Навигация
Теплові і газоразрядні джерела випромінювання. Світлодіоди
17181
знак
1
таблица
0
изображений
2. Теплові і газоразрядні джерела випромінювання. Світлодіоди
З фізичної точки зору будь-яке тіло, що здатне випромінювати енергію навкруги, можна назвати джерелом випромінювання. Всі існуючі джерела випромінювання можна розділити на дві групи: штучні і природні, які в свою чергу класифікуються або за фізичною природою випромінювання, або за призначенням.
До природних джерел випромінювання відносяться Сонце, Місяць, планети, зірки, поверхня Землі, хмари, атмосфера. Природні джерела, випромінювання яких не можна регулювати, як правило, використовуються в системах пасивного типу або для наукових досліджень. Крім того, їх випромінювання є фоном, що створює перешкоди при роботі оптико-електронних приладів.
Найбільше практичне значення мають штучні джерела випромінювання, які можна розділити на технічні і зразкові (модель чорного тіла, порожнисті випромінювачі, імітатори випромінювання). До основних технічних джерел відносяться теплові (температурні), люмінесцентні, змішаного випромінювання і лазери.
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 розжарювання використовують 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.
Штифт Нердста – 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.
Силитовий випромінювач, 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 лампи високої 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 лампи володіють 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 лампи мають 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.
Похожие работы
... електронного пристрою, то для порівняння різних приймачів поріг чутливості нормують, приводячи до одиничної площі і одиничної смуги пропущення: . На практиці для порівняння приймачів випромінювання використовують характеристику , зворотну , звану виявленою здатністю: . Інерційні властивості приймача характеризуються постійною часу і частотною характеристикою. Постійною часу приймача ...
... Відповідно до технічного завдання до дипломного проекту потрібно спроектувати високошвидкісну волоконно-оптичну лінію внутрішньозонового зв'язку, що повинна з'єднати за кільцевою схемою міста: Одеса, Біляївка,Б.Дністровський,Татарбунари,Кілія,Ізмаїл,Рені,Болград,Арциз,ТарутинеСарата( Одеської області) Схема представлена на малюнку 2.4. Частина території одеської області, по якій буде проходити ...
... тільки оптичні кабелі. Вже закінчується будівництво міжнародної ВОЛЗ “Схід”, що проходить по території України. Для цієї ВОЛЗ використовується сучасна система передачі п’ятіркової синхронної цифрової ієрархії. Волоконно-оптичною системою передачі називається сукупність активних та пасивних пристроїв, призначених для передачі інформації на відстань по оптичних волокнах (ОВ) інакше –волоконних ...
... РВФ. Будь-яка перешкода, що порушує масоперенос, дає помилку в показаннях ВОС. На рис.3.3 показана схема роботи необоротного оптрода на кисень. Рис.3.3. Схема роботи необоротного волоконно-оптичного сенсора на кисень. Обумовлений компонент дифундує через селективну мембрану з відповідним розміром пор у порожнину, що містить іммобілізований флуоресціюючий барвник. Його світіння гаситься в ...
0 комментариев