Г) импульсные газоразрядные ИИ

Обычно питаются от конденсатора. Характеризуется энергией излучения и частотой вспышек. Длительность импульса – 30 сек. Спектр излучения – сплошной и соответствует Т_цв – 6000 К. Поджиг лампы через импульсный трансформатор. Управление поджигом – с помощью тиристора. Тип ИСШ.

И – импульсные, 2-я буква Ф – фотоосветители, С – стробоскопия, 3-я буква – форма светового тела или колбы, К – компактные , Ц – цилиндрические , Б – кольцевая, Т – трубчатая, Ш – шаровая.

д) Лампы тлеющего разряда.

Рекламные. Индикаторные (неонки).

4. Полупроводниковые ИИ.

а) Светодиоды

Зона проводимости

+

ΔЕ (запрещенная зона)

Валентная зона ─

Рис. 10.

+

─

Рис. 11.

Инжекция носителей тока через P – n переход и последующая их рекомбинация с выделением энергии.

Материалы – сложные полупроводниковые соединения, основой которых является галлий, мышьяк, карбид кремния и другие.

Арсенид галлия (GaAs), легированный Zn, Fe;

Фосфид галлия, легированный Zn, Fe, O₂;

Карбид кремния, легированный N

Антимонид галлия (GaSb)

Рис. 12

S – несколько мм². Излучение чаще через n – область. Излучаемая мощность сильно падает с ростом температуры. Есть: зеленый, желтый, красный, ИК.

Спектральные характеристики.

Рис.13.

Линейна до перегрева.

I_max = 10 до сотен мА.

Высокое быстродействие. F_в до 10⁸ Гц.

В импульсном режиме I_max до единиц А. При этом яркость до 10⁴ кд/м²

Рис. 15.

Б) Люминофоры (электролюминесцентные ИИ, фосфоры).

1

2

3

4

5

1.Металлический электрод

2.Защитный слой

3.Электролюминофор

4.Прозрачный электрод

5.Стеклянная подложка

Обычно из порошковых материалов: ZnS, ZnSe, CdSe, и др. Силикаты цинка и кадмия, фосфаты и вольфраматы кальция и др. Максимумы излучения 0,45;0,5;0,6 мкм.

Рис.18.

Бывают в виде тонких сублимированных пленок. Недостатки: малая яркость свечения и малая разрешающая способность.

Люминофорами покрывают экраны электронно-лучевых приборов (трубки, ЭОПы). ЭЛТ иногда используют как ИИ.

Рис. 20

Естественные ИИ

А) Солнце

Температура ~ 6000 К. Излучение близко к Ч.Т. 40% - видимое, 50% ИК, остальное УФ и рентген.

0,5 1,0 1,5 2,0

Рис.21.

Энергетическая освещенность 1350 Вт/м². Яркость - 2×10⁹ кд/м². Освещенность (выше атмосферы) – 135,000 лк.. Общий поток излучения – 10²⁶ Вт.

б) Луна и планеты.

Температура 220 – 400 К (Венера – 430). l_max = 7 – 20 мкм.. Полная луна 0,5 лк.

в) Звезды (астроориентация и астронавигация).

Звезды	Полушарие Т	Освещенность
Вега	С 11,200	-10-6лк
Сириус	Ю 11,200	10-5лк
a - Креста	Ю 22,500	10-6лк

г) Небо и облака.

Рассеянный свет ясного неба - 30% от прямой солнечной засветки.

Яркость ночного неба в зените - 3×10^-4 кд/м²

Редко встречающиеся серебристые облака – 1 кд/м²

д) Полярные сияния.

На высотах - 100км. Яркость до 0,2 кд/м²

V. Источники когерентного излучения.

1) Принцип работы лазера.

Light

Amplification by

Stimulated LASER(Microwave – MASER)

Emission of

Radiation

1916 – Эйнштейн предсказал

1939 – Фабирант начал работы

1951 – В.А. Фабрикант подал заявку на изобретение на способ (опубликовано в 1959г., диплом на открытие 1964)

1954 – Мазер, 1960 – рубиновый и газовый лазеры,

1962 – полупроводниковый лазер. 1964 – Басов, Прохоров, Таунс – Нобелевская премия.

Модель Нильса Бора.

Второй фотон точная копия 1.

Накачки:

- Электрическая (газовый разряд), инжекция электронов и дырок.

- Оптическая

- Химическая, ядерная

- Газодинамическая

- Электронным пучком

- Ударная ионизация.

Трехуровневая схема:

Рис.24.

За счет t₂ создается инверсная населенность на уровне Е₂, т.е. n₂>n₁

При включении вначале – спонтанное излучение. При достижении инверсной населенности (заселенности) – вынужденное излучение. В преимущественном положении – излучение вдоль оси.

Степень монохроматичности до m ~ 10^-10 (у лучших монохроматоров m ~ 10^-6)

Активная среда :

- Газообразная, газы и газовые смеси (газовые лазеры)

- Кристаллы и стекла с примесями определенных активаторов (твердотельные)

- Полупроводники (полупроводниковые)

- Растворы (жидкостные)

Характеристики:

- Энергия (Е) или мощность (Р) излучения. В импульсном режиме: t_и – длительность импульса, Р_{и max} – максимальная мощность в импульсе.

