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光學光電子概念范文1
中國科學院半導體研究所“寬帶微波信號產生與傳輸的光子技術”項目摘得2016年中國光學工程學會科技創新獎一等獎的桂冠。消息一出，人們在關注和熱議這項創新成果的同時，對于其背后的科研團隊，也是好奇心泛濫。
據了解，完成這項科研成果的牽頭單位，是中科院半導體研究所微波光電子團隊，由祝寧華研究員組建于1998年，是集成光電子學國家聯合重點實驗室和中國科學院固態光信息技術實驗室的重要組成部分，目前有核心成員16人，在讀博士和碩士研究生30余人，主要致力于光電子技術相關領域的研究。
可以說，這是一支碩果累累的研究團隊――至今為止，他們研制的高速激光器、高速探測器、窄線寬激光器等系列產品在中國電科集團、航天集團等50余家大型知名企業成功應用，好評連連；他們在高速模擬直調激光器的研究上已經達到了國際領先水平；他們出版了3部專著，發表了200余篇高質量學術論文，僅獲得的國家授權發明專利就有近百項。
也可以說，這是一支低調的科研隊伍――在有點事兒就要“上熱搜”、“上頭條”的今天，他們瞄準國家重大任務需求，專注探索前沿基礎科學和高新技術。就連這次獲獎，除了象征性地發了通稿之外，媒體上就再沒見關于他們的過多描述。
這種“猶抱琵琶半遮面”的神秘感，更是增加了人們的好奇和猜測，他們為什么如此低調？他們究竟在研究什么？
瞄準行業缺口
事實上，微波光電子團隊的研究對象―微波光電子技術、高速光電子技術―并不像人們想象的那樣神秘，嚴格來說都屬于光電子技術的交叉方向，目前在很多領域都有廣泛應用。而這種交叉融合的方式，也是近年來光電子技術的發展趨勢。
光電子技術，確切地應該稱為信息光電子技術，是光子技術和電子技術結合而成的高新技術，涉及光顯示、光儲存、激光等領域，是未來信息產業的核心技術，也是我國的先導產業，在國防工業、能源、汽車、信息技術等產業的發展中發揮著戰略性的作用。
1998年，受中科院“百人計劃”感召，祝寧華舉家從德國回到中國，并在中科院半導體所組建微波光電子研究團隊。此后近20年，這支隊伍在祝寧華的帶領下，逐漸成為我國光電子技術領域的代表性研究團隊之一，并在高速半導體激光器等光電子器件及應用研究領域不斷取得創新突破，有效提高了我國光電子器件及應用技術的發展水平。
最為稱道的成績之一，是他們提出了高速光電子器件動態特性精確測試方法。祝寧華表示，芯片高頻特性的精確測試，一直是困擾業界的老大難問題之一?！耙驗楣怆娮有酒某叽绶浅Ｐ?，長度僅有200～300微米，波導寬度僅有2～6微米，這使得芯片與測試夾具尺度之間相差了數百倍，并且芯片與測試儀器本身還存在嚴重的阻抗失配（激光器3～8歐，探測器和調制器數百歐），所以在原來的技術水平下，要想實現精確測試難度非常大?！?/p>
微波光電子團隊在祝寧華帶領下，針對這一難題開展研究攻關，有效解決了微波矢量網絡分析儀校準中的相位不確定性、校準方程相關性、頻率限制等關鍵問題。這一突破讓扣除測試儀器和夾具的影響變為可能，為獲得較為準確的高頻特性參數奠定了基礎。
據悉，光電子器件高頻響應測試主要分為兩類―采用微波網絡分析儀測量器件在某一驅動信號幅度和不同頻率下的響應特性，以及采用誤碼分析儀測量器件在不同驅動信號幅度和某一速率時的響應特性。
據祝寧華介紹，一直以來，業界都沒有能適用于不同頻率和不同驅動幅度下響應特性的測試方法和分析模型。意識到這一需求缺口，微波光電子團隊在前期所獲突破的基礎上繼續展開研究，首次提出了激光器動態P-I特性曲線/曲面的概念，并給出了相應的測試方法。一系列測試證明，采用該方法商用儀器能夠獲得器件特性的直觀描述，從理論上解決了工作參數優選的問題，為獲得最佳高頻響應特性提供了技術保證。
大膽決策創新
正所謂“蛇無頭而不行，鳥無翅而不飛”，每個隊伍都有其靈魂人物，并且作為隊伍的核心，其實力也極其重要。對于微波光電子團隊來說，這個人無疑是祝寧華，他專注科研、淡泊名利的精神一直感染著團隊里的每一個人。
