EMITATOARE OPTICE

STARE TERMODINAMICA

, , 0f p V T Exemplu: Gazul ideal

0mpV RTM

8.3R J mol K

23 16.023 10AN mol

Principiul 1 al termodinamicii

U L Q

V p

U UT T

dU dL dQdU pdV dQ

Principiul 1 al termodinamiciiExemplu

1V T

U UdT dV pdV dQT V

2p pT T

U U V VdT dp p dT p dp dQT p T p

3p V

U UdV dp pdV dQV p

dQdTCapacitate termica = 

Principiul 2 al termodinamicii

O transformare a carei singur rezultat finaleste sa transfere caldura de la un corp aflatla o anumita temperatura, la un corp aflat lao temperatura mai ridicata, este imposibila.

ENTROPIA

1

1

0

0

ni

i in

i

i i

QTQT

Ciclu reversibil

0

0 4

dQTdQT

Ciclu reversibil

5B

A

dQT 6

A

O

dQS AT

Entropia starii A

7B

A

dQS B S AT

Propietati Ale Entropiei

8

B

AB

A

dQS B S AT

dQS B S AT

Transformare reversivila

Transformare ireversivila

Transformare ireversibila intr‐un sistem izolat

09

dQS B S A

S B S A

Transformare reversibila intr‐

un sistem izolat

Sistem izolat

Principiul 3 al termodinamicii ln . (10)S k W const 231.38 10

A

Rk J KN

A

O

dQS AT

0

11A

T

dQS AT

Observatie: 0 1S W

12 lnS A k W

Ipoteza cuantelor a lui Planck

( 1 3 )U n

Determinarea probabilitati termodinamice

log 14S A k W

15NU NU 16NS NS

log 18NS k W

17NU NU Nn P

Calculul probabilitatii W

NU P1      2     3     4     5     6     7     8     9     107  38     11    0     9     2     20   4     4      5

1 2 .... 1 1 !

191 2 3 1 ! !

