OPISY KURSÓW. Kod kursu: ETD 4068 Nazwa kursu: Optoelektronika I Język wykładowy: polski

Transkrypt

1 OPISY KURSÓW Kod kursu: ETD 4068 Nazwa kursu: Optoelektronika I Język wykładowy: polski Forma kursu Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Tygodniowa liczba godzin ZZU * Semestralna liczba godzin ZZU* Forma egzamin zaliczenia Punkty ECTS Liczba godzin 60 CNPS Poziom kursu: studia I stopnia stacjonarne, podstawowy Wymagania wstępne: zjawiska optyczne w ciele stałym, przyrządy półprzewodnikowe podstawy mikroelektroniki Imię, nazwisko i tytuł/ stopień prowadzącego: Marek Tłaczała, dr hab. inŝ., prof. PWr Imiona i nazwiska oraz tytuły/stopnie członków zespołu dydaktycznego: dr hab. inŝ. Regina Paszkiewicz, dr inŝ. Ryszard Korbutowicz, dr inŝ. Beata Ściana, dr inŝ. Damian Radziewicz, dr inŝ. Iwona Zborowska-Lindert Rok:..II... Semestr:..4 Typ kursu: obowiązkowy Cele zajęć (efekty kształcenia): Słuchacz wykładu zdobywa wiedzę niezbędną do zrozumienia zjawisk optycznych w półprzewodnikach. Otrzymuje podstawową wiedze dotyczącą kierunków rozwoju i obszarów zastosowania optoelektroniki. Poznaje podstawy fizyczne działania podstawowych przyrządów i układów optoelektronicznych mających zastosowanie w telekomunikacji, medycynie, zaawansowanych technologiach wytwarzania i obróbki mechanicznej, technice pomiarowej i czujnikach. Poznaje zasady stosowania lub wytwarzania przyrządów optoelektroniki, takich jak diody elektroluminescencyjne i lasery półprzewodnikowe. Dodatkowo, zdobyta wiedza umoŝliwia lepiej zrozumieć i wykorzystać pracę telekomunikacyjnych systemów techniki światłowodowej i innych systemów wykorzystujących źródła i detektory promieniowania. Forma nauczania: tradycyjna Krótki opis zawartości całego kursu: Optoelektronika definicja, kierunki rozwoju, obszary zastosowania. Charakterystyki optyczne ciała stałego. Klasyfikacja i podstawy zjawisk optycznych w półprzewodnikach. Absorpcja i generacja światła. Struktury niskowymiarowe. Zjawiska kwantowe w strukturach optoelektronicznych. Baza materiałowa dla optoelektroniki. Materiały AIIIBV. Związki wieloskładnikowe. Elementy 1

