D ưới mt th khá cao gia LE và phototransitor cĩ ữ
Các hiện tượng biến đổi quang điện
(a). Hấp thụ (b). Phát xạ tự phát (c). Phát xạ kích thích
Hình 7.8. Các hiện tượng biến đổi quang điện
1. Hiện tượng phát xạ kích thích, hình c, xảy ra khi một điện tử đang ở trạng thái năng lượng cao E2 bị kích thích bởi một photon cĩ năng lượng hν12 bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg= E2 – E1). Khi đĩ, điện tử sẽ chuyển từ trạng thái năng lượng cao xuống trạng thái năng lượng thấp hơn và tạo ra một photon cĩ năng lượng bằng với năng lượng của photon kích thích ban đầu.
Các hiện tượng biến đổi quang điện
Hiện tượng phát xạ kích thích
– từ một photon ban đầu sau khi khi xảy ra hiện
tượng phát xạ kích thích sẽ tạo ra hai photon (photon ban đầu và photon mới được tạo ra) cĩ cùng phương truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng tần số (tính kết hợp, coherent, của ánh
sáng). Hay nĩi cách khác, quá trình khuếch đại ánh sáng được thực hiện.
– Hiện tượng này được ứng dụng trong các bộ
khuếch đại quang bán dẫn (OSA) và khuếch đại quang sợi (OFA).Hiện tượng phát xạ kích thích cũng được ứng dụng trong việc chế tạo laser.
Các hiện tượng biến đổi quang điện
• Hi n tệ ượng h p th (absorption)ấ ụ
Hiện tượng hấp thụ, hình (a), xảy ra khi một photon cĩ năng lượng hf12 bị hấp thụ bởi một điện tử ở trạng thái năng lượng thấp. Quá trình này chỉ xảy ra khi năng lượng hf12 của photon bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg = E2 – E 1).
Khi xảy ra hiện tượng hấp thụ, điện tử sẽ nhận năng lượng từ photon và chuyển lên trạng thái năng lượng cao. Hay nĩi cách khác, hiện tượng hấp thụ là nguyên nhân gây suy hao cho tín hiệu quang khi đi qua bộ
khuếch đại quang. Quá trình này xảy ra đồng thời với hai hiện tượng phát xạ tự phát và phát xạ kích thích trong mơi trường tích cực (active medium) của bộ khuếch đại.
(a)
Các hiện tượng biến đổi quang điện
• Hi n tệ ượng phát x t phát (spontaneous emission)ạ ự
(b). Phát xạ tự phát
Hiện tượng phát xạ tự phát, hình (b), xảy ra khi một điện tử chuyển trạng thái năng lượng từ mức năng lượng
cao E2 xuống mức năng lượng thấp E1 và phát ra một năng lượng Eg= E2 – E1 dưới dạng một photon ánh sáng. Quá trình này xảy ra một cách tự nhiên vì trạng thái năng lượng cao E2 khơng phải là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử.
Cho dù hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra photon ánh sáng, nhưng trong khuếch đại quang, phát xạ tự phát khơng tạo ra độ lợi khuếch đại.