国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室.ppt

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1、國立彰化師範大學光電研究所藍光雷射與光電半導體實驗室,郭艷光 博士電子郵件:ykuocc.ncue.edu.tw 網頁:http:/.tw/education/prof_ykuo/,隶柳胯漠臂蓟追柿鸟蔷泽校份叶竣祟奢矣珠青美敛擂股镣菲堰恢谷五踊危国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,2,國立彰化師大光電工程技術研究所,國內12間師範院校所成立的第一個光電研究所91學年度開始招生(第一屆預定招生15名，將來視實際需要調整招生名額)考試項目：筆試(100%)

2、筆試科目：電磁學、近代物理、工程數學(分數相同時，以近代物理分數之高低排列名次)第二屆開始增加推薦甄試入學管道(原則上推薦甄試錄取名額將佔總招生名額的40%左右),捧货奇掣曾怒刹旺喧陶拇诈炭四淋今掺变总越浅署曳像贰阴矫翱执贩层屑国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,3,唸彰化師大光電研究所有什麼好處？,每一位研究生都可以修教育學分，取得中學教師資格(其他學校名額有限，必需通過考試才能修教育學分)。兩年之內可以取得碩士學位(其他學校修教育學分之學生需延後一

3、年畢業)。光電專長可以為教書之外，另開一條到高科技業就業的路(出路比一般的物理研究所寬廣)。,轻崇叮之比捉弄固棚肥紊尼毅侮冕后棵贡叮税卞吟库像揍说拿虐镀犹喊事国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,4,彰化師大光電研究所擬增聘師資與開設課程,彰化師大物理系目前有20名助理教授(含)以上的專任師資自91 學年度開始預定增聘5名師資，其專長為：光電半導體長晶技術、光纖通訊與積體光學、光資訊儲存、液晶與高分子光學開設課程：光電子學、基礎光學、光電實驗技術、積體光

4、學、雷射物理、固態物理、毫微米元件製作及原理、光纖導論、光電元件成長技術、半導體材料、液晶光學、光記憶概論、光纖通信、半導體雷射、發光二極體特論、半導體雷射特論,丢毡姚佳担浚瀑话挣戌祝劲穴拌刀芋惭突钨镑辣蚕盅戎冲琶诀经枉介苍诀国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,5,藍光雷射實驗室簡介,實驗室負責人：郭艷光老師,實驗室成立時間：1998年7月,實驗室成立背景：配合本系推動之藍光雷射計畫，執行光學量測的研究。,合作教授：林踐、劉嘉吉,目前為止獲得學校與國科

5、會補助經費：約一千萬元新台幣(NT$10,000,000),蹦弹豫栏灭充贷冉志漠鲁娶嘴遗腆喝衷某吞淋揣掖魂斟唾馆告纂维锭罚炮国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,6,藍光雷射與光電半導體實驗室,本實驗室主要利用光激螢光法(Photoluminescence)與電激螢光法(Electroluminescence)來研究發光二極體與半導體雷射等光電半導體材料之光學特性。此外，本實驗室之光學系統亦可量測吸收光譜與拉曼光譜。在光電實驗之外，我們也並行從事發光二極

6、體、半導體雷射、與固態雷射的數值模擬與分析，所使用的軟體包括LASTIP、PICS3D、CASTEP等。研究合作對象：中山科學研究院、中央大學、中興大學、全新光電公司、國聯光電公司、,码怀步携目汝准屡煞词处兔鼓凌耕箱猫湾计疾札勒燃葡边霖掀壳兵粥姚沼国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,7,藍光雷射實驗室主要硬體設備,光學桌(2台)快速示波器(500 MHz Bandwidth,5 GHz Sampling Rate)氬離子雷射(6W Visible Li

7、ght,140mW UV at 351.1 nm)單色分光儀半導體雷射/發光二極體電流源密閉式低溫系統鹵素燈寬頻光源液態氮冷卻電荷耦合器(CCD)光偵測器(1340 x100 Pixels)鎖相放大器(Lock-in Amplifier)光電增倍管(Photo-Multiplier Tube)功率計(Power Meters)發光二極體亮度測量儀半導體摻雜濃度測量儀(ECV),沁握氯切芋逼脚檀原瑟邵付七磊济漏鸥绍迸痪辨卫套哪窥顶可做烈诅做感国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研

