下载文档原格式
掺镱光纤能级结构掺镱光纤是一种特殊的光纤，通过向普通光纤中掺入少量的镱元素，可以改变光纤的光学性能和能级结构。
掺镱光纤的能级结构是指镱元素在光纤中的能级分布情况，它直接影响着光纤的光学性能和应用领域。
掺镱光纤的能级结构是由镱元素的电子能级组成的。
在掺镱光纤中，镱元素的能级结构包括基态、激发态和元激发态。
基态是镱元素的最低能级，处于基态的镱原子处于较低的能量状态。
激发态是指镱元素的电子被激发到高能级的状态，镱原子处于激发态时，具有较高的能量。
元激发态是指镱原子的电子被激发到更高的能级状态，处于元激发态的镱原子具有更高的能量。
掺镱光纤的能级结构不仅受镱元素的能级分布影响，还受到光纤的材料和结构参数的影响。
通过调整掺杂浓度、光纤的直径和长度等参数，可以改变镱元素的能级分布，从而调整掺镱光纤的光学性能。
例如，增加掺杂浓度可以增强镱元素之间的相互作用，从而增强光纤的非线性效应；增加光纤的直径和长度可以增加光纤的增益带宽，提高信号传输的容量和距离。
掺镱光纤的能级结构直接影响着光纤的光学性能和应用领域。
基于掺镱光纤的光纤放大器是一种重要的光通信器件，它可以将光信号进行放大，提高信号传输的距离和容量。
掺镱光纤激光器是一种重要的激光器源，可以产生高质量的激光束，广泛应用于激光加工、医疗、科学研究等领域。
此外，掺镱光纤还可以用于光纤传感、光纤调制器等光学器件中，为其他光学应用提供支持。
在掺镱光纤中，镱元素之间的能级跃迁是实现光纤放大和激光发射的关键过程。
当光信号通过掺镱光纤时，会与镱元素发生相互作用，导致能级跃迁。
当光信号的能量与镱元素的能级之间存在能级差时，会发生能级跃迁，从而实现光信号的放大或激射。
掺镱光纤的能级结构决定了能级跃迁的条件和效率，因此对于掺镱光纤的设计和制备过程中，需要充分考虑能级结构的影响。
掺镱光纤的能级结构是光纤的重要特性之一，直接影响着光纤的光学性能和应用领域。
通过调整镱元素的能级分布和光纤的结构参数，可以改变掺镱光纤的能级结构，从而实现对光纤性能的调控和优化。
半导体物理学黄整半导体与理想情况的偏离晶格原子是振动的材料含杂质晶格中存在缺陷¾点缺陷（空位、间隙原子）¾线缺陷（位错）¾面缺陷（层错）2极微量的杂质和缺陷就能对半导体材料的物理性质和化极微量的杂质和缺陷，就能对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，同时也严重影响半导体器件的质量。
¾1个B原子/ 105个Si原子→室温下电导率提高1000倍一般的硅平面器件要求2¾般的硅平面器件要求Si单晶的位错密度低于1000/cm 半导体与理想情况偏离的原因理论分析认为理论分析认为：杂质和缺陷的存在使周期性排列原子所产生的周期性势场受到破坏受到破坏。
在禁带中引入了能级，允许电子在禁带中存在，从而使半3导体的性质发生改变。
（b ）晶胞中所有Si 原子占据晶胞体积的百分比）1133)r a a =×=解：（a (2484（b ）33833rππ×==34%16a间隙式杂质、替位式杂质间隙式杂质替位式杂质杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，杂质原子位于晶格原子间的间隙位置称为间隙式杂质。
¾间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、GaAs材料中的离子锂（0.68Å）。
杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。
¾替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构要求与被取代的晶格原子相近。
如Ⅲ、Ⅴ要求与被取代的晶格原子相近如ⅢⅤ族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质。
5间隙式杂质替位式杂质单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度6半导体的掺杂施主：向半导体中提供导电的电子，并成为带正电离子的杂质原子称为施主。
如Si中的P和AsE AsDE ΔDE C杂质能级施主杂质电离能VE 施主能级7N 型半导体受主：能够向半导体提供导电的空穴，并成为带负电离子的杂质原子称为受主。
如Si中的BCE BE 受主杂质电离能VE AAE ΔP 型半导体受主能级8Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si 、Ge 晶体中分别为受主和施主杂质，它们在禁带中引入了能级；受主能级比价带顶高ΔE ，施主能级；受能级价带顶高A 施能级比导带底低ΔE D ，均为浅能级，这两种杂质称为浅能级杂质硼铝碳硅氮磷种杂质称为浅能级杂质。
§2－2 典型半导体中的杂质和缺陷能级一、硅、锗晶体中的杂质能级1、浅能级硅、锗晶体中常用的浅施主杂质有P、As、Sb，浅受主杂质有B、Al、Ga。
这些杂质的电离能在禁带较宽的硅中大约是0.04－0.05eV，在锗中大约是0.01eV左右。
如书中表2-1、2所示Li在硅、锗中是间隙式杂质，是浅施主，能级距导带底分别为0.034eV和0.009eV。
In、Tl在锗中的电离能为0.01eV，是典型的浅受主；在硅中的电离能分别为0.16eV和0.25eV，为深受主。
Al在硅中还有一条深施主能级（距价带顶0.17eV）在工程中选择何种杂质，主要从掺杂工艺的角度考虑。
譬如在扩散工艺中考虑杂质扩散的快慢及其在晶体中形成的浓度梯度的大小。
2、深能级1）深能级杂质硅晶体中由非III、非V族杂质（包括Ⅲ族元素铟和铊）产生的深能级如参考书中的图2-8所示，锗晶体中的深能级参见参考书图2-9。
在这两个图中，禁带中线以上的能级标注的是与导带底的距离，禁带中线以下的能级标注的是与价带顶的距离，实心符号和空心符号分别表示施主能级和受主能级。
非III、非V族杂质在硅、锗晶体中的行为与前节的理论分析和预期基本相符。
有些杂质的预期能级没有在禁带中出现，譬如硅中金的两个深受主（二重和三重负电中心）。
预期中的深受主未能发现的可能原因是这些能级已进入导带，预期中的深施主如果没有发现则可能是进入了价带。
需要指出的是，这两个图表中的数据都比较陈旧，大多是上世纪六、七十年代研究锗、硅半导体中深能级杂质有害性时的成果。
在这两个表中真有实用价值的深能级杂质是金和铂。
近一、二十年，人们从研制可见光硅LED的需要对稀土金属铒（Er）、钐（Sm）、钕（Nd）等发生了很大兴趣，发表大量研究成果，可惜没有标注在这张表上。
铒(Er）：Libertino 等用深能级瞬态谱(DLTS) 测量硅中离子注入Er的深能级，发现与Er有关的4个能级分别位于导带底以下0 .151、0.134、0.126、0.120 eV处。