2 optoelektroniczne. Podstawy technologii półprzewodnikowych struktur przyrządowych. Podstawy epitaksji. Podstawowe metody charakteryzacji struktur i przyrządów optoelektronicznych. Wydajność źródeł światła. Emitery światła. Diody elektroluminescencyjne. Lasery półprzewodnikowe. Nowoczesne konstrukcje laserów. Detektory promieniowania. Podstawy logiki optycznej; konstrukcja inwertera optoelektronicznego oraz zasada działania bramek optoelektronicznych NOR i AND. Wykład (podać z dokładnością do godzin): Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych 1. Wstęp do optoelektroniki. Podstawowe właściwości. Kierunki rozwoju optoelektroniki. Obszary zastosowań.. Struktura przejść optycznych w półprzewodniku. Absorpcja, mechanizmy i typy absorpcji. Absorpcja podstawowa. 3. Rekombinacja. Szybkość rekombinacji. Rekombinacja typu DAP 4. Materiały optoelektroniki. Materiały typu AIIIBV podstawowe właściwości. Związki wieloskładnikowe 5. Struktury optoelektroniczne. Struktury o obniŝonej wymiarowości. Epita- - ksja. 6. Mechanizmy epitaksji. Rodzaje epitaksji, PodłoŜa do epitakcji. 7. Epitaksja LPE. VPE. MOVPE, MBE. porównanie metod, obszary zastosowań. 8. Klasyfikacja elementów i układów optoelektronicznych. Podstawy generacji światła w półprzewodnikach. 9. Źródła światła. Diody elektroluminescencyjne. Wydajność kwantowa. 10. Konstrukcje diod elektroluminescencyjnych. Optoelektronika światła białego. Diody do współpracy ze światłowodem. 11. Klasyfikacja laserów. Lasery półprzewodnikowe. Warunki i mechanizm generacji światła w laserze. Warunki wzmocnienia. Konstrukcje laserów. Laser szerokokontaktowy i laser paskowy. 1. Rezonator optyczny, warunek rezonansu Przegląd konstrukcji laserów. Lasery typu RFB, BRD, BFR, VCSEL. Charakterystyki uŝytkowe. 13. Detektory promieniowania. Mechanizmy detekcji. Detektory półprzewodnikowe termiczne i półprzewodnikowe. 14. Konstrukcje detektorów. Detektory MSM i PIN. Parametry. Charakterystyki uŝytkowe. 15. Elementy i układy logiki optycznej. Wzmacniacz i inwerter optyczny. Bramki optoelektroniczne. Bramki oproelektroniczne NOR i AND Ćwiczenia - zawartość tematyczna: Seminarium - zawartość tematyczna: Laboratorium - zawartość tematyczna: Projekt - zawartość tematyczna: Literatura podstawowa: B. Mroziewicz, M. Bugajski, Wł. Nakwaski, Lasery półprzewodnikowe, WNT 1985, J. E. Midwinder, Y. L. Guo, Optoelektronika i technika światłowodowa, WKŁ 1995, J. I. Pankove, Zjawiska optyczne w półprzewodnikach, WNT 1984, J. Piotrowski, A. Rogalski, Półprzewodnikowe detektory podczerwieni, WNT 1985, B. Ziętek, Optoelektronika, Wyd. UMK, 004 Z. Bielecki, A. Rogalski, Detekcja sygnałów optycznych, WNT 001, Liczba godzin

3 Literatura uzupełniająca: A. Smoliński, Optoelektronika światłowodowa, WKŁ 1985, J. Hennel, Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT 1986, J. Godlewski, Generacja i detekcja promieniowania optycznego, PWN 1997, J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej, WKŁ 1997, M. Marciniak, Łączność światłowodowa. WKŁ 1998, G. Einarsson, Podstawy telekomunikacji światłowodowej, WKŁ 1998, K. Booth, S. Hill, Optoelektronika, WKŁ, Warszawa 001, R. Bacewicz, Optyka ciała stałego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Warunki zaliczenia: egzamin * - w zaleŝności od systemu studiów 3

4 DESCRIPTION OF THE COURSES Course code: ETD 4068 Course title: Optoelectronics I Language of the lecturer: Polish Course form Lecture Classes Laboratory Project Seminar Number of hours/week* Number of hours/semester* Form of the course examination completion ECTS credits Total Student s 60 Workload Level of the course: First-cycle studies, mode of study: full-time studies, basic Prerequisites: optic effects in solid states, semiconductor devices, bases of microelectronics Name, first name and degree of the lecturer/supervisor: Marek Tłaczała, PhD, DSc, Prof. Names, first names and degrees of the team s members: Regina Paszkiewicz, PhD, DSc; Ryszard Korbutowicz, PhD; Beata Ściana, PhD; Damian Radziewicz, PhD; Iwona Zborowska-Lindert, PhD Year: II Semester: 4 Type of the course (obligatory/optional): obligatory Aims of the course (effects of the course): Participant of course achieve knowledge required for understanding optical phenomena occurred in semiconductor materials. It receives basic knowledge related with directions of development and application area of optoelectronics. Student learns physical bases of functioning of optoelectronics devices and circuits which are applied in telecommunication, medicine, advanced technologies of production and mechanical treatment, measurements techniques and sensors. Course participants get knowledge about application or fabrication of optoelectronics devices like electroluminescence diodes and semiconductor lasers. Additionally achieved knowledge enables better understanding of functioning possibilities application of fiber technique telecommunication systems and other systems which require sources and detectors of radiation. Form of the teaching: traditional Course description: Optoelectronics definition, directions of development, application areas. Optical characteristics of solid states. Classification and bases of optical phenomena of semiconductors. Absorption and light generation. Low-dimensions structures. Quantum effects in optoelectronics structures. Materials base for optoelectronics. AIIIBV materials. Compound semiconductors. Optoelectronic elements. Bases of technology of 4