- l - длина волны, Dl - ширина контура спектральной линии.(за счет чего Доплер, неопределенность)

- q - расходимость (индикатриса излучения)

- F_ч – частота повторения импульсов.

Рис.25

Газовые лазеры

Газы и газовые смеси, смеси с парами металлов. Активными центрами могут быть:

- Нейтральные атомы. DЕ = 0,1¸2 'В. l = 10¸0,5 мкм (ИК и видимое). Гелий неоновый

- Ионы. DЕ = 2¸10'В. l = 0,5¸0,1 мкм (видимое и УФ). Аргон.

- Молекулы. Переходы происходят между колебательными и вращательными уровнями DЕ = 0,001¸0,1 'В. l = 10¸1000 мкм (ИК, СВЧ). СО₂.

Накачка: газоразрядная, газодинамическая, химическая.

Высокая оптическая однородность газа, прозрачность.

а) Гелий – неоновый лазер (атомарный)

l₁ и l₂ исключаются зеркалами, у которых высокий коэффициент отражения в видимой области и низкий в ИК, а также с помощью схемы – рис. 28.

Уровень 3 заполняется с 2-х сторон.

		Ða - угол Брюстера

Рис. 27

U_пит (постоянное и переменное

U_a = 2кВ,

Ι_а = 50мА,

Ρ_вых =10мВт,

КПД ~ 0,01%.

Высокая монохроматичность на λ₃ (Δλ ~ 10^-6А).

υ₁ > υ₂

Рис. 28

б) Ионные лазеры (аргон, криптон, ксенон).

Аргоновый – накачка дуговым разрядом. Применяют термостойкие материалы и водяное охлаждение. Высокая концентрация ионов. Ионы движутся к аноду и там давление повышается. Для выравнивания – обводная трубка. Работают в непрерывном и импульсном режимах. Основная мощность на l₁ = 0,488 и l₂ = 0,514мкм (всего 8-10 спектр. линий).

В непрерывном режиме Р_вых ~ единицы Вт, КПД ~ 0,1%.

В импульсном режиме Р_вых – единицы кВт.

в) Молекулярные лазеры (СО₂).

l = 10,6мкм. Активная среда – смесь СО₂, N₂, Не. Р – несколько сот Па.

Рабочие уровни – колебательные уровни молекул СО_2. Материалы окон – прозрачные для ИК: германий, арсенид галлия и др.

Р_вых до 100Вт в непрерывном режиме. В импульсном – до 10⁶Вт. КПД до 20% (большое время жизни метастабильного уровня до 10^-1с. Используется в основном ля обработки материалов.

При интенсивности луча ~ 10⁶ – 10⁷Вт/см² – испарение (кипение) материала.

Сварка металлов – 10⁵ Вт/см²

Резка металлов - 10⁷Вт/см²

Пробивание отверстий - 10⁹Вт/см²

3. Твердотельные лазеры.

- Синтетический рубин: Al₂O₃ активированный хромом l = 0,69мкм.

- Стекло с добавлением неодима l = 1,068мкм

- Алюмоиттриевый гранат l = 1,06мкм (добавление неодима)

Накачка только оптическая.

Рис. 29

ИАГ: неодим ~ 3%

КПД ~ 2% Р_вых ~ 10÷200Вт

4. Жидкостные лазеры.

Сочетают преимущества твердотельных и газовых, возможность высокой концентрации активных центров и высокая оптическая однородность.

Среда: водные и спиртовые растворы органических красителей (редкоземельных элементов, хелаты).

Накачка только оптическая. Активная среда прокачивается (для предотвращения перегрева и замены активного вещества). Большая ширина спектр полосы позволяет регулировать l (Dn ~ 10¹³Гц).

Рис.31

5.Полупроводниковые лазеры.

Зона проводимости

Валентная зона

Рис. 32

Излучение возникает при рекомбинации электрона из зоны проводимости и дырки из валентной зоны. Отдаваемая энергия может быть излучена в виде фотона ΔE=hv. Инверсная населенность: число электронов в ЗП превышает число электронов в ВЗ.

Активной средой является р-н переход. Электроны заполняют состояния, примыкающие к нижнему краю ЗП, дырки – состояния, примыкающие к верхнему краю ВЗ.

GaAs - l = 0,84, CdS - l = 0,495мкм (при нормальной температуре).

PbSe - l = 8,5мкм

−

Рис.33

Арсениды галлия, индия. Селениды галлия, кадмия, свинца. Антимониды галлия, индия. Фосфиды, теллуриды.

4 способа накачки:

1- Инжекция электронов и дырок через р-н-переход (токовая накачка).

2-Оптическая накачка – редко, т.к. Полупроводник имеет большой коэффициент поглощения.

3-Накачка электронным пучком. Пучок электронов с Е ³ 20кЭв направляется на р-н переход (но не >300 кЭв).

4-Ударная ионизация. Между двумя областями – тонкий слой с высоким сопротивлением. При определенном напряжении слой пробивается и появляются лишние носители тока.

Поиск по сайту: