Контрольная работа: Джерела і приймачі оптичного випромінювання

Теплові джерела. Випромінювання цих джерел підкоряється законам теплового випромінювання. Типовими представниками теплових джерел є електричні лампи розжарювання, штифт Нернста, силитовий випромінювач, моделі чорного тіла.

Електричні лампи розжарюваннявикористовують як джерела випромінювання в інфрачервоній і видимій областях спектра. Джерелом випромінювання в електричних лампах розжарювання служить нитка з тугоплавкого чистого металу або тугоплавких з'єднань металу. Матеріал тіла напруження повинен мати високу температуру плавлення, мінімальну швидкість випаровування і необхідну спектральну характеристику випромінювання. З чистих металів цим вимогам найбільш повно задовольняє вольфрам (температура плавлення ). З тугоплавких з'єднань найбільш придатний карбід тантала. Широке застосування ламп розжарювання пояснюється можливістю їх включення в мережу живлення без додаткових пристроїв, суцільним спектром випромінювання, відпрацьованою технологією виготовлення в широкому діапазоні потужностей, малою вартістю і високою надійністю.

Лампи розжарювання характеризуються температурою тіла напруження, яскравістю, світловим потоком, світловою віддачею, споживаною потужністю і робочим напруженням. Світлові і енергетичні параметри ламп розжарювання визначає температура тіла напруження. Економічність роботи лампи характеризується світловою віддачею, що визначається відношенням світлового потоку до загальної потужності випромінювання. У цей час випускаються Лампи розжарювання самого різного призначення для різних Областей застосування. Позначення ламп має таку структуру: де 1 – буквене позначення (ОП – оптична, ІЧ – інфрачервона з кремнієвим вікном, Г – галогенна, М – малогабаритна, К – кіноапаратурна і т.д.); 2 – напруження живлення у вольтах; 3 – електрична потужність у ватах; 4 – відмінність від базової моделі.

Кіноапаратурні лампи призначені для використання у звукозаписній, звуковідтворюючій, проекційній і копіювальній апаратурі. Для малоформатних діапроекторів застосовують лампи марок До 127–100, До 127–300, К220–300, а для 8- і 16-міліметрових кінопроекторів К16–90, К16–90–1, К21–500. Докладні відомості про характеристики і габаритні розміри наводяться в каталогах.

ШтифтНердста – це джерело інфрачервоного випромінювання, яке широко використовується в спектрометрії і лабораторній практиці. Перевагою цього джерела є широкий спектр випромінювання і великий термін служби. Штифт являє собою циліндричний стержень (або трубку), спресований з тугоплавких оксидів: окисел цирконія (85%) з домішками оксидів рідкоземельних або інших елементів (15%). Довжина штифта біля 30 мм, діаметр 1–3 мм. Необхідне напруження постійного або змінного струму біля 100 В при амперажі 0,25–1 А. Для підведення струму служать платинові електроди. При температурі 1700 К штифт випромінює селективно в областях 1,6–2,4 і 5,5–6 мкм. У області понад 7 мкм його випромінювання можна вважати сірим.

Силитовийвипромінювач, що являє собою стержень з карбіду кремнію і званого іноді силитом або глобаром, широко застосовується як джерело інфрачервоного випромінювання середньохвильового діапазону. У залежності від призначення стержні виготовляють різних розмірів: найменші – діаметром 8 мм і довжиною 25 см, найбільші – діаметром 3,5 см і довжиною 1 м. Для нагрівання стержнів до них підводиться постійний або змінний струм з напруженням до 100 В. Звичайна робоча температура стержня 1250–1350 К.

Газорозрядні джерела. Випромінювання оптичного діапазону в джерелах цього типу виникає внаслідок електричного розряду в атмосфері інертних газів, пар металів або їх сумішей. Газорозрядні джерела характеризуються лінійчатим або смуговим спектром і називаються газорозрядними лампами. Стисло розглянемо деякі типи газорозрядних ламп.

Ртутні і ксенонові дугові лампивисокої інтенсивності є могутніми джерелами і придатні для систем телекомунікації, інфрачервоних прожекторів і маяків далекої дії. Вони складаються з масивних вольфрамових електродів, упаяних в товсту кварцову колбу, наповнену парами ртуті і ксенону при тиску біля 200 кПа. Додання ксенону скорочує час розгорання лампи. Спектр випромінювання цих ламп лежить у межах від ближньої ультрафіолетової до ближньої інфрачервоної області. Потужність ламп досягає 1 кВт при амперажі 50 А.

Цезієві дугові лампиволодіють сильним випромінюванням в найближчій інфрачервоній області спектра з смугами випромінювання при 0,852 і 0,894 мкм. До достоїнств цезієвих ламп, в яких випромінювачем є пари цезія, потрібно віднести великий термін служби і можливість модуляції на звукових частотах.

