2.3. Светодиоды

В светодиодах используется явление электролюминесценции, возникающее при пропускании тока в прямом направлении через p-n-переход. Свойством излучать в оптическом диапазоне спектра обладают некоторые сложные полупроводниковые соединения, основой которых являются галлий, мышьяк, карбид кремния и другие, служащие исходным материалом для светодиодов.

Существенным достоинством светодиода является их быстродействие, что позволяет реализовать импульсный режим работы и получить короткие световые импульсы длительностью не более 10нс с частотой повторения до 10⁸ Гц. Излучение светодиодов направленное, поэтому для его концентрации в определенном направлении используют внешние фокусирующие линзы или отражающие покрытия, которые наносят непосредственно на кристалл полупроводника.

Наиболее существенными недостатками светодиодов являются разброс характеристик от образца к образцу и их зависимость от температуры.

Светодиоды обладают малыми геометрическими размерами, повышенной экономичностью, большим сроком службы, устойчивостью к механическим воздействиям, высоким быстродействием, позволяющим осуществлять модуляцию излучения путем изменения тока питания.

Положительные свойства светодиодов и лазерных диодов способствуют успешному их применению в качестве элементной базы для создания осветительных, сигнальных и индикаторных устройств, например, в волоконо-оптических линиях связи, дальномерах, приборах для считывания штрих кодов, лазерных указках; инфракрасные лазеры внутри проигрывателей CD и DVD дисков; медицинской технике и т.п.

2.4. Естественные источники излучения

Естественными источниками являются Солнце, Луна, небо. Они имеют широкие сплошные спектры в видимой и ИК области.

К основным характеристикам Солнца и Луны как излучателей относятся их угловые размеры, энергетические и спектральные характеристики.

Солнце имеет угловой размер 32, его энергетическая светимость составляет 6.2  10⁷ Вт/м², средняя яркость в видимом диапазоне 2  10⁹ кд/м². Спектральная плотность яркости в максимуме спектра излучения (0.5 мкм) равна 3  10⁷ Вт/(м²мкм ср). Вне атмосферы Солнце создает освещенность 1360 Вт/м² (эту величину называют солнечной постоянной) в спектральном диапазоне 0.3–3 мкм. Атмосфера снижает освещенность, создаваемую Солнцем на поверхности Земли, при этом в спектре появляются узкие провалы, обусловленные молекулярным и аэрозольным поглощением. Длина пути солнечного света в атмосфере определяется широтой местности и описывается коэффициентом АМ, который называют атмосферной массой.

Луна имеет угловой размер 33, создаваемая ею на поверхности Земли освещенность меняется от 4.1  10^-2 лк до 37.7  10^-2 лк в зависимости от фазы. Свечение дневного неба в диапазоне до 4 мкм обусловлено рассеянным солнечным излучением. Если предположить, что излучение небо имеет равномерную яркость, то она составляет около 10^-5 от яркости Солнца и равна 3  10² Вт/(м²мкм ср) в максимуме спектра излучения (0.5 мкм) и 1 Вт/(м²мкм ср) при  = 4 мкм. Рассеянный свет ясного неба создает на земной поверхности освещенность, равную 20-30% от прямой солнечной засветки.

Свечение ночного неба обусловлено прямым и рассеянным свечением звезд, которые в ясную ночь создают освещенность на поверхности Земли около 2  10^-4 лк.

Энергетическая яркость ночного неба оценивается в видимой области как (5.5–8.5)  10^-7 Вт/(м² ср), в световых величинах 10^-4 кд/м². Распределение яркости по ночному небу неоднородно.