Когерентность и монохроматичность излучения (см. Лекции)

Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

В оптике понятие когерентности вводится для характеристики скоррелированности световых колебаний в различных точках пространства и в различные моменты времени.

Монохромное излучение, Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от др.-греч. μόνος — один, χρῶμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной длиной волны.

Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.

Направленность и поляризация излучения

http://sessiya-2011.narod.ru/fizika/38.htm

Диаграмма направленности излучения показывает распределение мощности в пространстве.

Поляризация света - одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). П. с. наз. также геометрич. характеристики, к-рые отражают особенности этого неравноправия. Впервые понятие о П. с. было введено в оптику И. Ньютоном в 1704-06, хотя явления, обусловленные ею, изучались и ранее (открытие двойного лучепреломления в кристаллах Э. Бартолином в 1669 и его тео.ретич. рассмотрение X. Гюйгенсом в 1678-90). Сам термин "П. с." предложен в 1808 Э. Малюсом. С его именем и с именами Ж. Био, О. Френеля, Д. Араго, Д. Брюстера и др. связано начало широкого исследования эффектов, в основе к-рых лежит П. с.

Естественный свет (неполяризованный свет) - оптическое излучение с быстро и беспорядочно изменяющимися направлениями напряжённости эл.-магн. поля, причём все направления колебаний, перпендикулярные к световым лучам, равновероятны. Соотв. при разложении пучка Е. с. на два линейно поляризованных пучка в любых двух взаимно перпендикулярных направлениях возникают две равные по интенсивности некогерентные компоненты исходного пучка. Будучи некогерентными, вторичные пучки, сведённые вместе, не интерферируют. Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же обычно в небольшой степени поляризованный. Весьма близок к Е. с. прямой солн. свет.

Поляризованный свет (франц. polarisation - первоисточник) - свет, получаемый в искусственных условиях при прохождении светового пучка через специальное устройство (поляризатор). Поляризованный свет отличается от естественного света своими физическими характеристиками (ориентированностью световых волн, колебания которых происходит в одной плоскости), но в обычных условиях не воспринимается визуально как какой-то особый свет. Частичная поляризация света может происходить и в результате природных процессов.

Де 2 «Основные типы когерентных и некогерентных источников оптического излучения» Тепловые и естественные источники излучения

http://www.femto.com.ua/index1.html

ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (источники света) - приборы и устройства, а также природные и космич. объекты, в к-рых разл. виды энергии преобразуются в энергию оптич. излучения в диапазоне длин волн l@10 нм4l мм. Космич. и природные излучающие объекты - Солнце, звёзды, атм. разряды и др.- являются естественными И. о. и. Искусственные И. о. и. в зависимости от вида преобладающего элементарного процесса испускания - вынужденного или спонтанного - разделяются на когерентные (см. Когерентность)и некогерентные. Когерентные И. о. и. (лазеры) генерируют излучение с чрезвычайно большой спектральной интенсивностью и высокой степенью направленности и монохроматичности. Излучение большинства И. о. и. некогерентно и представляет собой суперпозицию эл-магн. волн, спонтанно испускаемых совокупностью независимых элементарных излучателей.

Описываемые ниже искусств, некогерентные И. о. и. классифицируют по видам излучений, роду вводимой в них энергии и способам преобразования её в световую, по назначению, виду и области спектра (ИК, видимая, ближняя УФ, вакуумная УФ), конструктивным особенностям и режимам эксплуатации, обусловленным разл. требованиями, предъявляемыми к И. о. и. в их разнообразных научных и прикладных применениях. Излучение И. о, и. характеризуется энергетич. (е) или световыми (v) фотометрич. величинами - потоком Фе,v, силой света Iv, яркостью Le,v, светимостью Ме,v, а его распределение по спектру описывается их спектральной плотностью.

Многие И. о. и., преим. со сплошным спектром, удобно аттестовать по их яркостной ТB или цветовой ТC темп-ре. В ряде применений существенно знать освещённость Ее,v, создаваемую И. о. и., или для их характеристики используются нестандартные величины, напр, поток фотонов ФN. Импульсные И. о. и. характеризуются длительностью т и формой импульса излучения, к-рое описывается пиковыми значениями и интегралами по времени фотометрич. величин (см. Фотометрия импульсная ).Эффективность преобразования вводимой в И. о. и. энергии в световую определяется энергетич. (спектральным) кпд или световой отдачей hv. В число техн. характеристик И. о. и. входят также вводимая мощность Р или энергия W, размер светящегося тела S, пространственное распределение и стабильность излучения, срок службы и т. п. Наиб, важные для конкретных И. о. и. показатели определяются их назначением. Самыми распространёнными являются выпускаемые промышленностью осветительные лампы и И. о. и., используемые в серийных приборах и техн. устройствах. В научных исследованиях наряду с серийными используются также спец. лаб. И. о. и., наиболее соответствующие требованиям эксперимента.

По видам излучения, определяемым термодинамич. состоянием светящегося тела, И. о. и. разделяются на тепловые с равновесно нагретым телом в конденсированном состоянии и люминесцирующие с неравновесно возбуждаемым телом в любом агрегатном состоянии. Особый класс составляют плазменные И. о. и., излучение к-рых в зависимости от параметров плазмы и спектрального интервала может быть равновесным и неравновесным, тепловым или люминесцентным.

