4.14 Сурет ақ жарықтың алынуы 4.14 сурет сары люминаформен қапталған көк светадиод арқылы ақ жарықтың алынуы

Көк түсті светодиодтарды жасау RGB-шеңберді тұйықтап ақ түсті светодиодтың пайда болуына әкелді. Қазіргі таңда ақ светодиодты светодиод арқылы алудың үш жолы бар. Бірінші – қызыл, жасыл, көк түсті светодиодтарды пропорция бойынша араластыру. Бұл ретте оларды, жеке жеке немесе бір корпуста үш кристалды бірге қолдануға болады.

4.14 суретте қызыл, жасыл, көк түсті светодиодтарды керекті шамада біріктіре отырып ақ жарықты алуға қажетті спектрлерік таралу тығыздығы көрсетілген.

Арзан және көп тараған ақ светодиод болып шалаөткізгішті InGaN кристалл структурасы болып табылады, ол беткі қабаты YAG негізінде әкелінген , 460...470 нм толқын ұзындығында тарататын, активті Ge3+ сары облысында көрінетін кең жолақты таратушы.

Сары люминаформен қапталған, көк кристалл арқылы ақ жарықтың алынуы 4.15 суретте көрсетілген.

Бұндай комбинацияны адамның көзі ақ түс ретінде қабылдайды.

Осындай светодиодтарға ұқсас үш кристалдыларға қарағанда арзанырақ, олардың айырмашылығы, түсті жақсы таратады, жарық таралуы бойынша қыздыру шамынан асып түсті.

Ақ жарықты алудың тағы бір түрі – ультрафиолетті спектр светодиоды арқылы үш қабатты люминафорды қоздыру.

4.16 суретте ақ жарықтың RGB-люминофор және светодиод арқылы алынуы бейнеленген.

Светодиод кристалы – жарықтың нүктелік көзі, сондықтан да оның сыртқы қабаты ықшамдалған бола алады. Светодиод корпусының құрылысы оған шығысынды минималды жарық жоғалуын және артқы бөлігінде жарық фокусталуын қамтамасыз ету керек. Ең көп тараған светодиодтың құрылыс түрі ол- бес миллиметрлі корпус.

Luxeon III ақ светодиодының номиналды жарық беруі 0,7 А түзу тоқта 25лм/В, ал жарық ағыны 65лм тең.

Luxeon III шұылысы( Светоотдача) классикалық және галогенді шамдардан асып түседі, және жақын арада Lumileds Lighting 80...100 лм/В жарық беретін люминесенциялық шам шығаруды жоспарлауда.

5 бөлім

Когерентті сәуле шығару құралдары

5.1

Күшейтудiң физикалық негiзi және Лазер сәуле шығаруыдың негізі

Лазер – сәуле шығарудың өндіргіші, кеңістік пен уақыт мезетіндегі когкркнтті шама, мәжбүрлі сәуле шығаруға негізделген құрал. Мәжбүрлі сәуле шығару келесідей болады. Атомдардың сыртқ қоздырылған фотондар әсер еткендіктен ,атом тағы бір фотон шығаратын энергетикалық күйге ауысады. Активті қоздырылған атомдарда өзінен өтетін сәуленің қозуы әбден мүмкін, егер де фотондар мәжбүрлі сәуле шығарудың шығынынан асып түссе, ол жұтылу мен таралу арқылы түсіндіріледі. Оптикалық сәулеленудің күшеюі, мәжбүрлі сәулеленуге негізделген, ол лазерлі күшею ретінде белгілі.

Сыртқы энергия әсерінен Ен электрондардың бір бөлігі Е1 тепе теңдікті бұзып, жоғарғы деңгейге ауысып, содан кейін қозу деңгейіне Е2 көшеді . 5.1 сурет

5.1 Сурет лазердегі кванттық ауысу

Е2 деңгейінің Е1 деңгейіне ауысуы толқын ұзындығының фотондар шығаруымен бiрге.

жүредi

Мұндағы λ- микрометрмен өрнектелген, Е-электрон вольт шамасында.

Электрондардың Е₂ деңгейден Е₁ деңгейге ауысуы әртүрлі болуы мүмкін. Тіпті жоспарсыз ауысуда болуы мүмкін, онда векторлардың сәуле шығару немесе бағыттау кезінде поляризацияланған фотондар мәні кездейсоқ, ал қорытынды ағыны орташа статистикалық параметрмен сипатталады. Осындай қоздырылған бірқалыпты атомдардың сәуле шығаруы когерентті емес сәуле шығардың пайда болуына әкеледі.