在從事高速光電子學理論、器件及系統研究的30多年里，祝寧華修正了光電子器件的模場理論，建立了器件優化設計分析模型，提出了一系列測試和封裝設計方法，組織了光電子領域發展戰略規劃的研究和實施，為我國光電子學的發展作出了重要貢獻。
多年來，微波光電子團隊之所以能夠頻頻在光電子研究領域取得創新和突破，一定程度上與祝寧華這個帶頭人多次敢為人先的大膽決策息息相關，封裝技術的創新就是一個很好的例子。
封裝技術，是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術，也可以是指半導體集成電路芯片用的外殼，發揮著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，同時也是溝通芯片內部與外部的橋梁―芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產品而言，封裝技術是非常關鍵的一環。
TO封裝是激光器比較常用的一種成本較低的封裝技術，一直以來業界普遍認為，這項技術只適合封裝低速率半導體激光器。祝寧華卻不這么認為，他向863專家組提出了研制高速TO激光器的大膽建議。
隨后，他帶領團隊展開攻關，提出了一種光電子芯片本征動態特性參數提取方法，可以扣除芯片電極和封裝所引入寄生參數的影響。同時，他們還提出了封裝設計潛在帶寬分析的概念，據此發展了封裝寄生參數影響的綜合評估技術，為芯片及模塊的優化設計提供了有效手段。
這些創新的設計思路后來被微波光電子團隊成功應用于激光器、探測器和調制器的封裝設計中，研制出10Gb/s和40Gb/s數字通信激光器模塊，并與華為、中興、光迅、海信等公司合作，開發了一系列高速光收發模塊，近五年累計創造了近20億元的新增銷售。
與此同時，祝寧華長期從事高速激光器的理論和實驗研究，在意識到這一光電子器件的發展前景時，他在我國率先提出了研究高速激光器的建議，并從1998年開始，先后主持研制了2.5GHz、10GHz、18GHz高速激光器相關項目，使我國在該領域的技術水平從起步到跟蹤發展再到國際領先，為我國多個重大型號任務中核心元器件的自主可控做出了貢獻，相關成果獲2013年度國家技術發明二等獎。他將這些研究整理成《光電子器件微波封裝和測試》、《光纖光學前沿》等專著并出版，為我國光電子器件產業的發展提供了指導和借鑒。
超前布局規劃
多年來，微波光電子團隊都能夠在激烈競爭中搶占先機，對所處行業未來的發展趨勢進行預判，并提早部署研究計劃。這已經成為他們的制勝法寶。最具代表性的，就是他們對光電子發展趨勢的預判。
眾所周知，全球已經步入信息經濟時代，信息產業成為了許多國家的支柱產業。而光電子技術的發展在很大程度上決定著信息產業的發展水平。祝寧華介紹說，高速光電子器件在光通信系統的各個層次都有重要應用，如高速光傳輸、大容量光交換、寬帶光接入和微波光子技術等，是實現高速光信息生產、傳輸、放大、探測、處理等功能的器件，是寬帶通信網絡的核心，而激光器則是光通信系統的“心臟”。
祝寧華很早之前就曾指出，隨著光網絡和光通信技術向大容量、低功耗和智能化方向發展，為實現更高速、更寬帶光通信傳輸系統，光電子集成將會成為高速光電子器件的發展趨勢之一，同時也是突破速率和能耗兩大制約光通信技術未來發展瓶頸的有效途徑，而高速激光器的研制也會成為行業焦點。
意識到這一發展方向的重要性，2009年左右，祝寧華組織實施了“信息光電子學”系列研討會，以及863計劃和基金委“十二五”、“十三五”光電子領域發展戰略規劃研究，促成了多個863主題項目和國家基金委重大項目的立項，積極推動了高速光電子集成芯片的發展。
不僅如此，祝寧華還帶領微波光電子團隊針對高速光電子集成器件在國內率先開展深入探索研究，取得了突破性進展。他們提出了光電子集成芯片陣列三維封裝技術，解決了光電子集成芯片封裝過程中面臨的微波阻抗嚴重失配、模場失配和串擾等難題。美國光學學會刊物OPN以《中國光子集成》為題對微波光電子團隊的相關研究進展做了大篇幅封面報道，進一步提升了我國在這一前沿領域的國際影響。
成績證明實力
