рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Источники излучения

Источники излучения - раздел Приборостроение, Основные разделы дисциплины. Оптико-электронные приборы, их классификация   В Современных Оэп Применяются В Основном Полупроводниковые Ис...

 

В современных ОЭП применяются в основном полупроводниковые источники излучения, работающие на р-п-переходах, и лазеры.

При относительно небольшой мощности лазера с его помощью могут быть получены очень высокие плотности энергии в очень малом объеме (10-6….10-7 см3), малом интервале времени (10-8….10-11 с), в очень узком спектральном диапазоне. Кроме того, для накачки лазера могут быть использованы разнообразные источники энергии. Все это делает лазер универсальным прибором для научных исследований, технологических процессов, измерительных приборов, в медицине, системах обработки и передачи информации.

Особое место занимают лазеры в системах связи. Лазерные системы связи по их назначению и условиям работы могут быть подразделены на четыре класса:

- наземные короткие линии связи с прохождением излу­чения в открытой атмосфере или в закрытых помещениях;

- световодные высокоинформативные системы связи;

- космические высокоинформативные ретрансляционные системы ближнего действия;

- дальние космические линии связи.

Преимущество лазерных систем связи перед другими, например СВЧ-линиями, состоит, во-первых, в острой направленности излучения, достигаемой с помощью сравнительно небольших «антенн», и, во-вторых, в широкополосности, которую можно в них обеспечить. Благодаря высокой направленности лазерного излучения мощность, необходимая для передачи одинаковых объемов информации, в оптическом диапазоне оказывается много меньшей, чем в СВЧ-диапазоне.

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся весьма разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни работают на телефонных скоростях с максимальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Перечислим основные требования, которым должен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС:

• излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В традиционных оптических волокнах существует три окна, в которых достигаются меньшие , потери света при распространении: 850, 1300, 1550 нм;

• источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости;

• источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излучения источника попадала в волокно с минимальными потерями;

• источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник;

• температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излучения;

• стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.

Два основных типа источников излучения, удовлетворяющие перечисленным требованием, используются в настоящее время - светодиоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (LD).


Главная отличительная черта между светодиодами и лазерными диодами - это ширина спектра излучения. Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время как лазерные диоды имеют значительно более узкий спектр, рис. 17. Оба типа устройств весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями.

 

Даже при высоком внутреннем квантовом выходе внешний квантовый выход полупроводниковых излучателей оказывается значительно меньшим из-за поглощения фотонов в полупроводнике до выхода их в окружающее пространство и из-за потерь при полном внутреннем отражении фотонов, падающих на границу раздела полупроводника и окружающей атмосферы под углом превышающим критический угол полного внутреннего отражения , где nr – коэффициент преломления полупроводника.

Обычно .

Таким образом, из полупроводникового излучателя, имеющего простейшую плоскую структуру (рис. 18 а), в окружающее пространство выходит только часть фотонов, возникших в выпрямляющем электрическом переходе или вблизи него. Внешний квантовый выход удается увеличить при использовании более сложных конструкций полупроводниковых излучателей со структурой в виде полусферического кристалла полупроводника (рис. 18 б) или плоской структуры с прозрачным полусферическим покрытием (рис. 18 в). В полупроводниковых излучателях с полусферической структурой для всей поверхности угол падения фотонов оказывается меньше критического угла полного внутреннего отражения при большом отношении радиусов R и r , т. е. при:

,

где nr и nrср – коэффициенты преломления электромагнитного излучения в полупроводнике и среде, окружающей полупроводниковый излучатель (nrср=1 для воздуха).

 

Однако в полупроводниковых излучателях с полусферической структурой несколько возрастают потери фотонов в результате поглощения, так как увеличивается длина их пути от места возникновения до поверхности кристалла. Все полупроводниковые излучатели с полусферической структурой имеют внешний квантовый выход на порядок выше, чем у излучателей с плоской конструкцией.

