Источники оптического излучения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Пассивные оптические компоненты включают в себя оптические соединители, розетки, шнуры, распределительные панели, кроссовые шкафы, соединительные муфты, оптические разветвители, аттенюаторы, системы спектрального уплотнения и т.д., то есть всё что необходимо для обеспечения передачи оптического сигнала по волоконно-оптическому кабелю от передатчика к приёмнику.

По мере роста сложности и увеличения протяжённости волоконно-оптической кабельной системы роль пассивных компонентов возрастает. Практически все системы волоконно-оптической связи, предназначенные для магистральных информационных сетей, локальных вычислительных сетей, а также для сетей кабельного телевидения, охватывают сразу всё многообразие пассивных волоконно-оптических компонентов

Источники оптического излучения

Формирование цифрового сигнала для передачи информации и его обратное преобразование при приеме осуществляются в стандартном оконечном оборудовании цифровой системы передачи каналогруппо-образования. Сформированный на передающей станции сигнал передается на приемную станцию в виде световой энергии через оборудование волоконно-оптического линейного тракта.

Преобразование электрических сигналов в оптические происходит в оптическом передающем устройстве. Основным его элементом является источник оптического излучения.

Оптическое передающее устройство является одним из важнейших элементов, обеспечивающих качественные показатели ЦВОЛП. Оно предназначено для преобразования электрических импульсов в оптические и состоит из источника излучения, схемы управления и узла оптического сопряжения.

Источник излучения, используемый в оптической системе передачи, должен удовлетворять ряду требований:

— иметь излучение на волне длиной, соответствующей минимуму затухания ОВ;

— эффективно преобразовывать электрический сигнал в оптический;

— иметь малый собственный шум, достаточно малую ширину спектра излучения, большой срок службы и высокую надежность;

— обеспечивать требуемые высокие линейность и скорость модуляции.

В наибольшей степени таким требованиям удовлетворяют источники излучения, построенные на основе светоизлучающих диодов и инжекционных лазерных диодов, рисунок 7.1.

Рисунок 7.1 – Виды источников излучения

Как светоизлучающие, так и лазерные диоды состоят из нескольких слоев полупроводниковых материалов, обладающих различными свойствами и образующих п-р переходы. Генерация излучения в таких структурах обусловлена рекомбинацией (перемещением) электронов и дырок под воздействием напряжения, приложенного к п-р переходу и смещающего его в прямом направлении. В результате этого в так называемой активной зоне, расположенной возле п-р перехода, образуются фотоны, распространяющиеся в различных направлениях.

Основными материалами, из которых изготавливаются СИД и ЛД, служат арсениды и фосфиды галия, индия и алюминия.

СИД, предназначенные для оптических систем передачи, имеют конструкцию, обеспечивающую вывод и распространение генерируемого излучения перпендикулярно плоскости п-р перехода, расположенного между слоями полупроводников с проводимостью различного типа. Важным при этом является эффективность ввода излучения СИД в ОВ. Ее можно увеличить сферической линзой, рисунок 7.2.

Существуют СИД, конструкция которых обеспечивает вывод генерируемого излучения параллельно поверхности п-р перехода, то есть через боковую грань устройства. Это позволяет уменьшить площадь излучающей поверхности, повысить эффективность ввода генерируемого излучения в ОВ. Такая конструкция хорошо приспособлена для работы с линзовым согласующим устройством. Однако в СИД с торцевым излучением труднее осуществить теплоотдачу, чем в СИД с поверхностным излучением.

Рисунок 7.2 - Структурная схема светоизлучающего диода

Одной из важнейших характеристик СИД является ватт-амперная характеристика, отражающая зависимость излучаемой мощности (Р) от тока смещения (инжекции) (I).

Другая важная характеристика СИД — ширина спектра излучения.

Инжекционные ЛД, используемые в оптических системах передачи, по устройству подобны СИД с торцевым излучением. Они также состоят из нескольких слоев полупроводниковых материалов с различными свойствами, рисунок 7.3.

Рисунок 7.3 - Структурная схема лазерного диода

Для создания эффекта лазерного (стимулированного) излучения необходимо:

— обеспечение достаточного усиления потока фотонов, образующихся в активной области полупроводникового лазера;

— создание резонансной структуры для поддержания вынужденного (стимулированного) излучения.

