Лекция №8 Тема: «Продолжение»
| Вид материала | Лекция |
- Первая лекция. Введение 6 Вторая лекция, 30.95kb.
- А. И. Мицкевич Догматика Оглавление Введение Лекция, 2083.65kb.
- Лекция n12 Лекция 12, 393.41kb.
- Сироткиной Еленой Борисовной, группа 409-509 (Кафедра Физики ускорителей высоких энергий), 399.91kb.
- Лекция №6 Тема: «Продолжение», 65.97kb.
- Лекция №9. Тема: «Продолжение», 62.98kb.
- 1 11 Тема 2 12 тема 3 13 Тема 4 14 Тема 5 15 Тема 6 17 Тема 7 20 Тема 8 22 Тема, 284.17kb.
- Перевод Г. В. Барышниковой, 3333.91kb.
- Лекция Средневековый корейский язык (продолжение). Фонетика, грамматика, лексика, 72.65kb.
- Лекция 3 30. 09. 96. Тема: Мезенхимальные дистрофии (продолжение), 75.77kb.
Лекция №8
Тема: «Продолжение».
Конструкция светодиодов.
Излучающая активная область может быть по разному размещена в кристалле. Обычно стремятся сделать ее площадь минимальной, чтобы достичь требуемых значений параметров при меньших значениях инжектируемого тока, для уменьшения потерь при выходе излучения из кристалла иногда используют кристалл отличный от параллелепипеда. Поскольку полупроводник оптически значительно плотнее, чем воздух, большая часть световых лучей не выходит наружу, а отражается от поверхности внутри кристалла и, в конечном счете, поглощается. Так для поверхности типа Арсенид галлия лишь лучи отклоняющиеся от нормальных на 17 градусов, выходят наружу.
По сравнению с плоским кристаллом можно получить выигрыш в величине коэффициента вывода света. При использовании полупроводниковой полусферы (рисунки д, е) в 15 – 25 раз, пластмассовые линзы ( б,г) в 3 – 4 раза, усеченного конуса (ж) в 4-6 раз.
Конструкции, приведенные на рисунках д-ж сложны, дорогостоящи и непригодны для многих микроэлектронных устройств из-за увеличенных габаритов.
Выбор типов светодиодов.
Выбор конкретного типа светодиодов и тока возбуждения может зависеть от различных факторов. К их числу относится: сочетание линзы с корпусов, месторасположение, свет излучения светодиодом, условия освещенности окружающей среды, угол обзора, контраст с окружающим фоном, и расстояние наблюдения.
Сочетание линзы с корпусом.
Могут выпускаться с корпусом, заимствованном у ламп накаливания. Могут поставляться в транзисторных корпусах. В корпусах с осевым расположением выводов для низкопрофильного монтажа непосредственно на печатных схемных платах. Кроме приведенных на рисунке в предыдущих разделах корпусов, светодиоды могут выпускаться с прямоугольными, квадратными и другими конфигурациями корпуса.
Профильный излучатель может иметь форму стрелки указывающей в светящемся состоянии направление. Квадратные и прямоугольные излучатели могут иметь надписи непосредственно на подсвеченной поверхности корпуса.
Место расположения диодов.
Типичные места расположения светодиодов это внутренние части или края печатных схемных плат, где они используются для отображения логических состояний или диагностической информации. Кроме того светодиоды могут располагаться на внешней поверхности, например лицевые панели или подсвет светофильтров, индикаторов в карманных калькуляторах, автономных электронных игр или консоли дистанционного управления.
Цвет излучения светодиодов.
Помимо светящегося и несветящегося состояния светодиодов, для передачи информации могут использоваться дополнительно цвет. Например красный – опасность, желтый – предостерегающий, зеленый – для нормальных условий.
Условия освещенности окружающей среды.
Окружающее освещение может изменяться от наружных условий (яркого солнечного света), до условий закрытых помещений в учреждениях и домах.
