OE 1.1 I. Einleitung - lti.kit.edu · Eines der folgenden 4 Labore: Labor Optoelektronik, Praktikum...

Universität Karlsruhe (TH)Research University founded 1825

OE 1.1

I. Einleitung

I.0 Allgemeine Informationen:

Prof. Uli Lemmer

Lichttechnisches Institut, Geb. 30.34, Raum 223

Tel: 0721-608-2530

E-Mail: uli.lemmer@lti.uni-karlsruhe.de, URL: www.lti.uni-karlsruhe.de

Vorlesung: wöchentlich am Dienstag, alle 14 Tage am Mittwoch

nächste Vorlesung: Di., d. 22.4.2008 !!

Übung: integriert in Vorlesung

Exkursion

OE 1.2

...eine Praktikumsempfehlung

OE 1.3

I. Einleitung: Unterlagen

Vorlesungsfolien sind von der LTI-Homepage herunterzuladen,

siehe auch Archiv 2007

Bücher werden voraussichtlich über Studiengebühren bereitgestellt

Prüfung: voraussichtlich mündl., Termin nach Vereinbarung

Vorkenntnisse:

Festkörperelektronik/Quantenmechanik/Halbleiterbauelemente hilfreich

OE 1.4

I. Einleitung: Studienmodelle

I.1: Einordnung in die Studienmodelle:

• festes Modellfach für das Studienmodell „Optische Technologien“(Studienmodell 10)

• wählbares Modellfach für diverse andere Studienmodelle

• Nebenfach für Physiker (Nanowissenschaften), Informatiker,

Wirtschaftsingenieure

OE 1.5

Studienmodell 10 „Optische Technologien“

Optoelektronik (3 SWS)

Solarenergie (3 SWS)

Optische Systeme (2 SWS)

Licht- und Displaytechnik (3 SWS)

Optische Kommunikationssysteme (3 SWS)

Plasmastrahlungsquellen (2 SWS)

Eines der folgenden 4 Labore: Labor Optoelektronik, Praktikum Optik-Design, Labor: Entwurf

optoelektronischer Bauelemente mit Matlab/Simulink, Praktikum Optische Kommunikationstechnik

(4SWS)

Insgesamt: 20 SWS

OE 1.6

Studienmodell 10 „Optische Technologien“

OptoelektronischeBauelemente

Lichttechnik

Wählbare Modellfächer

Messtechnik Optische Systeme

BWL, Soft Skills

OE 1.7Optoelektronische

Bauelemente

OE 1.8

Lichttechnik Optische Systeme

OE 1.9

Hella – LED-TechnologySystem approach considering DRL in headlamps as example

LED module

LED-Know-how, Thermal Management,Design, Electronics, Interconnection Technology

Interfaceto optics

Interface toheadlamp /

body electronic

Audi A8 L 6.0 Quattro

Optische Systeme

OE 1.10Optische Systeme

OE 1.11

Messtechnik

z. B. Objekte vermessen(Fa. Sick)

z.B. Biophotonik(Fa. evotec OAI)

OE 1.12Wozu braucht man Optoelektronik ?

OE 1.13

Empfohlene Literatur

I.2: Empfohlene Literatur:

J. Singh, Semiconductor Optoelectronics: Physics and Technology, Mc GrawHill, 1995 (leider zur Zeit vergriffen, vorhanden in Uni-Bib)

Semiconductor Optoelectronic Devicesvon Pallab Bhattacharya (€ 97,36)

J. Jahns, Photonik, Oldenbourg

W. Bludau, Halbleiteroptoelektronik, Hanser

E. F. Schubert, Light-Emitting Diodes (Cambridge, Cambridge, 2003).

Skript der Vorlesung von Prof. D.A.B. Miller in Stanford

(erhältlich am LTI)

siehe Hinweise auf der Homepage !