Первое условие выполняется благодаря соответствующему выбору тока смещения, а второе — ограничению активной зоны полупроводникового лазера полупрозрачными гранями, получающимися при сколе кристалла.

Мощность излучения, генерируемого ЛД, в значительной степени зависит от его температуры. Так, при повышении температуры ЛД от 20 до 40°С при постоянном токе смещения, превышающем пороговый ток, излучаемая им мощность снижается на 25%. Если ток смещения ЛД выбран близким к пороговому, то увеличение температуры приводит к режиму спонтанного излучения, характеризуемому малой мощностью и широким спектром излучения.

Для обеспечения надежной работы источника излучения необходимо стабилизировать его режим (ток смещения и температуру). С этой целью к излучателю подключается схема автоматического регулирования тока смещения, а температурный режим стабилизируется микрохолодильным устройством.

Важными показателями пригодности источников излучения различных типов для использования в оптических системах передачи являются их модуляционные характеристики. Как СИД, так и ЛД могут модулироваться путем изменения питающего электрического тока (прямая модуляция). Достижимые частоты прямой модуляции составляют от 20 МГц до 1 ГГц (для СИД различных типов) и от 5 до 10 ГГц (для наиболее быстродействующих ЛД).

Для ВОСП в качестве источников излучения чаще используются инжекционные ЛД. Они имеют ряд преимуществ перед СИД по ряду параметров (излучаемой мощности, быстродействию и др.).

В условиях эксплуатации весьма важной задачей является обеспечение максимально возможного срока службы источников излучения. Это связано с тем, что СИД и ЛД присуще явление деградации.

У современных СИД средний срок службы составляет 10 6 часов при температуре 25°С и зависит от режима работы: непрерывный при высокой температуре и/или электрические перегрузки. Увеличение температуры и перегрузки сокращают срок их службы в среднем в 1,5 раза.

Средний срок службы ЛД на порядок меньше, чем у СИД.

При этом деградационные процессы в ЛД протекают значительно быстрее, чем в СИД. Скорость протекания процессов деградации в ЛД зависит непосредственно от режимов его работы. С увеличением наработки ЛД происходит снижение излучаемой мощности. Для ее компенсации приходится увеличивать ток смещения, что в свою очередь, приводит к еще большему ускорению деградационных процессов.

Деградационные процессы в ЛД протекают быстрее при электрических перегрузках — скачках и импульсах тока. Механизм повреждения при кратковременных скачках тока обычно заключается в мгновенном перегреве поверхности лазера. Поэтому задача обеспечения оптимального режима работы источника излучения является чрезвычайно важной.

Основные научные достижения Средневековья: Ситуация в средневековой науке стала меняться к лучшему с.

Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала.

Источники излучения в интегрально-оптических схемах.Характеристики Светодиоды,их свойства и технология изготовления.

Конструкции полупроводниковых лазерных диодов и светодиодов (СД) , применяемых в ВОСП,

весьма разнообразны.Конструкции СД выбирают с таким расчетом,чтобы уменьшить собственное

самопоглощение излучения,обеспечить режим работы при высокой плотности тока инжекции и увеличить эффективность ввода излучения в волокно.Для повышения эффективности ввода используют микролинзы как формируемые непосредственно на поверхности прибора,так и внешние.

В настоящее время получили распространение две основные модификации СД:поверхностные и торцевые.В поверхностных СД излучение выводится в направлении,перпендикулярном плоскости активного слоя,а в торцевых из активного слоя- в параллельной ему плоскости.Схематическое изображение конструкции СД обоих типов приведено на рисунке.Для улучшения отвода тепла от активного слоя при высокой плотности токанакачки применяют теплоотводы.

Вывод излучения в СД поверхностного типа на арсениде галлия осуществляют через круглое от-

верстие,вытравленное в обложке.В это отверстие вставляют оптическое волокно и закрепляют его с помощью эпоксидной смолы.Такую конструкцию светодиода называют диодом Барраса.Известны также конструкции поверхностных СД с выводом излучения непосредственно через подложку.Такие конструкции применяются в СД на четырехкомпонентном соединении GaInAsP.В этом случае подложка из InP является прозрачным окном.