Значительно проще технология изготовления полупроводниковых излучателей с прозрачным полусферическим (или параболическим) покрытием из различных пластических материалов с высоким коэффициентом преломления для увеличения критического угла полного внутреннего отражения в полупроводнике.

Основным методом формирования р-п-переходов и гетеропереходов при создании полупроводниковых излучателей на основе арсенида галлия GaAs, фосфида галлия GaP, твердых растворов этих соединений GaAsi-xPx и других соединений является метод эпитаксиального наращивания. Обычно это жидкофазная эпитаксия, иногда — эпитаксия из газовой фазы.

Для формирования р-п-переходов в карбиде кремния SiC используют метод диффузии примесей, а иногда и метод эпитаксиального наращивания. Одной из интересных особенностей карбида кремния является его политипизм, т.е. существование нескольких кристаллических модификаций, отличающихся, в частности, шириной запрещенной зоны. Высокая физико-химическая стабильность карбида кремния и относительно малые коэффициенты диффузии примесей в нем создают предпосылки для изготовления высокостабильных полупроводниковых излучателей на основе этого материала. Однако технология изготовления монокристаллов карбида кремния и технология формирования выпрямляющих электрических переходов в этих монокристаллах отличаются сложностью. Кроме того, в полупроводниковых излучателях из карбида кремния не удается получить высокий квантовый выход.

Большой интерес для изготовления полупроводниковых излучателей представляет нитрид галлия GaN, имеющий наибольшую ширину запрещенной зоны (DЭ =3,5 эВ) среди соединений типа АIIIBV, освоенных в технологическом отношении. Энергии фотонов, которые могут быть возбуждены в этом материале, перекрывают всю видимую область спектра. Однако независимо от метода получения и легирования нитрид галлия обладает только электропроводностью п-типа. Поэтому для получения излучения при рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном случае надо создать выпрямляющий электрический переход в виде перехода Шотки на контакте металла с нитридом галлия.

Сопоставление эффективности люминесценции различных материалов показывает, что квантовый выход растет с увеличением длины волны. Поэтому, если зрительное восприятие информации не является обязательным, предпочтение следует отдать инфракрасным излучательным диодам на основе арсенида галлия.

Полупроводниковые приборы отображения информации в зависимости от структуры, конструкции и, конечно, назначения могут быть разделены на светоизлучающне диоды, полупроводниковые знаковые индикаторы, шкалы и экраны.

Светоизлучающнй диод (СИД) — это полупроводниковый прибор отображения информации, представляющий собой диод.

Таким образом, в структуре светоизлучающего диода есть только один выпрямляющий электрический переход (рис.7.3) или один полупроводниковый излучающий элемент.

Полупроводниковый излучающий элемент – часть полупроводникового прибора отображения информации, состоящая из излучающей поверхности и контактов для подключения к электрической схеме.

Полупроводниковый знаковый индикатор - это полупроводниковый прибор отображения информации, состоящий из полупроводниковых излучающих элементов, предназначенный для представления информации в виде знаков и организованный в один или несколько разрядов.

Структура этого знакового индикатора состоит из семи излучающих элементов и децимальной точки, т. е. восьми р-п-переходов в одном монокристалле полупроводника, излучающих свет при прохождении тока в прямом направлении. Различные комбинации излучающих элементов, обеспечиваемые внешней коммутацией, позволяют воспроизвести цифры от 0 до 9 и децимальную точку.

Полупроводниковая шкала — это полупроводниковый прибор отображения информации, состоящий из полупроводниковых излучающих элементов, предназначенный для представления аналоговой информации.

Структура полупроводниковой шкалы может представлять собой либо несколько светоизлучающих диодов, расположенных вдоль одной линии, либо несколько р-п-переходов, также расположенных по одной линии на общей подложке. Полупроводниковые шкалы могут быть использованы в качестве индикаторов настройки транзисторных приемников, для записи аналоговой информации на фотопленку, в качестве шкалы различных измерительных приборов и для других целей.

Полупроводниковый экран — это полупроводниковый прибор отображения информации, состоящий из излучающих элементов, расположенных вдоль одной линии, и содержащий п строк излучающих элементов, предназначенный для использования в устройствах отображения аналоговой и цифровой информации.

