Lý thuyết và bài tập: Nguồn quang

Tài liệu "Lý thuyết và bài tập: Nguồn quang" trình bày nội dung kiến thức về nguồn quang: Thiết bị chuyển đổi điện thành quang; Vật liệu nguồn sáng; Cung cấp một số bài tập để các em sinh viên vận dụng và nắm vững bài học. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết tại đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lý thuyết và bài tập: Nguồn quangLý thuyết và bài tập: Nguồn quang Nhóm 2: 1. Bùi Văn Chiến 2. Hoàng Hữu Chung 3. Nguyễn Văn Chương 4. Phạm Văn Công 5. Nguyễn Văn CườngThiết bị chuyển đổi điện thành quang E/O Vật liệu nguồn sáng (Leds)Vật liệu bán dẫn được sử dụng cho lớp tích cựccủa nguồn quang phải có vùng cấm năng lượngcó hướng.• Trong bán dẫn có vùng cấm có hướng, điện tử và lỗ trống có thể tái hợp 1 cách có hướng mà không cần hạt thứ 3 để giữ mô men, sự tái tổ hợp sẽ phát xạ tạo ra các mức năng lượng ánh sáng.• Vùng cấm vốn không tồn tại mức năng lượng, song nếu pha tạp có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm, nhiều vật liệu phức hợp nhóm 3 hoặc 4 vật liệu có thể tạo được năng lượng dải cấm thích hợp cho nguồn quang. Để hoạt động ở dải phổ 800-900nm, sử dụng vật liệu pha tạp Ga1-xAlxAs• Tỉ lệ x của Al sẽ xác định độ rộng vùng cấm có mức năng lượng theo công thức: (0 ≤ x≤ 0.37)• Eg = 1.424 +1.266x +0.266x2 (1)• Bước sóng phát xạ tính theo: (2)VD:4.3• Với tỉ lệ x =0.07. Tính theo công thức trên được:• Theo (1): Eg =1.424 + 1.266*(0.07) +0.266*(0.07)2 = 1.51 eV. Bước sóng đỉnh phát xạ là: = 0.82 μm =820 nm.Kết quả được tính toán tương tự cho bài tập 4.3Đồ thị mô tả sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm và bước sóng theo tỉ lệ x Hình vẽ thể hiện bước sóng đỉnh phátra là 810nm và độ rộng phổ ở mức nửa công suất là 36nm Để hoạt động ở dải phổ lớn hơn từ0.92 -1.65μm, sử dụng vật liệu pha tạp In1-xGaxAsyP1-y• Năng lượng vùng cấm phụ thuộc vào tỉ lệ x và y trong công thức:• Eg = 1.35 - 0.72y + 0.12y2 (3)• Mối liên hệ x và y: y=2.2x với 0 ≤ x ≤ 0.47• Từ việc tính được x hoặc y ta cũng biết thành phần tỉ lệ của vật liệu pha tạp.• Bước sóng ánh sáng được tạo ra ở vật liệu này lớn hơn 900nm.VD 4.4• Xét vật liệu In0.74Ga0.26As0.57P0.43 với x= 0.26 , y= 2.2x= 0.57 .• Từ công thức (3): Năng lượng vùng cấm• Eg = 1.35 – 0.72*(0.57) +0.12*(0.57)2 = 0.97eVTừ đó ta tính được bước sóng đỉnh phát ra: λ = 1.27 μm = 1270nmBiểu đồ thể hiện mối quan hệ khoảngcách tinh thể mạng, năng lượng vùng cấm và bước sóng phát xạ của LedsBT 4.4a. Khoảng cách mạng tinh thể là: a(BC) = a(GaAs) = 5.6536 A° a(BD) = a(GaP) = 5.4512 A° a(AC) = a(InAs) = 6.0590 A° a(AD) = a(InP) = 5.8696 A° a(x,y) = xy 5.6536 + x(1-y) 5.4512 + (1-x)y 6.0590 + (1-x)(1-y)5.8696 = 0.1894y - 0.4184x + 0.0130xy + 5.8696b. Thay a(xy) = a(InP) = 5.8696 A° vào biểu thức a(x,y) ở câu a ta có: ?. ????? ?. ????? ?= ≈ = ?. ??? ?. ???? − ?. ????? ?. ????c. Với x = 0.26, y = 0.56 ta có: Eg = 1.35 + 0.668(.26) - 1.17(.56) + 0.758(.26)2 + 0.18(.56)2 -.069(.26)(.56) - .322(.26)2(.56) + 0.03(.26)(.56)2 = 0.956 eV