: СПб.: «Лань», 2011. 5. Конспект лекций, 2014.
- Добавил в систему: Морозов Вячеслав Борисович