Таблица: значение освещенности.
| Окружающие условия | Освещенность Лк |
| 85000 15000 1000 1500 1000 500 1500 700 100 |
При любых условиях освещенности окружающей среды должны быть задана минимальная сила света, позволяющая оператору различить включенное и выключенное состояние светодиодов.
Схема: зависимость хорошей читаемости светодиода при различной степени освещенности окружающей среды.
Угол обзора.
Для одного и того же кристалла светодиода узкофокусирующая линза дает высокую силу света вдоль главной оси, но малый угол обзора до 50 градусов. В то же время линза с широкой диаграммой направленности обеспечивает большой угол обзора, но при значительно меньшей силе света.
Контраст с окружающим фоном.
На восприятие человека может оказывать фон вокруг светодиода. Воспринимаемая яркость фона зависит от количества падающего света, коэффициента отражения и текстуры поверхности, а так же от цветового контраста по отношению к излучению светодиода. Визуальное восприятие можно улучшить повышением контрастом между светящимся светодиодом и его фоном с помощью механических средств – козырьков, жалюзи, утопленное расположение индикатора; оптических фильтров, который является эффективнее механических средств не смотря на то, что они несколько ослабляют силу света светодиодов.
Расстояние наблюдения.
Расстояние наблюдения влияет на выбор минимального размера кажущейся излучающей поверхности диода. Субминиатюрные корпуса используются когда расстояние наблюдения порядка метра. Большие прямоугольные или профильные излучатели могут потребоваться при значительном расстоянии светодиода от наблюдателя.
Лазеры.
Лазер – генератор излучения когерентного во времени и пространстве, основанный на использовании вынужденного излучения. Процесс возникновения вынужденного излучения упрощенно состоит в следующем: при воздействии поля внешнего фотона на атом находящийся в возбужденном состоянии происходит переход возбужденного атома в другое энергетическое состоянии. Этот переход происходит с испусканием еще одного фотона, энергия которого будет равна энергии вынужденного фотона. Если создать систему возбуждения активных атомов (лазерную активную среду) и пропускать через эту систему излучение, то возможно усиление излучения, если создание фотонов за счет вынужденного излучения превосходит потери излучения на поглощение и рассеивание. Такое усиление оптического излучения, основанное на использовании вынужденного излучения, называется лазерным усилением.
Структурная схема лазера.
1 – система накачки
2 – лазерный активный элемент
3 – оптический резонатор.
4 – источник энергии накачки.
5 – система охлаждения.
6 – модулятор.
7 – внешняя оптическая система.
8 – устройство контроля.
Источник накачки, система охлаждения, модулятор, внешняя оптическая система контроля и другие являются дополнительными элементами схемы лазера обеспечивающих работоспособность лазера, или служащих для управления лазерным излучением. В каждом конкретном случае применения лазеров наличие тех или иных дополнительных устройств не является обязательным.
Система охлаждения предназначается для создания необходимой температуры вещества накачки.
Чтобы лазерный усилитель превратился в лазер (генератор излучения) вводят положительную обратную связь. Параметры звена положительной обратной связи выбираю так, чтобы энергия излучения, которая передается с выхода излучателя на его вход, была достаточной для компенсации потерь в замкнутой цепи обратной схемы.
В качестве звена положительной обратной связи в лазере используют оптические резонаторы. Простейший резонатор состоит из двух зеркал, которые обеспечивают многократное прохождение волны излучения через активное вещество. Для вывода излучения зеркала делаются прозрачными. В общем случае оптический резонатор это система отражающих, преломляющих, фиксирующих, и других оптических элементов, в пространстве между которыми могут возникать волны оптического диапазона.
Таким образом, выполнение условий усиления лазерного излучения при наличии положительно обратной связи через оптический резонатор дает необходимые энергетические предпосылки для самогенерации излучения.
Процесс возбуждения лазерного вещества, приводящий к возникновению лазерной активной среды называется, накачкой лазера. Значение энергии накачки намного больше излучения лазера. Но по своим качественным показателям – лазерное излучение уникально. Важнейшее свойство лазерного излучения состоит в его направленности, которое связано с пространственной когерентностью. А именно лазерное излучение распространяется в виде почти плоской волны, расходимость которой близка к минимальной дифракционной расходимости. Такую пространственную когерентную волну можно сфокусировать на площадке размером L2лиз.