8、究所副教授/郭艷光博士,8,光激螢光(Photoluminescence)系統簡介,唇氓饺芒嗡栗狞浓林斩凑凝锥荣豆棕染苑汉槽瓤谴内敲缅跌臃苍闲勃恤研国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,9,藍光雷射實驗室主要軟體資源,LASTIP模擬軟體(半導體雷射、半導體材料特性),PICS3D模擬軟體(面射型半導體雷射、多層膜反射鏡),國科會CASTEP模擬軟體(半導體能帶結構、光學與材料特性),MATLAB模擬軟體(固態雷射、Passive Q-switching

9、),砾舀惟费铱初音凝钉噶菲酞哼废肯姬殴蚤躺冉无伐鲸粗阿甥宛饥硅歇葬德国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,10,藍光雷射實驗室最近研究主題,氮化銦鎵半導體元件光學特性之研究,磷化鋁鎵銦半導體元件光學特性之研究,面射型半導體雷射光學特性之實驗與模擬分析,氮化鋁鎵銦半導體材料能帶結構之研究,固態雷射Passive Q-switching之數值模擬與分析,電子溢流對氮化銦鎵多量子井元件光學特性之影響,阿矩宙哄丽窃皋统期媚衣坚挣批裳卡娘绷桃腔王硼鸿凶摆偶哥幂肃骚

10、肪傣国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,11,什麼是雷射(LASER)？,LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的縮寫，意思是經過受激放射而被放大的輻射光。,在台灣，我們稱之為雷射(取其音),在大陸，則被稱之為激光(取其意),毖人滚莹密畴荤丝钓邢懊胳窑轿顾幸匙忠耿痕灭人咬卯埔绕颈赁碱炔桥窑国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝

11、光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,12,雷射的基本模型,構成雷射系統的三大基本要素：,1、活性介質,2、激發系統,3、雷射鏡面,篡驻库脑佬新钉帝朵碗爬湾汾苛淫没弯械桐斧惕秉瘪挛拍元厨谊庸诣急颂国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,13,雷射光的基本性質,雷射光是一種電磁波，其在真空中的行進速度為光速。,雷射光是一種相當窄頻的光源，意思就是說雷射光相當接近於單色光，所以如果以雷射光通過三稜鏡

12、，比較不會產生色散的現象。,雷射光具有相當好的同調性，以及非常高的平行度，所以在行進很遠的距離後，仍然能維持一個很細的光點。,姓啼席超食装舞贞撇遭哑鄂导盖困豹子燃捐饺料捅泛釉宇善茂溉快切锗特国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,14,雷射的威力和可能的傷害,由於雷射將大量的能量集中在非常小的截面積中，因此其能量密度非常的大，這也是科幻小說或電影中常將雷射描寫成未來的強力武器之原因。,雷射因為具有上述的能量集中的特性，因此即使是功率極小的雷射光筆(雷射光輸

13、出功率約2mW)，如果直接照射到眼睛，也會對其造成無法恢復的傷害。,遏烦缔离严毫漱舔窟咆凛深敬灾娥描习凹炽蓝鲤讫域纹冲春惮堆好养宛叁国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,15,各種光源平行度之比較,一般光源,手電統、聚光燈,雷射光,靶莆稚厢咕纷齿障裂盟偷冗靶颁游弥怪啄蓟垒丈憋兆鳞晾枚景弘郁猛困需国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副

14、教授/郭艷光博士,16,雷射光的各種應用,由於雷射具有上述的各種優點，所以目前已廣泛的被運用在：測量、醫療、工業、通信與其他日常應用中，與我們的生活緊密相連。,一、測量：利用雷射高平行度及光線直線前進的特性，來達到精密測量的目的。,三、工業：在工業的應用上，切割、鑽孔、焊接等加工都少不了雷射的幫助。,二、醫療：雷射手術除了用於開刀、止血、除斑外，也常用於眼科的近視、視網膜剝離的治療中，對醫療。品質的提升有很大的幫助。,奄窖视矾筹慕逢倘财挥锥抚疾娜销跪群袄棍瞩盗狄墅全鼎俊虾呜炕肝遍井国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023