在過去的近20年，祝寧華帶領的這支隊伍在高速光電子器件領域的研究中，為我國實現了一個又一個創新突破，但他們卻很少對外提及。對他們來說，科研需要沉浸其中，而他們有限的時間只夠用來投入研究，再無暇顧及其他。所以這些年，這支隊伍證明自己實力的方式“簡單”、“粗暴”―不斷創新、不斷突破，不斷刷新成果記錄：
他們在光通信和光網絡的核心器件高速光波導調制器的研制方面，采用保角變換法和點匹配法，很好地解決了以有限元為代表的常用數值計算法難以精確描述光調制器電極邊緣效應的難題，確保了光波和微波傳輸特性測試分析的精確度，為器件設計和制備提供了有效保證。
他們首次將變分理論用于光波導傳輸特性分析，有效解決了采用數值分析法進行優化設計時面臨的異常困難，建立了光波導基膜和高階模場分布的解析表達式，并在此基礎上獲得了導模數目和模式傳播常數等參數，在不同結構的光波導分析中成功應用，相關成果榮獲中國科學院自然科學三等獎。業內評價稱：“該方法表達式簡單、參數確定方便、精確度高，為完善光波導理論體系作出了重要貢獻?！?/p>
他們創新性地提出基于頻率分束法的光外差技術，將光譜結構分析從光域轉到電域，解決了傳統Michelson干涉儀光譜分析法存在的光束發散、透鏡振動等限制問題，將光譜分辨率由105提高到了1017。借助這一方法，他們研究了光波列（構成光譜的基本單元）的線寬和長度，以及時間和頻率分布規律，建立了半導體激光器超精細光譜結構模型。同時，基于該理論，他們還提出了非對稱耦合腔的單片集成激光器機構，能夠將線寬壓榨到35KHz以下，比常規DFB激光器小了2個量級。航天五院測試后確認其滿足航天定標要求，意味著我國在該類核心器件的研發上實現了自主可控。
他們還大膽提出頻率相干性概念，完善了波長不同的兩束光相干性描述，明確雙光束拍頻產生微波信號的頻譜線寬取決于光束相干性，與光束本身光譜線寬無關，以及兩個單片集成激光器的輸出光也具有頻率相干性，并首次實現了基于微波光子技術的單片集成窄線寬微波源芯片，具有體積小、調諧范圍大、不需要微諧振器等特點。
這種可調諧激光器在5微秒內實現了DC～40GHz的快速掃頻，與傳統電子學微波源技術相比，大大拓寬了頻帶快讀，掃頻速率提高了3個量級。這一突出成果一經發表，便立刻獲得了UrekAlert和總參某部的高度關注，認為該方法為實現高效電子對抗裝置及系統提供了可能。
…………
在科研上，這支隊伍的表現其實很高調―提出大膽建議的是他們，提前判斷發展趨勢的是他們，打破國外禁運限制的也是他們，這些華麗的成果是他們非凡實力的最佳佐證。低調，只是為了屏蔽一切干擾和雜念，心無旁騖地沉浸在科研的世界中。
對于光電子技術的未來，祝寧華表示，光電子技術發展至今，已經對國家的發展產生了重要影響，大到軍工、航天、國防等領域，小到家用電器的信號傳遞、燈光照明等。全球光電子技術產業的市場規模已超1萬億美元，我國的光電子技術產品市場也始終保持著兩位數的高速增長，市場可觀、潛力巨大。
光學光電子概念范文2
【關鍵詞】光電子技術；教學方法；電子教案；形象教學
0引言
隨著科學技術的快速發展，人類社會已進入信息化時代。作為信息技術兩大支柱之一的光電子技術已成為科學研究領域的一顆璀璨的新星。光電子技術是由光學和半導體電子學結合形成的一門高新技術學科。
微納加工技術的不斷進步促使新型光電材料的研究加快，為光電子器件的實現提供基礎。進入信息時代以來，信息材料由電子信息材料、微電子信息材料向光電子信息材料轉變。光電子技術不僅使信息技術有了突破性進展，而且被廣泛應用于光電顯示、照明、軍事、生物醫學、光電探測、光電儲存、高精度光譜分析等領域，因此光電子技術受到了研究所及企業的廣泛關注，促使很多高校開設光電子技術這門課程[1]。光電子技術作為我國的戰略性產業結構的重點領域，作為新興的尖端行業需要大量的專業性人才，正需要高校不斷地輸送人才。如何培養專業知識強、綜合素質高、實踐能力優異的人才，是當前光電子技術課程教學的熱點話題。