Лазерное излучение высокомонохромно так как лазер генерирует когерентные оптические колебания на частоте максимального усиления и минимальных потерь излучения в резонаторе. Таким образом лазер преобразует энергию низкого качества в когерентное излечение, то есть в предельно высококачественную форму энергии. Лазер является генератором мощным излучателем электромагнитного излучения. Поэтому должен содержать: элементы обеспечивающие накачку лазера, лазерное вещество в котором в процессе накачки может быть создана лазерная активная среда.
В зависимости от вида подводимой энергии подводимой для накачки, различают следующие виды лазеров:
- Оптическая накачка – возбуждение лазера оптическим излучением. Она может быть:
- Ламповой – источник накачки лампа.
- Диодный – источник накачки это излучающий диод.
- Лазерный – источник накачки лазер.
- Ламповой – источник накачки лампа.
- Электрическая накачка – накачка лазера электрической энергией, в частности к этому виду относится накачка полупроводниковых инжекционных лазеров.
- Электронная накачка – накачка лазера электронным пучком
- Химическая накачка.
Лазерный пучок это не просто поток энергии как свет, это поток энергии очень высокого качества, поток упорядоченного когерентного излучения, остронаправленного, сконцентрированного в пределах небольшого телесного угла. Но за это качество платится высокая цена. КПД лазера – 10% на каждый дж излучения – 10 дж накачки, но при этом плотность энергии лазерного излучения огромна. В мощных лазерах она больше плотности энергии достижимой при ядерном взрыве.
Лазерное излучение характеризуется пространственно-временными и энергетическими параметрами. В группе пространственно-временных выделяют следующие параметры:
- Частота лазерного излучения – средняя длинна волны спектра лазерного излучения.
- Ширина линии лазерного излучения – расстояние между контуром спектральной линии лазерного излучения, соответствующим половине интенсивности линии в максимуме.
- Расходимость лазерного излучения – плоский или телесный угол характеризующий угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения.
- Время готовности лазера – время необходимое для достижения лазером эксплуатационных (номинальных) параметров с момента его включения.
- К энергетическим параметрам лазера относится: энергия и мощность лазерного излучения, энергия определяет энергетические возможности лазера. Мощность характеризует интенсивность излучения энергии лазером, концентрацию энергии по времени.
Концентрация энергии (мощности) в пространстве определяется плотностью энергии лазерного излучения приходящейся на единицу площади сечения пучка лазерного излучения. К энергетическим параметрам относится так же порог генерирования лазера. Порог генерирования лазера – энергия (мощность) поступающая на вход питания лазера при которой коэффициент лазерного усиления на частоте генерирования равен коэффициенту потерь оптического резонатора на той же частоте. Направленность лазерного изучения определяется отношением длинны волны генерируемого излучения, к линейному размеру резонатора. Следует отметить, что в любом резонаторе условия резонанса выполняются для многих типов колебаний, отличающихся друг от друга по частоте и распределению электромагнитного поля в резонаторе. Такие типы колебаний называются модами. В результате спектр излучения лазера состоит из набора мод. Для получения одночастотного (одномодного) режима используют пространственные оптические фильтры мод.
Выделяют три основных режима работы лазеров:
- Режим непрерывно генерируемого лазерного излучения (непрерывный режим). В этом режиме работы лазера мощность лазерного излучения на частоте генерирования не обращается в ноль при заданном интервале времени, значительно превышающем время колебания.
- Режим импульсного генерирования лазерного излучения (импульсный режим) – характеризуется излучением энергии в виде импульсов. В таком импульсном лазере излучение длится очень не долго. И даже при небольшой излучаемой энергии процесс оказывается сильно сжатым, сконцентрированным во времени и мощность импульса получается огромной.
- Режим импульсно-периодического лазерного излучения, импульсно-периодические лазеры, в этом режиме излучение формируется в виде периодических серий импульсов.