Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Г) импульсные газоразрядные ИИ



Обычно питаются от конденсатора. Характеризуется энергией излучения и частотой вспышек. Длительность импульса – 30 сек. Спектр излучения – сплошной и соответствует Тцв – 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.

 

       
   
 


n
-

+

 

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.

Imax = 10 до сотен мА.

 

Высокое быстродействие. Fв до 108 Гц.

В импульсном режиме Imax 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.


               
   
 
   
 
 
   

 

 


 

 
 
t

 


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). lmax = 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.

Е2

Е1

                               
   
       
 
   
 
 
   
 
     
       
 
 
 

 

 


Второй фотон точная копия 1.

 
 
Вынужденное излучение

 


Система накачки

 

 

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: tи – длительность импульса, Ри max – максимальная мощность в импульсе.

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

- q - расходимость (индикатриса излучения)

- Fч – 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

Uпит (постоянное и переменное

Ua = 2кВ,

Ιа = 50мА,

Ρвых =10мВт,

КПД ~ 0,01%.

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

 

υ1 > υ2

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 Рвых ~ единицы Вт, КПД ~ 0,1%.

В импульсном режиме Рвых – единицы кВт.

 

в) Молекулярные лазеры (СО2).

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

Рабочие уровни – колебательные уровни молекул СО2. Материалы окон – прозрачные для ИК: германий, арсенид галлия и др.

Рвых 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

 


       
   
 
 

 


Е3
Рубин: Хром ~

Е2
КПД ~ 2% Рген ~ 1Вт

ИАГ: неодим ~ 3%

КПД ~ 2% Рвых ~ 10÷200Вт

 
 
~ hn

 


 

 
 

 


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

 
 

 


Р
+

       
 
   
 


 

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.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.