經濟的發展和科技的進步使多媒體技術應用在課堂教學，給傳統課堂教學帶來了根本性變革[2]。多媒體技術在教學上的運用是通過電子教案、模擬交互過程、網絡多媒體教學[3]、仿真工藝過程等實現的。目前，國內高校主要采用電子教案和形象教學的教學方法，利用其簡便、虛擬、靈動等特點有效地引導學生學習。本文結合自己的教學方法和他人先進的教學經驗，廣泛搜集學生的反饋意見，探討該課程的電子教案和形象教學的教學方法，為提高學生學習的主動性、積極性提供幫助。
1電子教案教學
2001年，國家教委關于提高高校教學質量的要求。經過十幾年的教學改革，高等學校中電子教案已經普及。電子教案已作為教學中一種必不可少的教學手段。電子教案與傳統板書有很大的不同，其主要的區別就是電子教案不僅教師自己上課要看，而且內容要投影到屏幕上讓學生也能看到。電子教案包括了教師上課的全部板書、板畫及一些用語言難以表達的動感情景。結合電子教案和黑板書寫，可以增大課堂容量，讓學生在美妙、舒適的環境中學習知識，增強學習效果，所以電子教案備受廣大師生的青睞。在傳統教學中，教師需花費大量時間用于黑板教學。電子教案使教師在授課時能夠節約時間，從而給學生足夠的獨立思考時間，進而鞏固所學知識點，增強學生的學習樂趣。利用電子教案可以清晰地展現一些抽象的概念，讓學生對知識的認知由感性認知升華到理性認知。
在傳統教學和電子教案教學中，教師的主導作用是教學過程能夠高效率進行的保障。充分利用電子教案教學和傳統教學的優勢，形成以教師為主體，電子教案為輔助的模式進行教學。在課堂教學過程中，教師的主導作用通過引導、點撥、啟發等方式來實現，這是電子教案無法替代的。
電子教案除了向同學們展示書本中的內容，還可把最新的科技成果引入課堂。從光電產業的最新科研成果中提煉出與課本知識點相關聯的內容，吸引學生的注意力，激發學生對光電子技術課程的興趣。在利用電子教案教學過程中，部分教師過分依賴電子教案和現代教學設施，只是輕輕地點擊鼠標，面對著屏幕講課，最終不能達到授業解惑的目的。所以，需發揮教師的主導作用，以電子教案作為一種途徑，最終提高教學質量[4]。
2形象教學
在光電子技術課程學習過程中，邏輯推導內容較多，要求以大學數學為基礎，并具備物理學、光通信、材料學等多學科的知識體系，致使部分學生對其缺乏興趣，最終影響到教學的效果。在教學過程中，如何擺脫枯燥、乏味的理論講解，提高學生學習的興趣，加深對知識的理解和鞏固，是教師需要認真思考的問題。教師可以運用形象教學，深入淺出地分析知識點，從而達到事半功倍的效果。形象教學就是將抽象的理論和概念用語言重新表述，通過形象、趣味性的比喻，促進學生對知識的理解。
以光電子技術課程中雪崩光電二極管為例，其機理就是發生雪崩效應。在雪崩二極管中的雪崩效應抽象而且不易理解，教師可基于對雪崩二極管機制的理解制成生動、輔助理解的PPT圖畫，啟迪學生的思維。在講授的過程中，教師也可結合生活知識對知識進行類比。比如登山時，決不能順著山邊向下扔石子兒：（1）有擊中他人的可能，從而對其生命構成威脅；（2）有可能引發雪崩。雖然一枚小石子只能撞動幾塊差不多大小的石頭，但當有足夠數量的石頭翻滾起來時，就可能會使大塊的巖石松動下滑。最終，這一顆小小的石子就能引發一場雪崩。上述比較形象，學生也容易掌握。
綜上所述，形象教學不僅可以提高課堂的教學氣氛，而且有助于學生理解知識及培養學生的想象力和創新意識。在教學過程中，為了向同學們更有效地展現教學內容，教師可以將電子教案和形象教學結合起來，更有利于直接揭示問題的實質，加深學生對知識的理解和掌握[5]。
光學光電子概念范文3
本章內容包括光的直線傳播、棱鏡、光的色散、光的反射、光的折射、法線、折射率、全反射、臨界角、透鏡(凸、凹)的焦點及焦距、光的干涉、光的衍射、光譜、紅外線、紫外線、X射線、y射線、電磁波譜、光電子、光子、光電效應、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透鏡成像公式、放大率計算式，光的波粒二象性等基本規律，還有光本性學說的發展簡史。
二、基本方法
本章涉及到的方法有：運用光路作圖法理解平面鏡、凸透鏡、凹透鏡等的成像原理，并能運用作圖法解題;根據透鏡成像規律，運用邏輯推理的方法判斷物象變化情況。
光學光電子概念范文4