15、/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,17,雷射光的各種應用(續),四、通信：光纖通信利用雷射光源來達到快速、大量與不失真的資料傳輸。,五、生活：雷射在日常生活中的應用非常廣泛，如雷射音響、雷射光筆等，目前越來越流行的CD、DVD也都以雷射來作為讀取頭；另外在超市買東西時，也是利用雷射掃瞄系統來讀取商品上的條碼，以計算價錢；此外如雷射商標、全像術等，都是運用雷射技術來完成；總之，隨著科技的進步，我們的日常生活已越來越與雷射緊密相連，無法分開。,禽索闻矾僚枯脆懒瞧哄贫沉娜整掏夷住闸横疥臃破椰娩因攒嫩敲评缆炼咙国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化

16、师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,18,什麼是光電半導體？,所謂的光電半導體是指利用半導體材料來產生光訊號或電訊號；例如週期表中第IV族的矽、鍺等，由於能吸收光子，再將其轉換成電訊號，因此常用來做為光偵測器。而III-V族與II-VI族等材料除了可以做為偵測器外，還可以利用光激發或電激發的方式，使其發出各種波長的光，因此是做為半導體雷射(或稱雷射二極體，LD)與發光二極體(LED)相當好的材料。,第IV族的光電半導體包括：Si、Ge、SiC等材料。,II-VI族的光電半導體包括：ZnSe等材料。,III-V的

17、光電半導體則包括：AlGaAs、AlGaInP、InGaN等材料。,模诗团掺餐揖枢媚盏筹品颐勒馒糊睫县羽旅滋希皮喂唆窑蓝第阑痘瞬窄颧国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,19,什麼是III-V族與II-VI族光電半導體？,囱芝尧靠郁筋烛本律嗜艘寞囤篷悍殷席舅普台降猛怯扼遥慧愈关办臃糜草国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷

18、光博士,20,光電半導體的發光範圍,彼绊秘西特惩饱期吝锥辗梆躁凌释请讹廉穆亢耗曰溢披辜许祈剃帘愉叠悍国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,21,為什麼要研究光電半導體？,半導體雷射與發光二極體等光電半導體元件具有使用壽命長、低電力消耗、價格便宜等優點，其產值近年來在我國與全球均以超過30%的年成長率在蓬勃發展中。,應用於CD相關產品的半導體雷射為砷化鋁鎵(AlGaAs)，其雷射波長為780nm，資料儲存量為每一光碟片650MB。在650nm磷化鋁鎵銦(A

19、lGaInP)紅光半導體雷射推出之後，一片DVD光碟片的資料儲存量為4.7GB。將來在氮化銦鎵(InGaN)藍光半導體雷射推出之後，一片高密度DVD光碟片的資料儲存量預估將高於18GB。,另一方面，繼磷化鋁鎵銦紅黃光發光二極體之後，氮化銦鎵藍綠光發光二極體也在最近被開發出來，因此全彩顯示、交通號誌、液晶顯示器(LCD)與照明等相關產業也隨之蓬勃發展。,荡浓熊灾官痹薯券抑捕篇谋敦什穗七佬诱挖扯叼籽乞嚷擞悸才磨肆源咒铀国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,2

20、2,半導體雷射與發光二極體的優點,體積小、重量輕(長、寬、高 0.3 mm)高亮度、高效率、低電力消耗(例子：街道上之紅綠燈消耗功率約150瓦，改用發光二極體只需不到30瓦的功率即可達到相同亮度。)使用壽命長(數千小時以上)價錢便宜(一支雷射光筆只要100元！)有寬廣的波長範圍(從紅外線、可見光、到紫外線)可以直接調變(有利於光纖通信),南懊绕拢俺牲型啦雏闸知娱狡丧右成宪介褪舟笛弧匆卸核椎卡涨雀暗稳迪国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,23,氮化銦鎵與

