2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的发光和显示

半导体的发光和显示微光夜视技术研究在夜天光照明条件下，光与电子图像信息之间的相互转换、增强、处理、显示等物理过程及其实现方法的一门高新技术，主要应用于军事夜间侦查，夜间武器的瞄准等。微光夜视技术微光增强技术简单示意图第零代第一代第二代第三代第四代。。。第六节

第零代微光夜视技术用裸眼看不见的近红外线探照灯照射目标，通过夜视仪物镜摄取，把被照景物反射回来的红外线图像经过处理，再现出景物的可见光图像。由于配用了人工辅助照明光源被称为主动式红外夜视仪器。缺点是能被装备有同类仪器的敌方发现。第六节

第一代微光夜视技术20世纪60年代初，在多碱光阴极、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益。它属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产，成像质量明显提高。缺点是怕强光，有晕光现象。第六节

第二代微光夜视技术微通道板电子倍增器(MCP)的发明并将其引入单级微光管中。从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；克服了微光管的晕光现象；它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。第六节

第三代微光夜视技术将透射式砷化镓光阴极和带AL2O3离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑夜晚的目标视距延伸了50％-100％。20世纪80年代以来多用于美欧国家军队，在马岛战争和海湾战争中发挥了很大作用。第六节微光夜视仪是以像增强器为核心器件的夜间外瞄准具，其工作时不用红外探照灯照明目标，而利用微弱光照下目标所反射光线通过像增强器在荧光屏上增强为人眼可感受的可见图像来观察和瞄准目标。微光夜视仪

词条简介第六节微光增强系统物镜捕捉环境光线和某些近红外线传送给图像增强管。管道会向图像管组件输出约为5000伏的高压。图像增强管中有一个光阴极，能将光子转化为电子。当电子通过管道时，利用管道内的微通道板（MCP）管中的原子会释放相似的电子，其数目为原有电子数乘以一个因数（约为几千倍）。第六节

光阴极光阴极的任务是将输入光子图像变换为相应时空分布的光电子图像。大部分光阴极材料是半导体，工作原理主要基于半导体外光电效应。第六节微通道板微通道板是一个微型玻璃盘，内部含有数百万个微型孔隙。微通道板处于真空中，在盘片的两面都安装了金属电极。当来自光阴极的电子触击微通道板上第一个电极时，在两电极间5000伏高压作用下电子会加速通过玻璃微通道，导致通道中数千个电子被释放出来，这一过程称为级联二次发射。第六节单通道的电子倍增原始电子会撞击微通道的侧边，而后受激发的原子会释出二次电子。这些新电子也会撞击其他原子，从而造成一种链式反应，其结果是，进入微通道的电子屈指可数，而离开微通道的电子却数以千计。第六节微通道板MCP上的微通道有一个微小的倾斜角（约5-8°）这既是为了能引发电子碰撞，也是为了降低来自输出端磷光质层的离子反馈和直接光反馈。12.7固体激光器和量子点激光器第七节激光是受激而发射的光，是被其他辐射感应而发生的辐射。特性：1.沿直线传播，尽在被衍射规定的小脚内发散。2.相干性很好。3.由于光束细，功率密度很大，一般比太阳亮度还大。激光原理第七节

光的辐射有以下三种状态：a.受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。受激吸收跃迁E2E1E2E1入射光子第七节E2E1E2E1自发辐射光子自发辐射跃迁b.自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。第七节c.受激辐射（激光）:当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子。受激辐射跃迁E2E1E2E1入射光子受激辐射光子入射光子外界激励光学谐振腔激光产生工作物质光子放大及振荡其它粒子的受激辐射偶然的自发辐射粒子数反转激光器产生激光的过程第七节

粒子数反转要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数，这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒子数反转是产生激光的必要条件。加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面反射镜构成，其中一个全反射一个部分反射。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。

谐振腔激光的应用工业军事信息医疗科研商业固体激光器红宝石激光器半导体结型激光器量子阱激光器第七节

红宝石激光器

1960年，美国物理学家西奥多·梅曼首先做成了红宝石激光器。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。

第七节

红宝石激光器

在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的