【關鍵詞】電子信息材料;低碳經濟;發展;應用
社會的發展速度越快，對自然界的傷害也就越大，而電子方面的材料對生活空氣的污染也越來越嚴重。因此，必須要建立節能環保的生產概念，必須保證低碳生活，并且社會已經有了明確的態度，必須要控制污染，減少能源的浪費，做到經濟環保。而伴隨著時間的推移，電子信息材料的使用需求越來越大，進而影響了社會的生態平衡。那么，要想在這一種材料中實施低碳經濟，如何去做呢？
一、電子信息材料在低碳經濟中的發展
1、光電子材料。這種材料主要包含了液晶的元素，它在電子信息的生產中，使用非常的頻繁。液晶的這種材料，主要是用于電器類的顯示屏，而這一種材料可以在電流經過時，將液晶這種材料進行改變，并將其液晶的序列進行重新排布。而當再一次經過電流時，電氣的顯示屏是不會被屋外的光線穿透的，這也就符合了社會低碳經濟的理念。曾經的電氣顯示屏，危害大，且消耗量也大。而如今的液晶顯示屏，已經很好的解決了這些問題，并且還可以對顯示屏的色度進行調和。另外，它還是一種非線性的材質，一般情況下，液晶的材料都是處于軟凝聚的形式，所以，它才可以很好的進行光學反應中的折變反應，而對于電流較低時，電子設備就會發揮很強的功效，由此，可以看出，這一種材料在未來的發展中，占據重要的位置。而根據光學反應中的原理得知，要想影響液晶材料的性能，運用光學反應，對其進行干擾，讓液晶的材料很好的對電氣的顯示屏進行反射?？偟膩碚f，就是將光電子材料的某一性質用到液晶材質中，研究出低碳的電子顯示屏材料。因此，在未來科技的領域中，電子信息技術還是存在著很大的進步空間的，只有通過不斷的完善它的不足之處，才能更好的滿足社會的各項需求。2、集成電路和半導體。根據現在社會的需求，電子信息材料的集成電路和半導體，是非常重要的基礎材料，主要屬于多晶硅。而現在在各行各業中，使用最多的就是集成電路和半導體材料，就像現在的西門子，差不多改良后的西門子，都包含了這一種材料。它主要制作的流程就是將HCL也就是鹽酸和純度非常高的硅的粉末進行反應，并且在進行混合時，需要設定合適的溫度，然后反應出三氯氫硅，再利電子信息材料在低碳經濟中的發展應用張鵬宇河北正定中學高三在校學生用化學中分餾的方法，進行提純，最后再進行還原反應的操作，獲取純度更高的多晶硅。它便是以后電子信息材料中不可獲取的元素。并且，西門子還通過集成電路和半導體材料，對其他零碎的部件也進行了全面的改良，獲取了非常不錯的結果。同時，也減少了很多能源的損耗。
二、電子信息材料在低碳經濟中的應用
2.1電子信息材料在集成電路中的運用
由于現在科技發展的速度越來越快，所以現在的集成電路和半導體材料的使用，也越來越廣泛，也成為了環氧模塑料中非常重要的生產材料，并且，根據這一種的材料的性質，能夠非常方便的完成整個生產過程，同時也能夠很好的做到節能減排，盡可能的保持低碳經濟的生活。
2.2電子信息材料在光電子中的使用
光電子的使用，主要是將一些有用的信息進行傳遞，所以，對于電子信息材料的使用上，主要是為了對其他部件指令，因此，在其他行業的電子材料使用中，也被廣泛的使用。當然，現在為了更好的滿足低碳生活的需求，很多電子材料的功能都被不斷的改進，并進行高度集中，盡可能的發揮自己最有效的功能，并且減少對生活環境的污染。
2.3電子信息材料在新型部件中的使用功能
為了更好的減少對環境的污染，就必須先對電子信息的材料進行全面的檢測，必須保證所使用的電子信息材料所消耗的能源是非常少的，并且污染性不大。因此，開始針對這一項問題，使用新型部件，希望盡可能的既滿足電子信息材料的使用功能，也能很好地滿足綠色環保的需求。而為了有效的滿足這一項需求，就必須將電子材料的面積進行擴大，并對其所包含的的部件進行智能化設計，盡可能的減少一些耗費能源的部件的使用，但同時又能保證材料本身的作用。
三、結語
綜上所述，低碳經濟已經成為電子信息材料使用的理念，也是必須要解決的一項難題。根據現在先進的科學技術，不斷的對電子信息材料進行改善，希望盡可能的達到環保的要求。另外，在電子信息材料的低碳經濟理念的發展中，要不斷的納入新的科技理念和科學技術，才能達到理想中的狀態。