В торцевых СД с двойной гетероструктурой вывод излучения активного слоя осуществляют с торца,как и в лазерных диодах.Благодаря полному внутреннему отражению оптическое излучение распространяется вдоль перехода.С помощью полосковой конструкции нижнего омического контакта,а также щели на задней части активного слоя активная область ограничена,что позволяет избежать лазерной генерации.Так как генерируемое излучение при выводе наружу проходит через активный слой,то имеет место самопоглощение излучения в этом слое.Для уменьшения самопоглощения активный слой выполняют очень тонким (0,03…0,1 мкм).В результате излучение распространяется главным образом в ограничивающем слое,который благодаря большой ширине

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

запрещенной зоны имеет небольшие потери на поглощение.

Излучение СД возникает в результате спонтанной излучательной рекомбинации носителей заряда и поэтому является некогерентным,а следовательно относительно широкополосным и слабонаправленным.

Особо следует выделить суперлюминесцентные СД.В этих диодах помимо спонтанной рекомбинации с излучением используется процесс индуцированной рекомбинации с излучением;

выходное излучение является усиленным в активной среде.Суперлюминесцентные СД представляют собой торцевые СД,работающие при таких высоких плотностях тока инжекции,что в материале активного слоя начинает наблюдаться инверсная населенность энергетических уровней.

Принципиальным отличием лазерного диода от СД является наличие в первом встроенного оптического резонатора,что позволяет при условии превышения током инжекции некоторого порогового значения получить режим индуцированного излучения,которое характеризуется высокой степенью когерентности.Наиболее часто в качестве оптического резонатора используют:плоский резонатор Фабри-Перо и его модификации,включая составные и внешние резонаторы,резонаторы с распределенной обратной связью (РОС-резонатор) и с распределенным брэгговским отражателем (РБО-резонатор).Плоский резонатор образуется обычно параллельно сколотым торцам полупроводника ,а РОС- и РБО-резонаторы —путем периодической пространственной модуляции параметров структуры,влияющих на условия распространения излучения.При совмещении периодической структуры с активной областью получают РОС-диод,а при размещении периодической структуры за пределами активной области — РБО-лазерный диод.

Преимуществами РОС- и РБО-лазерных диодов по сравнению с обычным лазерным диодом с резонатором Фабри-Перо являются:Уменьшение зависимости длины волны излучения от тока инжекции и температуры,высокая стабильность одномодовости и одночастотности излучения,практически 100-процентная глубина модуляции.Так,если в лазерном диоде с резонатором Фабри-Перо температурный коэффициент порядка 0,5…1 нм/°С.Кроме того РОС- и на отказ.Кроме того,для РБО-структуры позволяют реализовать интегрально-оптические схемы.Основным их недостатком является сложная технология изготовления.

Наиболее важными для применения в ВОСП параметрами являются:средняя мощность излучения,ширина излучаемого спектра,время нарастания и спада импульса излучения при импульсном возбуждении тока накачки,падение напряжения на диоде и наработка лазерных диодов и торцевых светодиодов ,обладающих узкой диаграммой направленности,существенное значение имеют углы расходимости по уровню половинной мощности.Эти углы обычно определяют по направлению излучения в параллельной и перпендикулярной переходу плоскостях и обозначают соответственно и .Оба угла характеризуют поле излучения в дальней зоне и обычно =10…30°

Нужна помощь в написании реферата?

Средняя мощность излучения при работе при работе излучателя в непрерывном режиме определяет полную мощность,излучаемую поверхностью активной области прибора в направлении вывода излучения.

Длину волны излучения определяют как значение,соответствующее максимуму спектральн ого распределения мощности,а ширину излучаемого спектра — как интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности составляет половину максимальной. Огибающая спектрального распределения излучения светодиода имеет примерно форму гауссовской кривой с

= 20…..50 нм. Для лазерных диодов с резонатором Фабри — Перо ширина спектра значительно уже ( порядка 1…..4 нм ) и еще меньше для РОС — и РБО — лазерных диодов, у которых в зависимости от конструкции она может составлять 0,1…. 0,3 нм. Минимальная ширина спектра достигается в лазерных диодах с внешними резонаторами, у которых она в зависимости от типа резонатора лежит в пределах 1…1500 кГц.

