 |
Параметры оптического излучения
|
|
|
|
Параметры оптического излучения, а также их определения, расчетные формулы, единицы величин и обозначения сведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Энергетические и световые параметры оптического излучения
| Энергетические параметры | Определение | Формула | Световые параметры | ||
| Название и обозначение | Единица измерения | Название и обозначение | Единица измерения | ||
| Поток излучения Фе | Вт | Скорость переноса энергии излучения | 
| Световой поток ФV | лм |
| Сила излучения Iе | Вт/ср | Поток в единице телесного угла | 
| Сила света I V | кд = лм/ср |
| Энергетическая светимость (излучательность) Мe | Вт/м2 | Поток с единицы площади излучающей поверхности | 
| Светимость МV | лм/м2 |
| Энергетическая яркость Le | Вт/(ср×м2) | Поток в единице телесного угла, отнесенный к площади излучающей поверхности под углом относительно нормали к ней | 
| Яркость LV | кд/м2 = лм/(ср×м2) |
| Энергетическая освещенность (облученность) Ее | Вт/м2 | Поток на единицу площади поверхности приемника излучения | 
| Освещен-ность ЕV | лк = лм/м2 |
Излучение в оптическом диапазоне может характеризоваться как волновыми, так и корпускулярными категориями и параметрами и может быть представлено в виде потока фотонов. Энергия каждого фотона определяется соотношением
, (2.80)
где h – постоянная Планка, равная 4,13×10-15 эВ×с;
с – скорость света в вакууме, равная 3×108 м/с;
n – показатель преломления оптической среды;
n, l – частота колебаний, Гц, и длина волны, м, оптического излучения.
Пусть в единицу времени через единичную площадь проходит Nф фотонов. Тогда поток излучения Ф определяется выражением
|
|
|
, (2.81)
где S – площадь.
Поток излучения при заданном Nф тем больше, чем короче длина волны излучения. Полезно выразить число фотонов через энергетические параметры излучения
, (2.82)
где Nф измеряется в l/(м2×c); l - в мкм; Ф/S - в Вт/м2.
Тестовые вопросы к главе 2 «Физические основы оптоэлектроники»
2.1. Какой длине волны соответствует максимальная чувствительность глаза:
| а) 0,41 мкм; б) 0,56 мкм; в) 0,63 мм; г) 0,72 мм. |
2.2. Какой длине волны соответствует минимальная чувствительность глаза в области близкой к ультрафиолетовому излучению:
| а) 0,4 мкм; |
б) 0,45 мкм;
в) 0,5 мкм;
г) 0,6 мкм
2.3. Какой длине волны соответствует минимальная чувствительность глаза в области близкой к инфракрасному излучению:
| а) 0,72 мкм; |
б) 0,62 мкм;
в) 0,55 мкм;
г) 0,5 мкм.
2.4. Какой из материалов относится к непрямозонным материалам:
| а) ZnSe; |
б) GaP;
в) GaN;
г) CdS.
2.5. Какие из пар материалов позволяют создавать гетеро оптоэлектронные приборы:
| а) Ge – Ge; б) Si – Si; в) GaAs – GaAlAs; г) GaAs – GaAs. |
2.6. Какой механизм генерации излучения реализуется в полупроводниках:
а) эффект термоэлектронной эмиссии;
б) эффект генерации электронно-дырочных пар;
в) эффект рекомбинации;
г) эффект фотолюминесценции.
2.7. Какие из указанных материалов пригодны для изготовления излучающих приборов:
| а) Ge; б) Si; в) Cu; г) GaP. |
2.8. Какие из указанных материалов пригодны для изготовления фотоприемников:
| а) Аl; б) Аu; в) Ge; г) Si. |
2.9. Материалы с какой шириной запрещенной зоны используются для изготовления оптоэлектронных приборов видимой области спектра:
| а) EG = 0,1 эВ; б) EG = 1,5 эВ; в) EG = 3,5 эВ; г) EG = 6 эВ. |
2.10. Какая из составляющих общего тока р-n - перехода обеспечивает инжекционную электролюминесценцию:
а) обратный ток р-n – перехода;
|
|
|
б) прямой ток р-n – перехода;
в) туннельный ток;
г) ток утечки по поверхности р-n – перехода.
ПРИБОРЫ НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Источники света
Разновидности источников
В прошлом к источникам искусственного света для бытового освещения и промышленного оборудования относили электрические лампы накаливания, люминесцентные лампы, газоразрядные источники света, наполненные парами, и неоновые лампы.
Излучение этих источников лежит в широком диапазоне длин волн спектра, значительная часть которого выходит за пределы видимой области. Достижения полупроводниковой электроники за последнее десятилетие позволяют включить в этот перечень новые источники света – светодиоды (СД). Отличительной особенностью этих полупроводниковых приборов является то, что создаваемое ими излучение лежит в весьма узком спектральном диапазоне [30] (в соответствии с рис. 3.1). В таблице 4.1 приведены используемые в оптоэлектронике единицы измерения длин волн l. Наиболее распространенной среди них является нанометр.
Рис. 3.1. Нормализованные спектры некоторых источников излучения: 1 – зеленый СИД, 2 – желтый СИД, 3 – красный СИД, 4 – инфракрасный СИД, 5 – лампа накаливания с вольфрамовой нитью, температура 2500 К, 6 – лампа накаливания с вольфрамовой нитью, температура 3400 К, 7 – неоновая лампа
Согласно теории проводимости твердого тела, при прохождении тока через p-n-переход в результате рекомбинации дырок или электронов с носителями заряда противоположного знака всегда выделяется световая (фотоны) или тепловая (фононы) энергия.
Таблица 3.1 – Единицы измерения длин волн
| Наименование | Обозначение | Значение, м | Эквивалент |
| Микрон Нанометр Ангстрем | мкм нм А | 1 × 10-6 1 × 10-9 1 × 10-10 | 1 мкм = 1000 нм 1 мкм = 10000 А 1 нм = 10 А 1 А = 0,1 нм |
Одним из положений квантовой теории является то, что в твердых кристаллах электроны могут иметь только определенную энергию; запрещенная энергетическая зона представляет собой промежуток между верхом валентной зоны и дном зоны проводимости. Эта зона характеризует полупроводник, а ее ширина, выраженная в электрон-вольтах (эВ), определяет длину волны испускаемого излучения. Проведенный изготовителями анализ различных полупроводниковых материалов с точки зрения их пригодности для изготовления светодиодов по таким параметрам, как длина волны, эффективность преобразования энергии и легкость легирования, позволил остановить выбор на арсениде галлия (GaAs), фосфиде галлия (GaP) и соединении (GaAsP).
|
|
|
|
|
|
