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(共13张PPT)
光学双稳态器件
光学双稳态器件
光学双稳态器件可能成为全光逻辑和计算机中的关键元件。发展半导体光学双稳态器件的目标是小型化、快速、低功率和高温工作。
利用纯GaAs体材料做的光学双稳态器件室温下工作时要求光脉冲高达10kW，而利用超晶格和量子阱结构的激子饱和吸收做的光学双稳态器件要求的输入功率仅在100mW以下。
D. A. B. Miller等人提出了一种新型的混合的光学双稳态开关器件，它可在更小的光功率下工作，称为自光效应器件（SEED）。
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自光电效应器件结构
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自光电效应器件的外接线路图
改变外电路电压和电阻可以使开关的启动功率和开关时间在较大范围内变动。
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量子阱超晶格光电接收器
量子阱或超晶格的导带或价带中的子能带之间及子能带和连续态之间的跃迁可以利用来做成量子阱红外光电接收器（QWIP）。
量子阱红外光电接收器的能带图
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光子晶体
光子与电子
信息产业的发展要求得到微型化和高速化的集成回路，电子产业发展的极限使人们提出了用光子作为信息载体代替电子的设想。同电子的特性相比，光子的运行速度远高于电子的运行速度，频带宽(可达到几十兆兆赫兹)，光子是电中性粒子，没有相互作用，因此能耗低，非电子性抗干扰能力强，光子具有频率和偏振等多重信息，因此具有更高的信息容量。要实现集成光路的关键是必须制造出像适合集成电路的半导体材料那样适合集成光路的材料——光子晶体。
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电子与光子有本质的不同，如表1 所示，电子是自旋为1P2 的费米子，而光子是自旋为1的玻色子，电子是标量波，而光子是矢量波，电子之间有相互作用，而光子之间没有，电子服从薛定谔方程，而光子服从的是麦克斯韦方程。但作为基本的物质粒子，电子和光子皆有波粒二象性，只是电子更趋向于粒子性，光子更趋向于波动性。
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但它们在很多方面还是有很多相似之处，如二者在自由空间为平面波，在周期约束空间为布洛赫波等。 这也为二者在约束结构或周期性结构中呈现相似性质提供了可能。
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原子、光子原子和光子分子
原子由原子核和绕核运动的电子构成，电子按轨道能级排列，有S 轨道，P 轨道等，轨道之间的电子发生跃迁可以产生尖锐原子谱线。当两个原子结合组成类H+2分子时，由于外层电子的电子云发生重叠(此时对原子最外层的价电子影响较大，对内层电子的影响可以忽略)，原子轨道能级重新组合，形成反键轨道和成键轨道，分别相对于原来的原子能级有一个能量上升和下降的趋势。因此原子在组成分子的过程中，能级是要发生分裂的，而且能级分裂的大小与原子间距有关，一般随原子间距减小而增大。而且当原子有多个价电子存在时，分裂为多个能级。
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大量的原子按一定的空间排布结合在一起组成晶体。在这些结构中，原子是有规则排列的，价电子不再专属于某个原子，而是在晶体中做共有化运动，因此原子的某些分立的能级形成由一定能量范围内准连续分布的能级组成的能带，相邻两个能带之间可能存在一定的能量区间，称为能隙。电子不能在能隙中存在，只能在能带间跳跃。
日本日亚（Nichia）公司1997年实现了410nm连续工作10000h的GaN基蓝光LD
InGaN 多量子阱激光器的结构图
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光纤通讯中半导体激光器及大功率半导体激光器
应变量子阱材料半导体光放大器（SLA）具有宽且平的增益谱，易集成，低损耗，体积小，价格便宜等优点，最重要的应用是波长转换器，实现灵活的波长路由。此外，还希望用其作为光传输系统中1310nm窗口的功率放大器，线路放大器和前置放大器以及利用SLA中的非线性来作啁啾补偿和色散补偿。
大功率半导体激光器主要用于泵浦固体激光器（DPSSL）、泵浦光纤放大器及生物学、医学等。
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