Для высокоскоростных ВОСП важное значение имеют динамические свойства лазерных диодов, которые проявляются в зависимости спектральной характеристики от скорости передачи при непосредственной модуляции мощности излучения путем изменения тока накачки. У одномодового лазерного диода с резонатором Фарби — Перо увеличение скорости передачи сопровождается изменением модового состава, что характеризуется динамическим расширением спектра до 10 нм при модуляции с частотой порядка 1….2 Ггц .Для РОС- и РБО-лазерных диодов при модуляции в диапазоне 0,25…2 Ггц имеет место лишь незначительный сдвиг (порядка 0,2 нм) при сохранениии высокой степени подавления побочных мод.Поэтому эти лазерные диоды часто называют динамически одномодовыми.

Быстродействие источников излучения оценивается временем нарастания и временем спада мощности излучения при модуляции импульсами тока накачки прямоугольной формы достаточной длительности ().Для оценки и обычно используют уровни 0,1 и 0,9 от установившегося значения мощности.Часто быстродействие определяется максимальной частотой модуляции.Для светодиодов эта частота может достигать 200 Мгц , а у лазерных диодов — значительно больше (несколько Ггц).Ограничение частоты модуляции светодиодов связано со времененм жизни неосновных носителей, а лазерных диодов — с корреляцией между концентрацией инжектируемых носителей и потоком фотонов ,возникающих вследствие их рекомбинации.

К параметрам ,определяющим статический режим работы полупроводникового излучательного диода ,относят падение напряжения на диоде и ток накачки при прямом смещении.Кроме этих параметров статический режим работы характеризуется ватт-амперной характеристикой . На ватт-амперной характеристике лазерного диода можно выделить точку излома,которая определяется пороговым током накачки Iпор.При токах накачки выше порогового лазерный диод работает в режиме индуцированного излучения и мощность его очень быстро растет с увеличением тока накачки.Если ток накачки меньше порогового,то прибор работает в режиме спонтанного излучения и излучаемая мощность мала.Одновременно резко уменьшается быстродействие и существенно расширяется ширина излучаемого спектра.Поэтому лазерные диоды в динамическом режиме работы требуют начального смещения постоянным током,примерно равным пороговому току.Наклон ветви ватт-амперной характеристики лазерного диода,расположенной правее Iпор ,характеризует дифференциальную квантовую эффективность д=dP/dIн,которая зависит от конструкции прибора и его температуры.Типичные значения дифференциальной квантовой эффективности лазерных диодов составляют 0,1…0,2 мВт/мА,а пороговый ток лежит в пределах 10…100 мА.

Для лазерных диодов характерна температурная зависимость порогового тока и дифференциальной квантовой эффективности.С ростом температуры пороговый ток увеличивается,

Нужна помощь в написании реферата?

а дифференциальная квантовая эффективность уменьшается.Изменение температуры приводит также к изменению длины волны излучения.Наибольшей температурной нестабильностью обладают лазерные диоды с резонатором Фабри-Перо.Лазерные диоды с РОС- и РБО-резонаторами более термостабильны.Для уменьшения температурных влияний применяют специальные меры, например используют теплоотводы с элементом Пелтье.Параметры и характеристики светодиодов имеют достаточно высокую температурную стабильность,что делает их более простыми в эксплуатации.

Надежность полупроводниковых излучателей определяется наработкой на отказ или интенсивностью отказов.Лазерные диоды, созданные в начале 80-х годов,обладали существенно меньшей надежностью по сравнению со светодиодами.Однако в последнее время благодаря совершенствованию конструкций и технологии изготовления ее удалось значительно повысить и довести до приемлемой величины.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Содержание Введение 1. Источники излучения 1.1 Типы источников излучения. Принципы их классификации 1.2 Симметричные и несимметричные источники излучения 1.3 Источники с различным спектральным распределением энергии 1.3.1 Тепловые источники излучения 1.3.2 Газоразрядные источники 1.3.3 Источники излучения на основе явления люминесценции 1.3.4 Оптические квантовые генераторы (лазеры) Заключение Список литературы