參考文獻
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光學光電子概念范文5
關鍵詞： 發光二極管 封裝 固晶 TracePro 教學模型
1.引言
《LED封裝與檢測技術》是高職光電子技術專業一門重要的專業核心課，在LED封裝的固晶環節教學中，涉及很多復雜、難懂的光學概念和規律，通過專業的光學設計軟件TracePro軟件進行仿真分析，以圖像的形式進行描述，達到更直觀的仿真效果，利用其光線追跡功能，可以將微觀光學變化圖形化，便于學生理解。本教學模型將TracePro軟件引入LED封裝檢測技術中，通過改變LED芯片位置參數，模擬LED燈的光通量和光路變化，針對LED固晶品質對LED封裝效果的內在影響進行分析，從而彌補學生光學理論基礎的不足。本教學模型不僅能夠豐富LED封裝實訓教學手段，激發學生學習LED封裝的興趣，而且能夠降低實訓廢品率，節省耗材。
2.研究內容
2.1 LED封裝固晶品質檢測引入TracePro軟件的可行性
TracePro軟件是一款基于蒙特卡羅法的非序列光線追跡軟件，是第一套結合真實固體模型、強大的光學分析功能、資料轉換能力強極易上手的使用界面的模擬軟件。TracePro軟件普遍用于照明系統、輻射分析、光學分析及光度分析。TracePro軟件具有處理復雜幾何問題的能力，可定義和追跡數百萬條光線，它以實體對象構建光路系統，并通過計算反射、折射、吸收和衍射等行為模擬光線與實體表面的作用，能夠對真實場景進行計算和顯示。
在LED封裝固晶品質檢測中，可以利用TracePro軟件建立實體模型，在實訓室獲得光源和儀器的相關光學參數，按照實驗光路進行模擬。使用方法概分為：
（1）建立幾何模型
（2）設計光學材質
（3）定義光源參數
（4）進行光線追跡
（5）分析模擬結果
對應的固晶參數，通過軟件界面直接進行設計和調節。模型和參數設置好之后，就可以進行光學追跡、模擬實驗現象和調整固晶參數，完成對實驗結果的分析。通過這些環節，學生在學習基礎光學理論的同時，深入了解了LED封裝固晶品質檢測的過程，從而將教學與實踐有機結合了起來。
2.2固晶品質仿真設計與應用分析
2.2.1固晶合格LED的發光模擬
LED封裝對固晶工藝有著嚴格的要求，首先，固晶位置必須位于碗杯正中心，膠體高度要在芯片高度的1/2～1/3處；其次，LED支架選擇要合適，需要根據芯片種類和預期出光效果進行選擇；最后，固晶工具要保持清潔，在固晶過程中不可以引入雜質。
根據LED固晶工藝要求及LED尺寸、芯片參數，利用TracePro軟件建立合格固晶模型。
2.2.1.1建立LED模型。LED主要由底座、反射碗杯、LED芯片、散射器（Diffuser）組成，如圖1所示。反射碗杯位于底座中間，芯片位于碗杯底部正中間。
圖1 LED模型基本結構，其中A：底座 B：LED芯片 C：散射器 D：反射碗杯
2.2.1.2設定LED參數。
LED燈底座尺寸為3×3.4×0.9mm，碗杯層尺寸為3×3.4×0.9mm，反射碗杯底面半徑為0.65mm，頂部半徑1.2mm，碗杯頂部加了一個使LED發光均勻的散射器，半徑為1.2mm，厚度為0.01mm。芯片尺寸為0.4×0.4×0.15mm，芯片發光波長為546.1nm，總光線數100。
2.2.1.3模型建立過程中的基本假設。
（1）Diffuser是一個無損失的理想的朗伯發射器；
（2）碗杯內表面是無任何損失的理想反射器；
（3）LED是一個理想的反射擴散器。
2.2.1.4光線追跡。選中光線追跡選項，模擬計算芯片發射光線經碗杯反射和散射器散射后的出光路徑，如圖2所示。
圖2 固晶品質良好的LED發光模擬圖
從圖2結果可以看出芯片正好位于碗杯正中央，芯片發光以芯片法線為軸線呈對稱球狀分布，碗杯壁對于光線反射是均勻對稱的，出射光線基本都向中心會聚。
2.2.2芯片位置偏離中心時的發光模擬
芯片固晶位置不在碗杯的正中心，可以通過改變芯片相對碗杯中心的位置模擬。將芯片分別沿X軸和Y軸方向移動0.3mm，對應固晶固偏的情況，此時發光效果如圖3所示。隨著芯片的偏移，LED發光不再呈軸對稱分布，經過與芯片距離較近的反射壁反射的光線數量增多，光線主要集中在芯片偏移的方向上。