Цирконієві дугові лампимають дуже високу яскравість і широко використовуються в інфрачервоній мікроскопії. Особливістю цирконієвої лампи є одночасне випромінювання суцільного спектра (до 1 мкм) і лінійчатого (в області 0,75 0,85 мкм). Включається лампа вмить і в процесі роботи не вимагає регулювання. Випускається великий набір спектральних ламп типів ДРС50 (дугова ртутна спектральна типу 50), ДРШ, ДРТ, які знаходять широке застосування в світлотехніці, спектроскопії і т.д. Параметри і характеристики ламп визначаються ГОСТом.

Світлодіоди. У світлодіодах використовується явище електролюмінісценції, що виникає при пропущенні струму в прямому напрямі через -перехід. Властивістю випромінювати в оптичному діапазоні спектра володіють деякі складні напівпровідникові з'єднання, основою яких є галій, миш'як, карбід кремнію, що служить початковим матеріалом для виготовлення світлодіодів. У цей час головними матеріалами для світлодіодів служать GaAs, GaP, GaAsP, GaInP. При подачі на -перехід прямого напруження (рис. 2) виникає інжекція неосновних носіїв заряду через перехід. Внаслідок їх подальшої рекомбінації з основними носіями виділяється енергія оптичного діапазону. Рекомбінаційне випромінювання в світлодіоді генерується в шарі, прилеглому до межі розділу -напівпровідників, і виводиться назовні звичайно через -область. Площа випромінюючої поверхні не перевищує декількох квадратних міліметрів. Схематичний пристрій світлодіода з плоскою і півсферичною випромінюючими поверхнями зображений на рис. 2. Для світлодіодів характерна висока щільність спектрально-енергетичної яскравості. Основна частина випромінювання доводиться на спектральний інтервал , шириною 40–100 нм. Довжина хвилі випромінювання визначається енергетичною шириною зон напівпровідника, частіше за все шириною забороненої зони ().

Істотною перевагою світлодіода є їх швидкодія, що дозволяє реалізувати імпульсний режим роботи і отримати короткі світлові імпульси тривалістю не більше за 10 нс з частотою повторення до 10⁸ Гц. Випромінювання світлодіодів ненаправлене, тому для його концентрації в певному напрямі використовують зовнішні фокусуючі лінзи або відображаючі покриття, які наносять безпосередньо на кристал напівпровідника. Докладні відомості про параметри різних світлодіодів наведені у відповідній літературі.

Найбільш істотними недоліками світлодіодів є розкид характеристик від зразка до зразка і їх залежність від температури. Світлодіоди володіють малими розмірами, підвищеною економічністю, великим терміном служби, стійкістю до механічних впливів, високою швидкодією, що дозволяють здійснювати модуляцію випромінювання шляхом зміни струму живлення.

Позитивні властивості світлодіодів сприяють успішному їх застосуванню як твердотільні цифрові індикатори, в пристроях оптичного зв'язку, оптико-електронних приладах і т.д.

3. Лазери

Радянські вчені Н.Г. Басов, А.М. Прохоров, а також американський вчений Ч. Таунс в 1964 р. були удостоєні Нобелівської премії з фізики за фундаментальні дослідження в області квантової електроніки, які послужили базою для створення принципово нових джерел випромінювання лазерів.

Лазер оснований на використанні так званого стимульованого випромінювання, яке виникає при виконанні особливих умов в квантових системах. Властивості квантових систем визначаються енергетичним станом системи. Внутрішня енергія таких систем може приймати суворо певні дискретні значення. Одне з можливих значень енергії називається рівнем енергії. Перехід квантової системи з одного енергетичного стану в інше відбувається тільки стрибкоподібно і пов'язаний з випромінюванням або поглинанням енергії, яка може мати різні форми: електромагнітну, теплову або звукову. Переходи, внаслідок яких поглинається або випромінюється електромагнітна енергія, називаються оптичними. Для частки, що знаходиться в збудженому стані (на верхньому енергетичному рівні ), є імовірність того, що через деякий час вона перейде в стан з меншою енергією (на нижній рівень ) і відбудеться випромінювання фотона частоти , яка визначається енергією початкового і кінцевого станів:

,

де - постійна Планка.

Вплив зовнішнього електромагнітного поля на частоті переходу підвищує ймовірність такого переходу. Взаємодія зовнішнього фотона зі збудженою часткою викликає перехід частки в стан з меншою енергією, і при цьому випромінюється додатковий фотон . Фотон, що змушує (стимулюючий) перехід, і фотон, що випускається внаслідок переходу, не відрізняється один від одного. Вони мають однакову частоту, напрям поширення і фазу.

Таблиця 1 – Параметри лазерів

Тип	Назва і марка	Дов-жина хвилі гене-рації, нм	Режим роботи	Плос-кий кут ходи-мості	Потуж-ність або енергія генерації	Спеціальні дані
Газовий	Гелій-неоновий ЛГ-38 Азотний «Сигнал-2»	632,8 337	Безперервний Одномодовий « 1 2 3 4 » К-во Просмотров: 150 Бесплатно скачать Контрольная работа: Джерела і приймачі оптичного випромінювання >>> Скачать <<< Меню Поиск