3.Определение и физические основы оптоэлектроники. Основные классы оптоэлектронных приборов (по принципу действия).
Оптоэлектроника представляет собой раздел электроники, в котором изучаются эффекты
и явления взаимного преобразования электромагнитного излучения оптического диапазо-
на (0,5—20,0 мкм) с электрическими сигналами в твердом теле и методы создания прибо-
ров и устройств, использующих эти эффекты для генерации, передачи, хранения и обра-
ботки информации.
Отличительной особенностью оптоэлектронных приборов является использование элек-
трически нейтральных квантов оптического излучения, с высокой частотой колебаний и
соответственно малым значением длины волны оптического излучения, малой расходи-
мостью светового луча и возможностью его острой фокусировки. В этом плане наиболь-
шее предпочтение отдается когерентным излучателям.
4.Понятие квантовых переходов. Физические процессы поглощения и излучения света в полупроводниках.
Излучение и поглощение происходит отдельными порциями, квантами — фотонами: при
поглощении фотона энергия атома увеличивается, при испускании фотона — уменьшает-
ся. При поглощении электрон переходит вверх на более высокий уровень, а при испуска-
нии фотона электрон совершает обратный переход вниз с уменьшением энергии атома.
Такие скачкообразные переходы называют квантовыми переходами.
Различаются спонтанные (самопроизвольные) и вынужденные переходы.
При спонтанном квантовом переходе испускание фотона происходит вне зависимости от
внешних факторов и воздействий на квантовую систему. При этом направление излуче-
ния и поляризация фотонов могут быть любыми.
Вынужденный квантовый переход происходит под воздействием внешнего излучения
частоты о, удовлетворяющего соотношению A.1). При этом в процессе вынужденного
излучения фотон имеет направление излучения и поляризацию, соответствующую этим
же параметрам фотона стимулирующего излучения. Частота испущенного фотона в точ-
ности совпадает с частотой вынужденного излучения (рис. 1.1).
Атом находится в возбужденном состоянии некоторое время т и скачкообразно переходит
в невозбужденное состояние. Если предположить, что время жизни на возбужденном уровне составляет т„ то при большом числе возбужденных частиц N, это время убывает
по закону:
5. Сравнительные характеристики и параметры светового излучения, генерируемого различными источниками (приборами).
Характеристики лазерного излучения:
Светодиод
Преимущества
В сравнении с обычными лампами накаливания, светодиоды обладают многими преимуществами:
1.Экономично используют энергию по сравнению с предшествующими поколениями электрических источников света — дуговых, накальных и газоразрядных.
2. Средний срок службы светодиодных систем до 100 тысяч часов, что в 50-200 раз больше по сравнению с массовыми лампами накаливания и в 4-16 раз больше, чем у большинства люминесцентных ламп.
3.Возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания).
4.Безопасность использования.
5.Малые размеры.
6.Высокая прочность.
7.Отсутствие ртутных паров.
8.Малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.
9.Незначительное тепловыделение.
10.Антивандальность.
Среди производителей именно светодиодные источники света считаются наиболее функционально-перспективным направлением как с точки зрения энергоэффективности, так и затратности и практического применения. В основном применяются приборы на белых светодиодах.
Недостатки
1.Основной недостаток — высокая цена.
2.Для питания одиночного светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно.
3.Спектр отличается от солнечного. Но благодаря особенностям человеческого восприятия и правильно подобранным люминофорам это незаметно.
4.Немецкие специалисты в процессе тестирования в конце 2009 года обнаружили, что реальный средний срок службы светодиодных ламп для напряжения 220-240 В оказался около 1000 часов против заявляемых производителями 50000 часов.[8]