Джерела і приймачі оптичного випромінювання
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?и подачі на -перехід прямого напруження (рис.2) виникає інжекція неосновних носіїв заряду через перехід. Внаслідок їх подальшої рекомбінації з основними носіями виділяється енергія оптичного діапазону. Рекомбінаційне випромінювання в світлодіоді генерується в шарі, прилеглому до межі розділу -напівпровідників, і виводиться назовні звичайно через -область. Площа випромінюючої поверхні не перевищує декількох квадратних міліметрів. Схематичний пристрій світлодіода з плоскою і півсферичною випромінюючими поверхнями зображений на рис.2. Для світлодіодів характерна висока щільність спектрально-енергетичної яскравості. Основна частина випромінювання доводиться на спектральний інтервал , шириною 40100нм. Довжина хвилі випромінювання визначається енергетичною шириною зон напівпровідника, частіше за все шириною забороненої зони ().
Істотною перевагою світлодіода є їх швидкодія, що дозволяє реалізувати імпульсний режим роботи і отримати короткі світлові імпульси тривалістю не більше за 10 нс з частотою повторення до 108 Гц. Випромінювання світлодіодів ненаправлене, тому для його концентрації в певному напрямі використовують зовнішні фокусуючі лінзи або відображаючі покриття, які наносять безпосередньо на кристал напівпровідника. Докладні відомості про параметри різних світлодіодів наведені у відповідній літературі.
Найбільш істотними недоліками світлодіодів є розкид характеристик від зразка до зразка і їх залежність від температури. Світлодіоди володіють малими розмірами, підвищеною економічністю, великим терміном служби, стійкістю до механічних впливів, високою швидкодією, що дозволяють здійснювати модуляцію випромінювання шляхом зміни струму живлення.
Позитивні властивості світлодіодів сприяють успішному їх застосуванню як твердотільні цифрові індикатори, в пристроях оптичного звязку, оптико-електронних приладах і т.д.
3. Лазери
Радянські вчені Н.Г.Басов, А.М.Прохоров, а також американський вчений Ч.Таунс в 1964р. були удостоєні Нобелівської премії з фізики за фундаментальні дослідження в області квантової електроніки, які послужили базою для створення принципово нових джерел випромінювання лазерів.
Лазер оснований на використанні так званого стимульованого випромінювання, яке виникає при виконанні особливих умов в квантових системах. Властивості квантових систем визначаються енергетичним станом системи. Внутрішня енергія таких систем може приймати суворо певні дискретні значення. Одне з можливих значень енергії називається рівнем енергії. Перехід квантової системи з одного енергетичного стану в інше відбувається тільки стрибкоподібно і повязаний з випромінюванням або поглинанням енергії, яка може мати різні форми: електромагнітну, теплову або звукову. Переходи, внаслідок яких поглинається або випромінюється електромагнітна енергія, називаються оптичними. Для частки, що знаходиться в збудженому стані (на верхньому енергетичному рівні ), є імовірність того, що через деякий час вона перейде в стан з меншою енергією (на нижній рівень ) і відбудеться випромінювання фотона частоти , яка визначається енергією початкового і кінцевого станів:
,
де - постійна Планка.
Вплив зовнішнього електромагнітного поля на частоті переходу підвищує ймовірність такого переходу. Взаємодія зовнішнього фотона зі збудженою часткою викликає перехід частки в стан з меншою енергією, і при цьому випромінюється додатковий фотон . Фотон, що змушує (стимулюючий) перехід, і фотон, що випускається внаслідок переходу, не відрізняється один від одного. Вони мають однакову частоту, напрям поширення і фазу.
Таблиця 1 Параметри лазерів
ТипНазва і маркаДов-жина хвилі гене-рації, нмРежим роботиПлос-кий кут ходи-мостіПотуж-ність або енергія генераціїСпеціальні даніГазовийГелій-неоновий
ЛГ-38
Азотний
Сигнал-2632,8
337Безперервний
Одномодовий
Імпульсний
t=15 нс, f=220 Гц1,8
3,05010Вт
Імпульсна потужність
(510)10ВтЗ автопідвод-кою дзеркал резонатора
Споживана потужність 0,3 кВтТвердо-тільнийРубіновий
ГІР-100 М
Рубіновий
ИТ-84
694,3Імпульсний
f=1/180 Гц
Імпульсний
t=0,5 нс, f=1 Гц10,0
1,0
(на виході теле-скопа)100 Дж
0,30,6 Дж-
Водяне охолоджуванняНапів-провід-никовийПромінь-3
Комета-1844
840860Імпульсний
f=(4002000) Гц
Імпульсний t=200 нс, f=(110) Гц)-
-10 Вт
3 ВтОхолоджу-вання рідким азотом
-
Стан квантової системи, при якому населеність верхнього енергетичного рівня вище за населеність нижнього енергетичного рівня, називається станом з інверсною населеністю. Середовище, в якому може бути отриманий стан з інверсною населеністю, є активним середовищем лазера. Переклад квантової системи в інверсний стан здійснюється підведенням енергії, яку прийнято називати енергією накачки. Середовище, в якому існує інверсна населеність, може служити підсилювачем випромінювання, але для цього необхідний початковий ініціюючий вплив. Ініціатором процесу вимушеного випромінювання може бути зовнішній сигнал або один з квантів спонтанного випромінювання в самому середовищі. Значне посилення випромінювання може бути досягнуте, якщо вмістити активне середовище в