Полиграфия, занимающаяся записью и размножением изобразительной информации на твердых носителях (бумаге и упаковочных материалах), тесно связана со светотехникой, поскольку практически в любой репродукционной технологии, используемой полиграфическим производством, производится запись изображения с помощью оптического излучения (света). Источники света востребованы во всех областях человеческой деятельности - в быту, на производстве, в научных исследованиях. В зависимости от той или иной области применения к источникам света предъявляются самые разные технические, эстетические и экономические требования, и подчас отдается предпочтение тому или иному параметру источника света или сумме этих параметров.Светотехника занимается теоретическим изучением процессов получения, преобразования и регистрации оптических излучений, а также решением разнообразных задач, связанных со светом. В частности, к ним относится разработка источников излучения различных типов, оптических инструментов и приборов, предназначенных для преобразования излучений. Светотехника занимается также приемниками излучения, предназначенными для измерения характеристик излучения, либо фотографической их регистрации. Большое место в современной светотехнике занимают проблемы, связанные с синтезом, измерением и регистрацией цветов.С древнейших времен человек видел различные источники света. Кроме упомянутого выше огня, люди встречали свет электрического разряда в газе - молнии и полярные сияния; химическую люминесценцию - полет светлячков и свечение некоторых видов микроорганизмов в южных морях. Но все это были природные, естественные источники света, а единственным искусственным источником до конца 19-го века оставался огонь в различных его проявлениях.С конца 19-го века, во многом благодаря усилиям русских изобретателей А.Н. Лодыгина и П.Н. Яблочкова, началось бурное развитие совершенно новых - электрических - источников света. За 130 лет существования электрические источники света в развитых странах практически полностью вытеснили свет огня - свечи и керосиновые лампы теперь используются разве что в далеких деревнях, в турпоходах да для создания интимной обстановки, и только в редких случаях - для освещения.Различают тепловые источники света, в которых свет возникает при нагревании тел до высокой температуры, и люминесцентные, в которых свет возникает в результате превращения тех или иных видов энергии непосредственно в оптическое излучение, независимо от теплового состояния излучающего тела. Искусственные источники света могут подразделяться: по роду используемой энергии на химические, электрические, радиоактивные и др., по назначению на осветительные, сигнальные и т.п. Каждый из типов, в свою

Источники оптического излучения

Источниками оптического излучения (другими словами — источниками света) являются многие естественные объекты, а также искусственно создаваемые приборы, в которых те или иные виды энергии превращаются в энергию электромагнитного излучения с длиной волны от 10 нм до 1 мм.

В природе такими, давно ставшими нам привычними, источниками являются: солнце, звезды, молнии и т. д. Что касается искусственных источников, то, в зависимости от того, что за процесс приводит к возникновению излучения, - вынужденный он или спонтанный, - можно выделить когерентные и некогерентные источники оптического излучения.

Когерентное и некогерентное излучение

Лазеры относятся к источникам когерентного оптического излучения. Их спектральная интенсивность очень велика, излучение отличается большой степенью направленности, характеризуется монохроматичностью, то есть длина волны у такого излучения постоянна.

Подавляющее же большинство источников оптического излучения — это источники некогерентные, излучение которых является результатом наложения друг на друга большого количества электромагнитных волн, испускаемых группой многих элементарных излучателей.

Искусственные источники оптического некогерентного излучения можно классифицировать по виду излучения, по роду энергии, преобразуемой в излучение, по способу преобразования данной энергии в свет, по назначению источника, по принадлежности к той или иной области спектра (инфракрасная, видимая или ультрафиолетовая), по виду конструкции, режиму использования и т. д.

Параметры света

Оптическое излучение имеет свои световые или энергетические характеристики. К фотометрическим характеристикам относятся: поток излучения, световой поток, сила света, яркость, светимость и т. д. Источники сплошного спектра различают по яркостной или цветовой температуре.

Порой важно знать создаваемую источником освещенность, либо какую-нибудь нестандартную характеристику, например такую как поток фотонов. Импульсные источники имеют определенную продолжительность действия и форму импульса излучения.

Световая отдача или спектральный коэффициент полезного действия определяют эффективность преобразования подаваемой к источнику энергии — в световую. Технические характеристики, такие как вводимая мощность и энергия, габариты светящегося тела, стойкость излучения, распределение света в пространстве и срок службы, - характеризуют искусственные источники оптического излучения.