N N N N P N PR

P N P

! 20NN N

21N P

N P

N PR

N P

Tabel 1

Calculul probabilitatii W

ln ln

ln ln lnNS k W k R

k N P N P N N P P

1 ln 1 ln ln

1 ln 1 ln

NP P P PS kN N N NN N N N

U U U UkN

1 ln 1 ln 22U U U US k

Legea de deplasare a lui Wien

3

3 23Tu fc

2

3

8 24u Uc

25TU f

1 26UT f

2 31 127 28 29dS dS U Uf S fT dU dU

Expresia quantei de radiatie

30US f

1 ln 1 ln 31U U U US k

h 1 ln 1 ln 32U U U US k

h h h h

Legea lui Plank

1 33dST dU

1 ln 1 34k hT h U

351

hkT

hUe

Derivate ale legii lui Planck

1hkT

hUe

h kT 1

1

hkT

hkT

ee

h kT

1hkT he

kT

LegeaRayleigh–Jeans 

Legea lui Wien

Absorbtia si emisia de lumina

Viteza de absorbtia si emisie

2 2 136 , 37 , ' 38spon stim em abs emR AN R BN R B N

2 1 39gN N Exp E kT Exp h kT

2 2 1' 40em emAN BN B N ' exp 1emA B

B B h kT

3 38 41

exp 1emh ch kT

3 38 ' 42A h c B si B B

Concluzii

1. Sursele termice

2. Echilibru termic la temperature camerei

1exp 1 1 43stim sponR R h kT

Laserele functioneaza prininversiunea de populatie

N2 > N1 

Absorbtia si emisia in semiconductori

1

2 2

1

1 1

1 exp44

1 exp

c fc

v fv

f E E E kT

f E E E kT

2 1 emE E E

2h

Absorbtia si emisia in semiconductori ‐ 2

1 2 2 1 2, 1 47c

stim c v cv emE

R B E E f E f E dE

1 2 1 2 2, 1 48c

abs v c cv emE

R B E E f E f E dE

1 2 2 1 2, 1 46c

spon c v cvE

R A E E f E f E dE

3 2

1 2

2 3

2, 45

2r

cv g r c v c v

mE m m m m m

Inversiunea de populatie

4 9s t im a b sR R

2 1c vf E f E

2 1fc fv gE E E E E

Homo‐jonctiunea p‐n

exp 1 50SI I qV kT

Hetero‐jonctiunea p‐n

Nepolarizat

Polarizat direct

Confinarea simultana a purtatorilor si cimpului

Materiale semiconductoare

1.424 1.247 , 0 0.45 51gE x x x

21.35 0.72 0.12 , 0 1 52gE y y y y

Jonctiune p‐n

int (53)rr rr

tot rr nr

R RR R R

, (54)rr nrrr nr

N NR R

int (55)nr

rr nr

(56)rr spon stimR R R

(57)spon nrc

NR R

1 2 (58)c nrA BN CN

LEDint int (59)P I

q

int int (60)ext ext extP P Iq

arcsin 1c n

0

1 2 sin (61)4

c

ext fT d

20 4 1 (64fT n n

21 (63)1ext n n

0 cos (64)S S

2 (65)c NA

0

int int0 0

(66) (67)qVd

e etot ext tot ext

elec

P PP V I qV

Responzivitatea LED

int (68)eLED ext

PRI q

Spectrul unui LED

0 exp (69)spon g gR A E E kT

(70)2g

kTE

1.8 (71)kTh

23

34

1.8 1.38 10 30011.2

6.626*10J K K

THzJ s

Raspunsul la modulatie al LED‐ului(72)

c

dN I Ndt qV

exp (73)b m mI t I I i t

exp (74)b m mN t N N i t

(75)b c bN I qV (76)1

c mm m

m c

I qVNi

1 (77)0 1

m mm

m m c

NH

N i

3 _3 (78)

2dB opticc

f

3 _1 (79)

2dB electricc

f

Dioda LASER

•Emit puteri mari ( ~100 mW)

•Emit lumina coerenta

•Fascicolul emis are o imprastiere unghiulara mica

•Latimea spectrului este mica

•Modulatia directa a diodei laser pina la frecvente mari ( ~ 25 GHz)

Cistigul optic

(80)p g Tg N N N

Reactia si pragul LASER21 (81)

1mnRn

0 1 2 int 0exp exp exp 2 (82)E gL R R L ikL E

int int 01 2

1 1ln(83)2

2 2 2

mir

m

g EL R R

kL m sau mc nL

(84)mg g

Moduri longitudinale

2 (85)L c nL

(87)gn n dn d

2 (86)L gc n L

Caracteristicile laser

•Caracteristici in unda continua

•Caracteristici de modulatie, la semnal mic

•Caracteristici de modulatie la semnal mare

•Zgomotul laserului

Caracteristicile laser in unde continua

(88)

(89)

spp

c

dP PGP Rdt

dN I N GPdt q

0v (90)g m NG g G N N

0v ,N g g TG V N N V

1intv v (91)p g cav g mir

0 0exp (92)thI T I T T

Caracteristicile P‐I a laserului

01 (93)th

thc c N p

qN qI NG

, (94)p th thP q I I I I

1 v (95)2e g mirP P

int

int

(96)2

mire th

mir

P I Iq

int

int

(97)2

e mird d

mir

dP cudI q

Eficienta cuantica externa a laserului2_ _ 2 (98)

_ _e e

extP Prata emisie fotoni q

rata injectie electroni I q I

1 (99)thext d

II

0

2 (100)etot

PV I

0 0

(101)gtot ext ext

EqV qV

Modulatia laserului

(88)

(89)

spp

c

dP PGP Rdt

dN I N GPdt q

0 1 (103)N NLG G N N P

102b m pI t I I f t

01 1 1042 c N

p

d G N Ndt

Modulatia laserului

Modulatia de semnal mic

,b th m b thI I I I I sin 105p mf t t

sin 106sin 107

b m m m

b m m m

P t P p tN t N n t

exp 108b N mm m m m

R m R R m R

P G I qp p ii i

2 4 , 2 109R N b P N R P NGG P

1, 110P sp b NL b N c N bR P GP G P

Functia de transfer

2 2

(111)0

m m R Rm

m R m R R m R

pH

p i i

Banda de modulatie

1 22 2 4 2 2 43

1 2 (112)2dB R R R R R Rf

R R 3 2 2

3 33 1132 4 4

N b NRdB b th

p

G P Gf I Iq

Modulatia de semnal mare

01 1 1142 4

cN

p

dt G N Ndt

THz

Zgomotul in dioda LASER

0

(115)

(116)

1 1 1172

sp Pp

Nc

c Np

dP PGP R F tdt

dN I N GP F tdt q

d G N N F tdt

2 118i j ijF t F t D t t

, 4 119PP sp spD R P D R P

Zgomotul in dioda LASER ‐ 2 

2120ppC P t P t P

exp 121ppRIN C i t dt

2 2

2 22 2

2 1 2122

sp N N N c sp N

R R R R

R G P G P N R PRIN

P

2 4 , 2 123R N P N R P NGG P

1, 124R sp NL N c NR P GP G P

Zgomotul in dioda LASER ‐ 3 

1 125

0

d

p pp

PSNRC

1 2

126NL

sp p

SNR PR

Latimea liniei spectrale

0exp 127EES t i d

* , exp 128EE t E t E t E t P i

2exp exp 2 129EE t i t

2

2 21 cos 3 cos 3 1302 cos2

Rsp cc R

R

R bb eP

2 2 , arctan 131R R R R Rb

21 4 132sp cR P

Latimea liniei spectrale