Fotoemisores

FUENTES DE LUZ

FUENTES DE LUZ

COMUNICACIONES OPTICAS; UCV

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FUENTES DE LUZ

FOTOEMISORES
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
• Los átomos al unirse en un sólido producen una
subdivisión en niveles de energía donde se mueven
los electrones: Bandas de Energía del Material.
• Si un electrón se mueve dentro de una misma banda
no emite ni absorbe energía, siempre ha de situarse
enuna banda.
• Las bandas más interesantes son las más externas
que caracterizan química, eléctrica y ópticamente a
los materiales:
1. Banda Valencia (BV): Se sitúan los electrones
más lejanos al núcleo y en ausencia de
excitación permanecen en ella
2. Banda Conducción(BC): Exterior a la anterior.
Se disponen los electrones libres que
producen corriente eléctrica
E

BC
EC
BandaProhibida

Eg

BV

Eg= EC- EV

EV

Diagrama de Bandas de un Material

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CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES (Cont)
• Entre BV y BC existe una llamada Banda Prohibida
cuyo salto de energía, determina las características
conductivas del material
• Para que un electrón pase de BV a BC debe
suministrarse una energía > Eg.Rompiéndose un
enlace covalente creando un par electrón-hueco
(con movilidad para crear corriente eléctrica)
• Dependiendo de la magnitud de Eg se dice que un
material es aislante (Eg con valores muy altos) o es
conductor (Eg = O, bandas superpuestas)
• Un semiconductor es un material que a bajas
temperaturas se comporta como aislante y que a
temperaturas mayores se convierte en conductor
•Un semiconductor dopado es aquél que se le ha
añadido a su estructura molecular impurezas que
agregan
portadores
(electrones
o
huecos)
débilmente ligados al núcleo (que a temperaturas
ambientes están en BC)
• Un semiconductor dopado será mejor conductor
conductor que un semiconductor puro (intrínseco)
• Se llama Nivel de Fermi de un material al máximo
nivel de energía que cualquierelectrón de dicho
material puede poseer a 0ºK, puede que esté en la
banda prohibida

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FOTOEMISORES
PRINCIPIO DE EMISION ESPONTANEA
• Los electrones de un material tienden a permanecer
en su estado de mínima energía
• Cuando a un material se le suministra energía (calor,
luz) los electrones puede que la absorban pasando
de un nivel E1 aotro E2..Para luego volver a su
estado de energía inicial E1 (recombinación),
devolviendo la energía en forma de radiación:
E2 -E1 = hf
(Ley de Plank):
h= constante de Plank
f=frecuencia de la radiación
• Este fenómeno es dinámico y ocurre a T>0ºK, pero
no todas las radiaciones de bandas dan como
resultado radiaciones luminosas
• Si un electrón puede pasar de BV a BC sólo
variando suenergía potencia, ésto será breve, luego
caerá de BC a BV recombinándose y liberando
energía en forma de luz (Emisión Espontánea)
Bc

Bv
Electrón

Absorción

Hueco

Emisión
Espontánea

Emisión
Estimulada

Interacción Electro-óptica en un Semiconductor

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DIODOS LEDs
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
• Los diodos electroluminiscentes(LEDs) básicamente
consisten en una unión semiconductora P-N
polarizada en directo, lo que proporciona energía
para que se produzca el fenómeno de emisión
espontánea.
• El nivel de potencia lumínica generada (PL) es
proporcional a la corriente que fluye por el diodo
(I) y depende de varios factores:
PL = I ηr p h f /q
fotón

p = probabilidad escape del
ηr= eficiencia cuántica materialq = carga del electrón

• Si se quiere saber la eficiencia del dispositivo (ηD)
definida como la relación entre la potencia eléctrica
(PE) consumida y la potencia óptica generada (PL),
se tiene que:
ηD = PL/PE = ηr p h f /(q V)
• Donde V es la tensión aplicada al LED que se rige
por la ecuación del diodo:
I=IS(exp(qV/KT) –1) K = constante de Boltzman
T = temperatura, ºK
IS =...