Источники оптического излучения могут быть тепловыми с равновесно нагретым светящимся телом в конденсированном состоянии, а также люминесцирующими с неравномерно возбужденным телом в любом агрегатном состоянии. Особенная разновидность — плазменные источники, характер излучения у которых зависит от параметров плазмы и спектрального интервала, здесь излучение может быть или тепловым, или люминесцентным.

Тепловые источники оптического излучения отличаются сплошным спектром, их энергетические характеристики подчиняются законам теплового излучения, где главными параметрами выступают температура и коэффициент излучения светящегося тела.

При коэффициенте 1 излучение эквивалентно излучению абсолютно черного тела, близкому к Солнцу с его температурой в 6000 К. Искусственные тепловые источники нагреваются электрическим током либо энергией химической реакции горения.

Пламя горения газообразного, жидкого или твердого горючего вещества характеризуется сплошным спектром излучения с температурой достигающей 3000 К, благодаря наличию раскаленных твердых микрочастиц. Если такие частицы отсутствуют, спектр будет полосатым или линейчатым, свойственным продуктам горения в газообразном состоянии или химическим веществам, намеренно вводимым в пламя с целью проведения спектрального анализа.

Устройство и применение тепловых источников

Пиротехника сигнального или осветительного назначения, такая как ракеты, фейерверки и т. д., содержат спрессованные составы, включающие в себя горючее вещество с окислителем. Источники инфракрасного излучения обычно представляют собой керамические или металлические тела различных размеров и форм, которые нагреваются пламенем либо посредством каталитического сжигания газа.

Электрические излучатели инфракрасного спектра имеют вольфрамовые или нихромовые спирали, накаливаемые пропусканием через них тока, и размещаемые в теплостойких оболочках, либо сразу изготавливаемые в виде спиралей, стержней, лент, трубок, и т. д. - из тугоплавких металлов и сплавов, либо иных составов: графит, оксиды металлов, тугоплавкие карбиды. Излучатели такого рода применяют для обогрева помещений, в различных исследованиях и в промышленной тепловой обработке материалов.

Для инфракрасной спектроскопии применяют эталонные излучатели в форме стержней, такие как штифт Нернста и глобар, отличающиеся стабильной зависимостью коэффициента излучения от температуры в инфракрасной части спектра.

Метрологические измерения предполагают исследование излучений моделей абсолютно черных тел, у которых равновесное излучение зависит от температуры; такая модель представляет собой нагреваемую до температур до 3000 К полость из тугоплавкого материала определенной формы с небольшим входным отверстием.

Наиболее популярными тепловыми источниками излучения видимого спектра являются сегодня лампы накаливания. Они служат для целей освещения, сигнализации, в проекторах, прожекторах, кроме того выступают эталонами в фотометрии и пирометрии.

На современном рынке представлено более 500 типоразмеров ламп накаливания, начиная от миниатюрных, заканчивая мощными лампами для прожекторов. Тело накала, как правило, изготавливается в виде нити или спирали из вольфрама, и заключено в стеклянную колбу, заполненную либо инертным газом, либо вакуумом. Срок службы такой лампы обычно заканчивается перегоранием тела накала.

Лампы накаливания бывают галогенными, тогда колба заполняется ксеноном с добавлением йода или летучих соединений брома, обеспечивающих обратный перенос испаряющегося вольфрама с колбы — обратно на тело накала. Такие лампы способны служить до 2000 часов.

Вольфрамовая нить установлена здесь внутри кварцевой трубки, разогреваемой с целью поддержания галогенного цикла. Данные лампы работают в термографии и ксерографии, также их можно встретить практически везде, где служат обычные лампы накаливания.

У электродосветных ламп источником оптического излучения выступает электрод, а точнее — раскаленная область катода при дуговом разряде в наполненной аргоном колбе лампы или на открытом воздухе.

Люминесцентные источники

В люминесцирующих источниках оптического излучения, потоком фотонов, электронов или других частиц, либо прямым действием электрического поля, возбуждаются газы или люминофоры, становящиеся в данных обстоятельствах источниками света. Спектр излучения и оптические параметры определяются свойствами люминофоров, а также энергией воздействия возбуждения, напряженностью электрического поля и т. д.

Один из наиболее распространенных видов люминесценции — фотолюминесценция, при которой спектр излучения первичного источника преобразуется в видимый. Ультрафиолетовое излучение разряда падает на слой люминофора, а люминофор в данных условиях излучает видимый свет и ближний ультрафиолет.