OE 1.14Übersicht über die Vorlesung

I. EinleitungII. Physikalische Grundlagen der OptoelektronikIII. HerstellungstechnologienIV. HalbleiterleuchtdiodenV. Optik in HalbleiterbauelementenVI. LaserdiodenVII. Betrieb von Leucht- und LaserdiodenVIII. QuantendetektorenIX. Thermische DetektorenX. Nachweisgrenzen und RauschenXI. Bildsensoren

OE 1.15I. Einleitung

I.3 Was ist Optoelektronik?

→ Optoelektronik ist die Nahtstelle zwischen Optik und Elektronik

OptoelektronikOptik Elektronik

Abb. I.1: Schema zur Optoelektronik

OE 1.16Was ist Optoelektronik ?

Die Optoelektronik umfasst viele Facetten des Wechselspiels zwischen Strom und Licht:

Optoelektronik

ModulationErzeugung AnwendungÜbertragung Detektion

Abb I.2: Das elektromagnetische Spektrum

InfrarotMikrowellen Ultraviolett Röntgen

Sichtbar

Frequenz (Hz)

“THz”Radiowellen

OE 1.17Bsp. zur Erzeugung von Licht: Halbleiterlaser und Gasentladungslampe

Abb. I.3: Schema eines Halbleiterlasers Abb. I.4: ModerneFrontscheinwerferlampe

→ Vorlesung OE → Vorlesung Plasmastrahlungsquellen

OE 1.18Beispiel zur Erzeugung von Licht: Display

Abb. I.5: Autoradio/Navigationssystems mit Flachbildschirm aus organischen (Kunststoff-) Halbleitern

→ Vorlesung Plastic Electronics

OE 1.19Beispiel zur Modulation und Übertragung von Licht: Telekommunikation

Abb. I.6: Schemabild zur Telekommunikation→ Vorlesung Photonische Kommunikationssysteme

OE 1.20Beispiel zur Detektion: Solarzellen

→ Vorlesung Solarenergie

Abb. I.7: Solarzellenfelder

OE 1.21Beispiel zur Anwendung: Laserschweißen

→ Vorlesung Optische Systeme

Abb. I.8: Laserschweißnaht

OE 1.22

I. Einleitung

Optoelektronik beruht auf dem Zusammenspiel verschiedenster Materialien bzw.....ist eine Materialschlacht.

a-Sia-Si

GaNGaN

SiGeSiGe

LiNbO3LiNbO3

KTPKTP

SOISOI

InPInP

GaAs/AlAsGaAs/AlAs

PPVPPV

Ge2Sb2Te2Ge2Sb2Te2

Abb. I.9: Materialien der Optoelektronik

OE 1.23I.4 Technische und wirtschaftliche Bedeutung der Optoelektronik

(Si)-Elektronik (integrierte Schaltkreise)

www.ICKnowledge.comnahezu „unschlagbar“ in der „lokalen“ Informationsverarbeitung

aber: Si-Nano-Photonik ist stark im Kommen

OE 1.24

Zukünftig Silizium-Photonik ??

www.ibm.com

Abb. I.10: Schema eines zukünftigen Silizium-Chips mit elektronischen und photonischen Schaltkreisen

OE 1.25

I.4 Technische und wirtschaftliche Bedeutung der Optoelektronik

(Si)-Elektronik (integrierte Schaltkreise)

nahezu „unschlagbar“ in der „lokalen“ InformationsverarbeitungSi-Nano-Photonik ist stark im Kommen

Optik (Photonik)Visualisierung, Übertragung und Speicherungvon Informationen, Beleuchtung, Materialbearbeitung, Messtechnik, ...