圖3 芯片偏離碗杯中心的LED發光模擬圖
2.2.3點膠量過多時的發光效果模擬
固晶時如果點膠量過多，就會使芯片相對碗杯高度增高，通過改變芯片位置坐標中的Z軸坐標，可以改變芯片相對碗杯底部的高度，模擬點數量過多情況下發光模擬，如圖4所示。芯片高度變高后芯片發出的光有很大一部分沒有經過碗杯壁的反射通過散射器發射出去，導致LED發光會聚性變差，呈分散分布。
圖4 點膠量過多LED發光模擬
2.2.4LED支架選擇不合適時的發光模擬
不同型號的LED支架最主要的差別是反射碗杯壁傾斜度不同，通過修改碗杯尺寸可以模擬不同型號支架固晶后的效果，將碗杯頂部半徑由原來的1.2mm改為1mm，碗杯的傾斜度變小，模擬結果如圖5所示。碗杯壁傾斜度減小后，芯片發出的光線經杯壁反射的角度變小，導致出射光線變得發散，LED燈光線會聚性變差。
圖5 支架選擇不合適LED發光模擬
2.2.5LED固晶引入雜質后發光模擬
LED固晶引入雜質，可以看成在LED碗杯中多了一些雜質顆粒。通過在碗杯中加入7個直徑為1mm的球體，模擬雜質對LED發光的影響，如圖6所示。通過光線追跡可以看到芯片發出的光線遇到顆粒后會發生散射，導致光線變得雜亂無章，最后通過散射器出射的光線分布散亂無規則，發光的準直性變差。
圖6 固晶過程中引入雜質的LED發光模擬
三、結語
在《LED封裝與檢測技術》的固晶環節教學過程中，專業光學設計軟件TracePro的引入為LED封裝教學開辟了新的途徑。本教學模型借助TracePro軟件模擬了不同固晶品質下LED發光效果，其中的微觀變化可以用圖形化方式展示在學生面前?；赥racePro軟件的光學仿真具有良好的可控性和觀測方便等特點，學生可以根據根據封裝過程中發生的實際問題，自行建立仿真教學模型，找到問題原因并想辦法解決，提高分析問題、解決問題的能力。
參考文獻：
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光學光電子概念范文6
關鍵詞：半導體材料 量子線 量子點材料
上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和gaas激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。
一、硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（cz-si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后cz-si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（ic’s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ulsi生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅ic’s的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，soi材料，包括智能剝離（smart cut）和simox材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。
理論分析指出30nm左右將是硅mos集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、sio2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高k介電絕緣材料（如用si3n4等來替代sio2），低k介電互連材料，用cu代替al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ulsi的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和dna生物計算等之外，還把目光放在以gaas、inp為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容gesi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。