Тепловые И. о. и. имеют сплошной спектр и энергетич. характеристики, описываемые законами теплового излучения, в к-рых осн. параметрами являются темп-pa Т и коэф. излучения светящегося тела e(l, Т). С повышением Т быстро возрастают Le и Ме и спектральные плотности этих величин, а их максимум смещается в коротковолновую область. В пределе e(l)=1 достигается излучение абсолютно чёрного тела, что близко выполняется, напр., для Солнца (TB=6.103К, Lv,=2.108 кд/м2, Ee=1,37 кВт/м2 - вне атмосферы), излучение к-рого используется в теплофиз. и энергетич. гелиоустановках, а также может применяться для накачки лазеров.

В искусств, тепловых И. о. и. излучающее тело нагревается электрич. током или в результате выделения энергии в хим. реакциях горения. Пламёна, возникающие при горении газовых, жидких или твёрдых горючих веществ, имеют сплошной спектр излучения с ТB до 3000 К, образованный раскалёнными твёрдыми микрочастицами. В отсутствие таких частиц наблюдается полосатый и линейчатый спектр излучения, создаваемый газообразными продуктами горения или хим. элементами, специально вводимыми в пламя, напр, для спектрального анализа методом пламенной фотометрии или атомно-абсорбционным. В пиротехн. осветительных и сигнальных средствах (ракеты, фейерверки и др.), излучение к-рых имеет Iv=10-300 ккд и длительность t=5-200 с, используются спрессованные пламенные составы, содержащие горючее вещество (порошок Mg или А1, их смеси и сплавы или органич. вещества) и окислитель (богатые кислородом соли Na, К или Ва). Аналогичные составы для освещения при фотографировании обеспечивают большую скорость горения (t~0,1 с) и Lv~107 кд/м2. Фотогр. лампы-вспышки одноразового действия дают импульс излучения с t~10-2 с и Lv до 108 кд/м2 при сгорании Mg- или Zr- фольги в наполненной О2 колбе.

Светодиоды (Кв. и опт. эл. ТТИ часть 2.pdf + LEX7.doc)

Светодиод - это полупроводниковый прибор с гомо- или гетеро-p-n-переходом, вблизи которого возникает люминесценция при включении прибора в прямомнаправлении. В качестве достоинств некогерентных диодных источников излучения отметим следующее:

1. Высокое быстродействие и легкость амплитудной модуляции излучения в широком частотном интервале (рабочие частоты светодиодов составляют до 109 Гц);

2. Миниатюрные размеры светодиодов и возможность изготовления на их основе интегральных излучающих матриц;

3. Широкая возможность выбора материала излучателя для спектрального согласования с фотоприемником при конструировании оптопар;

4. Возможность получения высокой интенсивности высвечивания вследствие малой ширины спектральной полосы излучения;

5. Совместимость с полупроводниковыми интегральными схемами по электрическим параметрам;

6. Долговечность и низкая стоимость при массовом производстве.

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ

Светодиоды изготовляются главным образом на основе соединений AIIIBV. В индикаторных устройствах применяются светодиоды, излучающие в видимой области спектра (λ = 0,38 - 0,78 мкм). Поэтому в таких приборах используются широкозонные полупроводники с Eg > 1,7 эВ. Если светодиод (СД) используется в паре с фотоприемником, то материал излучателя подбирается с учетом спектрального согласования с материалом фотоприемника.

Сейчас освоено изготовление СД , излучающих в ИК , красной, оранжевой, желтой, зеленой и синей областях спектра. Успехи в изготовлении светодиодов этих спектральных диапазонов связаны, в основном, с возможностью получения р-n-переходов, т.е. легирования материалов AIIIBV примесями различного типа. Попытки создания р-n-переходов на основе широкозонных полупроводников типа AIIIBVI (ZnSe, ZnS, ZnO, CdS) с шириной запрещенной зоны Eg = 2,54 — 3,7эВ оказались безуспешными вследствие присущего этим соединениям свойства сильной самокомпенсации акцепторной примеси.

Определенные успехи здесь достигнуты в создании p-n-гетероструктур типа AIIIBV - АIIBVI, например, ZnSe — GaAs с излучением в синей области спектра. В этой же области генерируют излучение и светодиоды на основе широкозонного соединения GaN. Однако получить р-n-переходы в GaN также не удается. Используют люминесценцию, сопровождающую процесс ударной ионизации в структуре металл — (i-GaN) — (n-GaN). Изготовление светодиодов должно отвечать требованиям разумных затрат времени и средств. При нынешнем массовом производстве технология получения приборов на основе соединений AIIIBV достаточно хорошо отработана. Поэтому использование любого другого материала должно быть экономически оправдано или сулить значительное улучшение эксплуатационных параметров. Так, синие и фиолетовые СД на основе SiC имеют сложную технологию изготовления. Достаточно сказать, что температура эпитаксии слоев SiC составляет 1600 — 1650° С. В то же время высокая стабильность характеристик этих приборов (временная, радиоционная, температурная) делает их незаменимыми в ряде специальных применений.

Светодиоды изготавливают с помощью жидкостной или газовой эпитаксии слоев полупроводника на монокристаллической подложке.