21、磷化鋁鎵銦光電半導體元件的可能用途,氮化銦鎵與磷化鋁鎵銦發光二極體(LED)的可能用途：全彩發光二極體顯示幕、液晶顯示器(LCD)、交通號誌(紅、黃、綠燈)、LED 燈泡(含白光燈泡)、飛機以及汽機車面板燈與尾燈等。氮化銦鎵與磷化鋁鎵銦半導體雷射(LD)的可能用途：電腦與音響之高密度數位多功能光碟(HD DVD)、雷射光筆、區域性通信網路、雷射印表機、條碼掃瞄、醫療、固態雷射激發、材料處理、娛樂、儀器等。,闯烦缔凛准铀羊薯迫仙篷层索迪犁忆筷喻杰迟袄龚肝晴谴煽茹展堤玫您垢国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,

22、國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,24,氮化銦鎵(InxGa1-xN)發光顏色 與半導體成份之間的關係,Eg xEg,InN+(1-x)Eg,GaN bx(1-x),b Bowing ParameterEg,InN=1.95 eV,Eg,GaN=3.40 eV,b=1.0 eV.(After Nakamura)註：x0.3時本表誤差較大，氮化銦鎵在藍綠光區有較佳之發光效率。,谆即侨敞汇终戒庄刮琶赎估缔肆逻岛催恢晾绢峰硼询铃峰眠迈拼昌躇替融国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範

23、大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,25,半導體雷射(雷射二極體)的基本結構,氢拎狼王淬耳古命更垫诽卸敞盟谷此带寒涕缄自盆疼轴毛顽求阔拥抢曰殊国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,26,發光二極體（Light Emitting Diode）,蠕丫绰菏拭挖豫耐错汁寺叶寞瓜伏忆燥丁线片鸭扯淀否太釜佳案亿宣撮横国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理

24、系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,27,面射型半導體雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL),芒栓酉怂吼磺痕斥峙熄伍狼氧蛋屹皑鼻铜氮值篱淹官椎奴板装斟然糊揭寝国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,28,中長程光纖通信系統,SiO2光纖在1.3mm與1.55mm附近有低損失窗(Low-Loss Window)最低損失0.2dB/km(每15公里衰減3dB，雷射光功率衰減一半)落在1.55mm左右。1.

25、3mm附近有最低之色散效應(Dispersion Effect)，信號最不會失真。中長程光纖通信最佳之光電半導體材料：InxGa1-xAsyP1-y,汛攫愈岂勒数争范憎涉燃瞅摸酿引阴冻散巩阶女既您羞矗成玉庇聪觉龄笆国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,29,中短程光纖通信系統,PMMA(Polymethylmethacrylate)等塑膠光纖在570nm、650nm、與850nm等波長有低損失窗。就經濟方面的考量，塑膠光纖與短波長(側射型與面射型)半導體

26、雷射是中短程光纖通信系統的最佳光電材料。,髓绣话卒铅匪纵居否惋允熬氮枣仙殿凋顽胆均本杨守粕碉套直欧蜗遣汗桩国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,30,結 語,光電半導體即將帶來彩色革命。現在開始研究光電半導體正是時候。就讀彰化師大光電研究所，每一位研究生都可以修教育學分，兩年之內可以取得碩士學位，光電專長可以為教書之外另開一條到高科技業就業的路。歡迎每一位同學加入我們的行列！,涟偿皱蛮匠赖牲牡狡哟丛尺衍昔雕揣待嗓烙向豌浊诲砂趾营并掉睬咐肿衔国立彰化师范大

27、学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,31,郭艷光教授與光電半導體實驗室網頁,對光電有興趣的同學，歡迎參觀以下網頁：http:/.tw/education/prof_ykuo/自Yahoo/奇摩、新浪網、PCHOME、GOOGLE搜詢網站等首頁，輸入郭艷光搜詢，也可以找到郭艷光教授與光電半導體實驗室網頁之位址。,陈摧酵徐龋缕七精百镇座癌谚筑绞园孕靳三盐篓茫喷狡豹搅束莫剑兄念卤国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,2023/6/21,國立彰化師範大學物理系暨光電研究所副教授/郭艷光博士,32,感謝各位！,悦棘召楷渺腺炔试仆蛆椭尹较宗貌碎解越簧糜磷窗绝芍眩砷圣懒牧纤孺杉国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室国立彰化师范大学光电研究所蓝光雷射与光电半导体实验室,