二、gaas和inp單晶材料
gaas和inp與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。
目前，世界gaas單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（vgf）和水平（hb）方法生長的2-3英寸的導電gaas襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的si-gaas發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的si-gaas集成電路生產線。inp具有比gaas更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的inp單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。
gaas和inp單晶的發展趨勢是：（1）增大晶體直徑，目前4英寸的si-gaas已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的si-gaas也將投入工業應用。（2）提高材料的電學和光學微區均勻性。（3）降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）gaas和inp單晶的vgf生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。
三、半導體超晶格、量子阱材料
半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（mbe，mocvd）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。
1.ⅲ-v 族超晶格、量子阱材料。gaaias/gaas，gainas/gaas，aigainp/gaas；galnas/inp，alinas/inp，ingaasp/inp等gaas、inp基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（hemt），贗配高電子遷移率晶體管（p-hemt）器件最好水平已達fmax=600ghz，輸出功率58mw，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（hbt）的最高頻率fmax也已高達500ghz，hemt邏輯電路研制也發展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。
2.硅基應變異質結構材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米si/sio2），硅基sigec體系的si1-ycy/si1-xgex低維結構，ge/si量子點和量子點超晶格材料，si/sic量子點材料，gan/bp/si以及gan/si材料。最近，在gan/si上成功地研制出led發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，gesi/si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。si/gesi modfet和mosfet的最高截止頻率已達200ghz，hbt最高振蕩頻率為160ghz，噪音在10ghz下為0.9db，其性能可與gaas器件相媲美。