Энергосберегающие лампы — это как раз компактные люминесцентные лампы на базе данного эффекта. Подобная лампа мощностью 20 Вт дает световой поток равный световому потоку от лампы накаливания мощностью 100 Вт.

Экраны с электронно-лучевыми трубками относятся к катодолюминесцентным источникам оптического излучения. Экран покрытый люминофором возбуждается пучком летящих к нему электронов.

В светодиодах используется принцип инжекционной электролюминесценции на полупроводниках. Данные источники оптического излучения изготавливаются в виде дискретных изделий с оптическими элементами. Они применяются в индикации, сигнализации, освещении.

Оптическое излучение при радиолюминесценции возбуждается действием распадающихся изотопов.

Хемилюминесценция — превращение в свет энергии химических реакций (см. также виды люминесценции).

Вспышки света в сцинтилляторах, возбуждаемые быстрыми частицами, переходное излучение, а также излучение Вавилова-Черенкова, используют для выявления движущихся заряженных частиц.

Плазменные источники оптического излучения отличаются линейчатым или сплошным спектром, а также энергетическими характеристиками, зависящими от температуры и давления плазмы, возникающей в электрическом разряде или при ином способе получения плазмы.

Параметры излучения варьируются в большом диапазоне в зависимости от подводимой мощности и состава вещества (см. также газоразрядные лампы, плазма). Параметры ограничиваются этой мощностью и стойкостью материалов. Импульсные источники плазмы обладают более высокими параметрами нежели непрерывные.

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (1):

Министерство общего и профессионального

Филиал в г. Смоленск
Кафедра ОЭС

Курсовая работа по курсу

«Источники и приемники оптического

Преподаватель: к.т.н., доцент Нюбин В.В.

Студент: Козлов И.В.

г. Смоленск 2000 г.

А нотация

В данной курсовой работе производился расчет фотоприемного устройства.

Определили уровень собственных шумов двух приемников излучения, выбрали из них оптимальный. Для него определили минимальное значение потока источника излучения и освещенность на чувствительной поверхности, на которые реагирует приемник. Рассчитали схему включения приемника излучения и схемы предварительных усилителей на полевом транзисторе и операционном усилителе.
Введение.
Несмотря на возможность усиления сколь угодно малых сигналов до практически любой величины, все же их не всегда удается зарегистрировать из-за хаотических флуктуаций или шумов. На выходе любой системы, состоящей из приемника и усилителя, обычно существует определенный уровень шумов. Этот шум определяет нижний предел энергии, которая еще может быть обнаружена.

Любая величина, характеризующая работу приемника излучения ( напряжение, ток, сопротивление и т.д. ), флуктуирует по случайному закону около своего среднего значения . Эта флуктуация и есть то, что мы называем собственным или внутренним шумом приемника [1].

Распределение в поле яркости предметов носит так же случайный характер, а значит в процессе сканирования на выходе приемника излучения появляется сигнал, характеризующийся также случайным распределением. Этот сигнал принято называть шумом фона.

Следует отметить, что усилитель и его входная цепь шумит тоже тем самым увеличивая общий уровень шумов прибора.

Процесс регистрации сигнала при наличие шумов требует предварительного знания отличительных признаков сигнала и шума . Исследование этих признаков позволяет решить задачу обнаружения - ответить на вопрос о наличие или отсутствии сигнала . Обычно ответ носит вероятностный характер, т.е. существует определенная вероятность ложного решения. Это связано с тем, что любой признак или свойство в той или иной степени присуще как сигналу, так и шуму [1].

Шум является случайной функцией и неизвестно какой конкретный вид она примет в результате опыта. Шум нельзя изобразить в виде графика, начертить можно лишь ее конкретную реализацию. Аргументом случайной величины может как время, так и пространственные координаты, а также случайные функции могут зависеть и от нескольких аргументов.

При разработке того или иного прибора необходимо, чтобы уровень шумов определялся источником сигнала. Например, если источником сигнала в элементарной части тракта прибора является приемник излучения, то именно шум, генерируемый приемником, должен быть преобладающим .

При разработке достаточно сложных приборов необходимо стремится к тому, чтобы свести до минимума все шумы, увеличивающие шум источника сигнала.