Жоспарсыз ауысумен бірге мәжбүрлі Е₂ ден Е₁ қарай электрондардың ауысуы да болуы мүмкін. Бұл ауысулар мәжбүрлі электрондар ауысуының әрекетімен байланысты, ондағы фотондар шығарылғандар мен шақырылған фотондардан еш айырмашылығы жоқ. Бұндай когерентті сәуле шығаруды мәжбүрлі деп атайды.

Сонымен, мәжбүрлі сәуле шығару дегеніміз- ол бағыт бойымен дәл келетін өткелдердегі мәжбүрлі сәуле шығару әсерінен, жиілігі, фазасы, мәжбүрлі поляризация әсерінен пайда болатын когерентті электромагнитті сәуле шығару процесін айтамыз. Ерiксiз сәуле шығарудың күшейту шарттын анықтайық. Генерациялау немесе күшейту кезінде қолданылатын энергиялар, лазер деңгейі деп аталады. Сәйкесінше зона мен лазер деңгейі арасында – лазерлі ауысу пайда болады, ол 5.1 формуладағы толқын ұзындығы арқылы өрнектеледі. Е2 ден Е1 дейін лазердің ауысуында Е2 ден Е1 ге жоспарсыз ауысу пайда болады және де Е1 ауысу кезінде сәуле шығарудың жұтуына әкелетін энергетикалық күй пайда болады.

Лазерлік күшею тек, лазерлік ауысу саны, ерiксiз көндiретiн сәуле шығарудың жұтуға қатысты, жоспарсыз ауысу санынан көп болған жағдайда ғана мүмкін. Δt уақыт мезетіндегі лазерлік ауысуды былый өрнектесе болады:

В₂₁- лазердің өту ықтималдығы, Евын- сәуле шығарудың мәжбүрлеу энергиясы, N2- Е2 күйдегі атомдардың концентрациялау коэффициенті.

Е2 ден Е1 мәжбүрлі ауысулар еріксіз пайда болады және пайдалы лазер сәуле шығару қатыспайды. Мәжбүрлі ауысуларды бірінші жуықтауда былай өрнектеуге болады:

А₂₁- Е2 ден Е1 мәжбүрлі ауысу.

Кванттық ауысулардың , мәжбүрлі жұтылуға әкелетін сәуле шығару түрі былай анықталады:

В12- сәуле шығарудың кванттық ауысудың жұту ықтималдығы , N1-Е1. Күйдегі атомдар концентрациясы.

Бірінші теңдіктен B21 = B12 = B екенін ескере отырып , лазердегі сәуле шығарудың күшеюін мына түрде аламыз

Жоспарсыз төменгі деңгейде сәуле шығаруда лазер мына шарттарға ие болады:

ВЕ_вын(N2 – N1) >0 немесе ΔN = (N2 – N1) > 0.

Инжекцияланған тасмалдағыш зарядтарда, газдардың разрядталуында, оптикалық немесе электрлік қозуда- тепе теңдік күйі N2 > N1 мен лазерлік күшею тек сыртқы әсер негізінде ғана пайда болады.

Сонымен, лазерлік күшею , мәжбірлеуші лазлік күшею,жұтылуға қарағанда лазердің ауысуынан энергияны көп алады.

Лазерлік күшеюдің эффективтілігі лазерлік ауысуға байланысты екенін көреміз, оның шамасы үлкен болған сайын күшеюдің шамасы өседі. Шалаөткізгіштерде лазерлік ауысу мен энергетикалық тығыздыұтың шамасы лазерде жартылай өткізгішті лазерлік күшею алғанға мүмкіндік береді. Қатты және газдалған лазерлерде изоляцияланған ионды шалаөткізгішті прибор қолданылады, атомдар мен молекулалар өзара дискретті. Ондағы күшею шалаөткізгішті лазерлерге қарағанда төмен болғандықтан сәйкесінше көлемі де аз болады.

Үлкен лазерлердің энергия көлемін көбейту үшін Больцман статистикасына бағынатын термодинамикалық тепе теңдік заңы қолданылады:

бұндағы N₂ – атомдардың қозуы (E₂ жағыдайында), N₁ атомдардың қозуы(E₁ жағыдайында). Сонымен қатар:

дю

егер қозған атомдар қозбаған атомдар концентрациясынан аз болса онда лазерде қалыпты режим пайда болады. Әр элемент бірдей жағыдайда болып, күшею мүмкін емес болады.

Егер болса онда энергияның жиналуы пайда боп, шыққан сәуле қозған атомдар есебінен инверсия пайда болады.

Инверсия болған орта активті орта деп те аталады. Сонымен, мәжбүрлі күшею немесе лазерлік күшею, біріншіден аумақты инверсияы қажет етсе, екіншіден, өздігінен таралуды бәсеңдетуді талап етед. Минималды энергия толтыру деңгйі , инверсия бастамасы деп аталады.

5.2.