5 semiconductor structures. Epitaxy bases. Basic methods of optoelectronic structures and devices characterization. Efficiency of light sources. Light emitters. Electroluminescence diodes. Semiconductor lasers. Up-to-date lasers constructions. Radiation detectors. Bases of optical logic; optoelectronic inverters construction and functioning principles of optoelectronics gates NOR and AND. Lecture: Particular lectures contents 1. Introduction to the optoelectronics. Basic properties. Directions of development of optoelectronics. Areas of applications.. Structure of optical transition in semiconductors. Absorption, mechanisms and types of absorption. Elementary absorption. 3. Recombination. Recombination velocity. DAP type recombination. 4. Optoelectronics materials. AIII-BV materials basic properties. Multicompounds. 5. Optoelectronics structures. Low-dimensions structures. Epitaxy. 6. Epitaxy mechanisms. Types of epitaxy. Substrates for epitaxy. 7. LPE epitaxy. VPE. MOVPE and MBE methods comparison, areas of application. 8. Classification of optoelectronic elements and circuits. Principles of light generation in semiconductors. 9. Light sources. Electroluminescence diodes. Quantum efficiency. 10. Electroluminescence diodes constructions. White light optoelectronics. Diodes appropriated to co-operation with optical fibers. 11. Lasers classification. Semiconductor lasers. Conditions and mechanisms of light generation in laser device. Amplification conditions. Lasers constructions. Wide-contact and strip lasers. 1. Optical resonator, resonance condition. Review of lasers constructions. RFB, BRD, VCSEL type lasers. Usage characteristics. 13. Radiation detectors. Detection mechanisms. Semiconductor thermal detectors. 14. Detectors constructions. MSM and PIN type detectors. Parameters. Characteristics. 15. Elements and circuits of optical logic. Optical amplifier and inverter. Optoelectronic gates NOR and AND. Classes the contents: Seminars the contents: Laboratory the contents: Project the contents: Basic literature: Number of hours 1. B. Mroziewicz, M. Bugajski, Wł. Nakwaski, Lasery półprzewodnikowe (Semiconductor lasers), WNT 1985,. J.E. Midwinder, Y.L. Guo, Optoelektronika i technika światłowodowa (Optoelectronics and fiber optics technique), WKŁ 1995, 5

6 3. J.I. Pankove, Zjawiska optyczne w półprzewodnikach (Optical phenomena in semiconductors), WNT 1984, 4. J. Piotrowski, A. Rogalski, Półprzewodnikowe detektory podczerwieni (Semiconductor lasers of infrared), WNT 1985, 5. B. Ziętek, Optoelektronika (Optoelectronics), Wyd. UMK, Z. Bielecki, A. Rogalski, Detekcja sygnałów optycznych (Optical signals detection), WNT 001 Additional literature: o A. Smoliński, Optoelektronika światłowodowa (Fiber optics optoelecronics), WKŁ J. Hennel, Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT 1986, 3. J. Godlewski, Generacja i detekcja promieniowania optycznego (Generation and detection of optical radiation), PWN 1997, 4. J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej (Introduction to the modern fiber optics telecommunication), WKŁ 1997, 5. M. Marciniak, Łączność światłowodowa. (Fiber optics communication) WKŁ 1998, 6. G. Einarsson, Podstawy telekomunikacji światłowodowej, WKŁ 1998, 7. K. Booth, S. Hill, Optoelektronika (Optoelectronics), WKŁ, Warszawa 001, 8. R. Bacewicz, Optyka ciała stałego (Solid state optics), Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Conditions of the course acceptance/credition: exam * - depending on a system of studies 6