- •Введение
- •Тема1. Оптическое излучение. Принципы работы квантовых систем.
- •1.1.Основные характеристики и параметры оптического излучения
- •Основные энергетические и светотехнические параметры
- •1.2. Энергетическое состояние квантовых систем
- •1.3. Взаимодействие электромагнитного излучения с квантовыми системами
- •1.3.1 Резонансное поглощение (вынужденное поглощение)
- •1.3.2.Спонтанное излучение.
- •1.3.3.Вынужденное излучение
- •1.4.Инверсная населенность и методы ее создания.
- •1.5. Спектральные свойства активной среды
- •Естественная ширина спектральных линий.
- •1) Уширение линии из-за столкновений.
- •2) Уширение линии из-за эффекта Допплера.
- •3) Другие причины уширения спектральной линии.
- •1.6. Принцип действия лазера
- •1.7. Оптические резонаторы.
- •2.1. Условия генерации лазера.
- •2.2. Cвойства и характеристики лазерного излучения
- •2.3. Классификация лазеров
- •2.3. Твердотельные лазеры
- •2.4. Газовые лазеры
- •Гелий-неоновый (He-Ne ) (атомарный) лазер.
- •2.5. Молекулярный со2 – лазер
- •Тема 3. Полупродниковые лазеры
- •3.1. Виды излучательных переходов
- •3.2. Основные характеристики полупроводниковых излучателей.
- •3.3 Инжекционные лазеры на гомопереходах.
- •3.4 Полупроводниковые инжекционные лазеры на
- •Тема 4. Некогерентные оптические излучатели
- •4.1. Светоизлучающие полупроводниковые диоды (сид)
- •Тема 5. Оптичекие приемники излучения
- •5.1. Поглощение света в твердых телах.
- •5.2. Классификация фотоприемников, основные параметры и характеристики.
- •5.3. Фотодиоды
- •5.3.1. Фотодиоды на основе p-n – перехода
- •5.4. Фотоприемники с внутренним усилением
- •5.5. Фоторезисторы
- •Тема 6. Оптроны
- •6.1. Принцип действия оптронов, структурные схемы и свойства.
- •6.1.1. Принцип действия оптронов
- •6.1.2. Структурные схемы оптронов
- •6.1.3. Назначение и требования к элементам оптрона
- •6.1.3.1. Назначение элементов
- •6.1.3.2. Требования к элементам оптрона
- •6.2. Параметры оптронов
- •6.2.1. Входная характеристика
- •6.2.2. Передаточная характеристика
- •6.2.3. Выходная характеристика
- •6.2.4. Быстродействие оптронов
- •6.2.5. Коэффициент спектрального согласования Кλ
- •6.2.6. Параметры изоляции
- •6.2.7. Добротность оптронов
- •6.2.8. Оптические вносимые потери w
- •6.3. Классификация оптронов
- •6.3.1. Условные схемные обозначения оптронов
- •6.3.2. Основные параметры различных типов оптронов
- •6.4. Применение оптронов
- •6 .4.1. Классификация оптронов по применению
- •6.4.1.1. Цифровые оптроны
- •6.4.1.2 Аналоговые оптроны
- •6.4.1.3. Ключевые оптроны
- •6.4.1.4. Специальные оптроны
- •Литература
Тема 4. Некогерентные оптические излучатели
Генерация оптического излучения рассматриваемого вида осуществляется либо в результате нагрева излучающего вещества, либо в результате одного из видов люминесценции.
Люминесценция – электромагнитное нетепловое излучение, при котором поглощенная люминесцирующим телом энергия задерживается в нем, а затем превращается в оптическое излучение и тепло. В зависимости от вида энергии, возбуждающей люминесценцию, различают: фото-, электро-, и другие виды люминесценции. Будем рассматривать электролюминесценцию, представляющую собой излучение, возникающее в структуре вещества за счет энергии электрического поля.
4.1. Светоизлучающие полупроводниковые диоды (сид)
Физической основой СИД является инжекционная электролюминесценция, представляющая собой генерацию оптического излучения в p-n переходе. Она объединяет два процесса:
- инжекцию носителей заряда;
- собственно электролюминесценцию.
Принцип действия СИД подобен принципу действия полупроводниковых лазеров на гомо- и гетеропереходах при плотностях тока J < Jпор.
При приложении к переходу прямого напряжения потенциальный барьер понижается и основное количество электронов и дырок диффундирует в область p-n перехода. Рекомбинация продиффундировавших носителей заряда происходит как в области объемного заряда, так и рядом с ней на расстоянии диффузионной длины. При увеличении прямого напряжения увеличивается ток через переход .
Характеристики и параметры СИД.
Волтамперная характеристика (ВАХ) СИД на основе GaAs представлена на рис. К особенностям ВАХ СИД относится малые обратные напряжения. При работе с большим обратным напряжением необходимо последовательно с СИД включать обратный (неизлучающий) диод.
Излучательные характеристики СИД.
В зависимости от способа приема излучения СИД, визуального или невизуального, его оптические свойства описываются световыми или энергетическими характеристиками. При визуальном приеме приемником является человеческий глаз (знаковые индикаторы, подсветка и т.п.). При невизуальном приеме излучение принимается физическим приемником (фотодиоды, фоторезисторы и т.п.).
На рис. приведена типовая излучательная характеристика СИД, отражающая зависимость потока излучения от тока, протекющего через диод. Характеристика 1 соответствует малым токам, характеристика 2 – большим токам.
Спектральные характеристики СИД
На рис. приведены спектральные характеристики для двух типов СИД. Разные значения λmax объясняются разной шириной запрещенной зоны. ∆λ1 и ∆λ2 – ширина спектральной характеристики для соответствующего СИД.
На рис. приведены спектральные характеристики человеческого глаза и фотодиода в относительных единицах, наложенные на различные типы фотоприемников.
Независимо от того насколько эффективен СИД, выходное излучение даже большой мощности не будет зарегистрировано, если длина волны излучения не будет соответствовать спектру, на который реагирует фотоприемник или человеческий глаз.
Оптические параметры СИД
Оптические свойства СИД характеризуются группой оптических параметров, которые позволяют выбрать СИД нужного цвета свечения и который имел бы максимальную световую отдачу при заданном токе.
К оптическим параметрам СИД относятся:
- длина волны излучения λmax , соответствующая максимуму спектральной характеристики СИД;
- сила света I ;
- угол излучения ϴ.
Для улучшения контраста между индикатором на основе СИД и окружающим фоном используются оптические фильтры.