1. Источники некогерентного оптического излучения (1,9 п. Л.)

1.1. Основные термины и определения

Источник излучения - это объект естественного или искусственного происхождения (в последнем случае это прибор или устройство), в котором выделяющаяся в нем или подводимая к нему извне любого вида энергия преобразуется в энергию излучения.

Излучение всегда является следствием изменения энергетического состояния излучателя: в рамках классической электродинамики излучение возникает при неравномерном движении электрических зарядов; в квантовой теории излучение фотонов происходит при переходах электронов из верхних в нижние энергетические состояния, характеризующие отдельные частицы (атомы, ионы) или совокупности частиц (плазму, твердое тело).

В зависимости от вида энергии возбуждения, способов и условий ее сообщения излучателю и происходящих в нем процессов различают тепловое и люминесцентное излучения.

Тепловое (температурное) излучение – это результат превращения в энергию излучения тепловой энергии микрочастиц излучающего тела, которое не испытывает при излучении никаких изменений кроме изменения теплового состояния. Поскольку главный фактор, который определяет излучение теплового источника, - это температура, являющаяся характеристикой среднего значения кинетической энергии теплового хаотического движения всех микрочастиц излучающего тела, то в отсутствие восполнения извне излученной энергии тепловой источник должен охлаждаться. Таким образом, тепловое излучение наблюдается тогда, когда в нем участвует столь большое число частиц, что к ним применимы статистические понятия теплового состояния и температуры.

К основным естественным и искусственным тепловым источникам излучения относятся: Солнце, Земля, атмосфера, любой объект, температура которого больше абсолютного нуля: абсолютно черное тело (АЧТ), лампы накаливания, различные слабонагретые излучатели, источники с интенсивным дуговым разрядом.

Люминесцентное излучение – это неравновесное некогерентное излучение, избыточное над тепловым излучением тела при данной температуре и продолжающееся значительно дольше периода световых колебаний¹.

В отличие от теплового излучения люминесценция является результатом локального возбуждения микрочастиц тела (центров люминесценции) за счет внешней энергии. В зависимости от вида сообщаемой энергии (или способа ее сообщения) различают следующие виды люминесценции:

1. фотолюминесценцию, возбуждаемую действием электромагнитного излучения;

2. катодолюминесценцию, происходящую под действием кинетической энергии заряженных частиц;

3. электролюминесценцию, возбуждаемую энергией электрического поля,

а также менее распространенные виды: радиолюминесценцию, хемилюминесценцию, триболюминесценцию и биолюминесценцию [1.1].

Поскольку от начала возбуждения до возникновения люминесценции в возбужденной среде могут происходить различные промежуточные процессы передачи и распределения энергии возбуждения, то спектр люминесценции из-за превращения части энергии возбуждения в тепло, как правило, сдвинут в сторону длинных волн по отношению к спектру возбуждающего излучения (правило Стокса). С заметно меньшей вероятностью может наблюдаться и антистоксовый сдвиг, обусловленный передачей люминесцирующему центру ранее рассеянной энергии возбуждения.

К широко распространенным источникам люминесцентного излучения относятся:

1. люминесцентные лампы (ЛЛ), в которых коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение разряда преобразуется в видимое излучение слоем люминофора, находящегося на внутренней поверхности баллона лампы [1.2]; последней по времени модификацией люминесцентных ламп являются так называемые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) (или иначе – энергосберегающие лампы), предусматривающие возможность их установки на место ламп накаливания);

2. электролюминесцентные порошковые или пленочные полупроводниковые излучатели (электролюминесцентные конденсаторы), преобразующие энергию переменного или постоянного электрического поля в энергию видимого излучения посредством электростатической или ударной ионизации;

3. люминесцентные инжекционные излучающие диоды (в инфракрасной области спектра) или светодиоды (в видимой области спектра), основанные на инжекции носителей заряда через электронно-дырочный переход в активную область диода и последующей их межзонной излучательной рекомбинации с носителями противоположного знака.