Vorteile von Licht :

• Licht ist sichtbar • immun gegen elektromagnetische Störstrahlung• keine gegenseitige Beeinflussung von Licht durch Licht• hochgradig parallel (...viele Frequenzen) • vielfältige Nichtlinearitäten• berührungsfreies Messen, Bearbeiten

OE 1.26Weltmarkt Optische Technologien

Sensoren

Photovoltaik

Optische Komponenten

Flat Panel Displays

Lampen

Optoelektronik

Gesamt: ca. 125 Mrd. EURQuelle: OIDA

Abb. I.11: Märkte für optische Technologien (1999)

OE 1.27

Weltmarkt Optische Technologien/LTI-Veranstaltungen

Sensoren

Photovoltaik

Flat Panel Displays

Lampen

Optoelektronik

Solarenergie

Licht- und Displaytechnik

Optische Systeme

Optoelektronik

Gesamt: ca. 125 Mrd. EURQuelle: OIDA

OE 1.28Weltmarkt Optische Technologien

Quelle: OIDA

Sensoren

Photovoltaik

Flat Panel Displays

Lampen

Optoelektronik

Gesamt: ca. 125 Mrd. EUR

OE 1.29Optoelektronik als Hebeltechnologie

Quelle: OIDAAbb. : Optoelektronik als Hebeltechnologie: Produkte

OE 1.30Optoelektronik: Ein Wachstumsmarkt

Quelle: M. Lebby, OIDA

OE 1.31

Weltmarkt Optische Technologien

Quelle: OIDA

Sensoren

Photovoltaik

Flat Panel Displays

Lampen

Optoelektronik

OE 1.32

Weltmarkt Laserstrahlquellen

0,0002,0004,0006,0008,000

10,00012,00014,000

AndereDiodenlaser

Mrd. US $

Quelle: Laser Focus World (01/2001)

Abb. I.14: Weltmarkt Laserstrahlquellen 1996-2001

OE 1.33

Abb. I.15: Weltmarkt Laserstrahlquellen 2000-2004

Ende Internet-Hype

Quelle: Laser Focus World 2005

OE 1.34

OE 1.35

Abb. I.16: Weltmarkt Diodenlaser

OE 1.36

Abb. I.17: Anwendungen von Diodenlasern

OE 1.37

OE 1.38

Abb. I.18: Anwendungen von Nicht-Halbleiterlasern

OE 1.39

Weltmarkt Optische Technologien

Quelle: OIDA

Sensoren

Photovoltaik

Flat Panel Displays

Lampen

Optoelektronik

Abb. I.11: Märkte für optische Technologien

OE 1.40SCHOTT Spezialglas GmbH, Luminescence Technology

Segmentation of the illumination market and volumesSegmentation of the illumination market and volumes

Hella , Visteon , FER , R&S

J.W. Speaker ...AutomotiveAutomotive

GeneralGeneralLightingLighting

IlluminatedIlluminatedAdvertisementAdvertisement

7500 Mio €20000 Mio €

1000 Mio €focusto be continuedstop

TV/VideoTV/Video --DisplaysDisplays

DigitalDigitalHoardingHoarding

variability of informationvariability of information

Variable Variable Message Message

Signs Signs (VMS(VMS ))

Low Low Information Information

Content Content Display Display (LICD)(LICD)

pixel sizepixel size

display world

Abb. I.19: Weltmärkte Beleuchtung

OE 1.41

Marktbeispiel: Beleuchtung-Leuchtdioden

Lampen

Weltmarkt: ca. 12,5 Mrd. EUR

Deutschland: ca. 0,65 Mrd. EUR

72% Allgemeinbeleuchtung28% Auto- und Spezialanwendungen

Gesamter Lichtmarkt Deutschland: ca. 3,3 Mrd. EUR

Quelle: OSRAM

Ein wichtiger Trend: LEDs für die Beleuchtung.

OE 1.42

Abb. I.20: Anwendungen von High-Brightness LEDs

OE 1.43LEDs für die Lichttechnik

LED-Vollscheinwerfer beim Audi R8 (Automotive Lighting) LED-Akzentbeleuchtung (Zumtobel)

LED-Scheinwerfer (LTI) LED-Leuchte (LTI)

OE 1.44LEDs für die Lichttechnik: Ein Wachstumsmarkt

Abb. I.21: Märkte für Hochleistungs-LEDs

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