Площадь чувствительной поверхности…………1 мм 2
ИИ вольфрамовый с температурой……………2100 К
Верхняя граничная частота………………………9 кГц

Уровень собственных шумов ПИ определяется в полосе частот, которая задана верхней f_в и нижней f_н граничными частотами. Расчет уровня собственных шумов ПИ произведем по формуле :

где S_U_,ИИ – интегральная вольтовая чувствительность ;

А_Ч.П. – площадь чувствительной поверхности ПИ;

D_max * - îïòèìàëüíàÿ обнаружительная способность;

f_в – верхняя граничная частота;

f_н – нижняя граничная частота;

f₁ – частота, на которой токовый шум сравнивается с остальными

Интегральная вольтовая чувствительность должна быть раcчитана в энергетических S_U_,ИИ,Е и в световых величинах S_U_,ИИ,_V . Формулы расчета вольтовой чувствительности в световых и энергетических величинах приведены ниже:

где S_max – максимальная абсолютная спектральная чувствительность;

m_ии() – спектральная плотность светимости ИИ;

S() – спектральная чувствительность ПИ;

V() – относительная спектральная световая эффективность.

Максимальная абсолютная спектральная чувствительность находится по формуле:

где m_Т() – спектральная плотность светимости для черного тела (Т=2100К).

Спектральная плотность светимости ИИ и ПИ определяется по формуле Планка:

где С₁=3,74210 -16 Втм 2 ;

Т – температура.
Величину S_U_,_T можно определить по формуле:

где S_u 0 – удельная вольтовая чувствительность ПИ;

U_фр – напряжение приложенное к ПИ;
Напряжение на фоторезисторе определим по формуле:

где p 0 – удельная рассеиваемая мощность;

В/Вт
В формулах (1.2) – (1.4) заменим интегрирование на суммирование, в результате получим:

где __i – излучательная способность вольфрама при длине волны _i;

 - интервал длин волн при суммировании;

 - постоянная Больцмана (=5,6710 -8 Втм -2 К -4 );

Т_а.ч.п. – температура АЧТ, по отношению к которой определена чувствительность.
Графики относительной спектральной чувствительности обоих ПИ приведены на рис.1.

Рис.1 Графики относительной спектральной чувствительности ПИ PbSe и PbS.
График спектрального коэффициента излучения вольфрама для рабочей температуре источника излучения ИИ (Т= 2100 К) приведены на рис 2. Кривая относительной спектральной световой эффективности приведена на рис.3.

Рис. 2 График спектрального коэффициента излучения вольфрама для рабочей температуры источника излучения ИИ (Т= 2100 К)

Рис.3 Кривая относительной спектральной световой эффективности

Подставляя численные данные в формулы (1.5), (1.8)-(1.10) получим:

1) Пример расчета для PbS:
Вт/м 3

m_ии,__S_= 0,460110 -2 = 8.54110 4 Вт/м 3

m_ии,__= 0,460= 8.541 10 6 Вт/м 3

m_ии,__V_== 0,460 410 -5 = 1.323 10 4 лм/м 3

m_Т,_S_=6.85610 -20 110 -2 = 6.85610 -22 Вт/м 3

Результаты расчетов приведены в табл.2 – 4. Суммирование произведений m_ии,__S__,m_ии,___,m_Т,_S_ производилось через интервал =100 нм. Суммирование произведений m_ии,__V_ производилось через интервал =10 нм. Т.о. используя данные табл.2-4 получим следующее:
В/Вт

2) Пример расчета для PbSe:
Вт/м 3

m_ии,__S_= 0,460110 -2 =1.033 10 3 Вт/м 3

m_ии,__= 0,460= 8.541 10 6 Вт/м 3

m_ии,__V_== 0,460 410 -5 = 1.323 10 4 лм/м 3

m_Т,_S_= 8.29610 -20 1.210 -2 =8.29610 -22 Вт/м 3

Результаты расчетов приведены в табл.2 – 4. Суммирование производилось аналогично PbS. Т.о. используя данные табл.2-4 получим следующее:
В/Вт
В/Вт
В/лм
Таблица 2.

Читайте также:

Источники оптического излучения реферат

Похожие работы

Источники оптического излучения

Доступные файлы (1):

г. Смоленск 2000 г.

А нотация