Примером полупроводникового экрана могут служить полупроводниковые приборы отображения информации. Они состоят из 36 дискретных светоизлучающих диодов, соединенных в матрицу (семь строк по пять диодов и один диод отдельно) с перекрестной коммутацией и позволяющих воспроизводить цифры и буквы.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Основные разделы дисциплины. Оптико-электронные приборы, их классификация

Часть оптико электронные приборы их классификация.. классификация оптико электронных приборов оэп сведения из оптики..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Источники излучения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Явления, лежащие в основе работы ЭОП
  Как известно из курса физики свет имеет двойственную природу: лучевую и волновую. Согласно лучевой теории свет - это поток частиц (фотонов), движущихся со скоростью (С = 3.

Гомо- и гетеропереходы
  гомопереход – эт о р-п-переход, образованный изменением концентрации примеси в одном полупроводниковом материале. Энергетические диаграммы р-п-перехода д

Люминесценция полупроводников
  Люминесценцией называют электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Для возникновения люминес

Основные энергетические и световые характеристики излучения
  Потоком излучения (мощностью излучения, лучистым потоком) называется количество излучаемой, поглощаемой или переносимой в единицу времени энергии:

Светоизлучающие диоды
  Благодаря своей простоте и низкой стоимости, светодиоды распространены значительно но шире, чем лазерные диоды. Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбина

Лазерные диоды
  Два главных конструктивных отличия есть у лазерного диода по сравнению со светодиодом. Первое, лазерный диод имеет встроенный оптический резонатор. Второе, лазерный диод работает пр

Характеристики источников излучения
  Также важными характеристиками источников излучения являются: быстродействие источника излучения; деградация и время наработки на отказ. Быстродействие источника излучения.

Виды измерений
В зависимости от того, чем характеризуется измеряемая величина, различают: амплитудные, частотные и фазовые измерения. Измерение постоянных, а также медленно изменяющихся величин относится к амплит

Методы амплитудных измерений, Приборы с одним оптическим каналом
Прибор, в котором излучение источника электромагнитной энергии распространяется по одному определенному оптическому пути называется одноканальным (рис.2). В оптический канал может быть установлен э

Методы амплитудных измерений, Приборы с двумя оптическими каналами
Схема амплитудных измерений с двумя оптическими каналами показана на рис. 25.

Автоматизация измерений
  На рис.6 показан способ автоматизации отсчетов. Выходное напряжение усилителя приложено к управляющей обмотке реверсивного двигателя. При неравенстве потоков на выходе усилителя поя

Применение частотных измерений
Двухканальные структуры приборов используются в интерференционных приборах. Изменение интерференционной картины позволяют получать определенные сведения об объекте измерения.

Применение фазовых измерений
Поток излучения полупроводникового лазера примерно пропорционален току в его цепи. Прикладывая гармоническое напряжение к цепи лазера, можно получить изменение потока, близкие к синусоидальным. Фаз

Чувствительность приборов
  Чувствительностью называют способность прибора реагировать на изменение входной величины. Чувствительность определяется отношением приращения выходной величины к вызывающем

Статистические параметры сигналов в ОЭП
  Случайные величины постоянно действуют во всех частях прибора и играют существенную роль при их обработке. Явления называются случайными, если при многокраном воспроизведен

Среднее значение случайной функции
  Первой характеристикой случайной функции является ее среднее значение (математическое ожидание). Определение среднего значения случайной функции может быть произведено двум

Функция корреляции
  Третьей усредняющей величиной, характеризующей случайные функции, является функция корреляции. Функция корреляции определяется как среднее значение произведения двух случай

Спектр случайного процесса
  Мощность шума, приходящаяся на частотный интервал 1 Гц, называется спектральной плотностью мощности шумов:

Оптические шумы и помехи
  Лучистый поток представляет собой среднее значение хаотически изменяющейся мощности, переносимой электромагнитными волнами. При отсутствии специально созданного информацион

Шумы электронных устройств (тепловые шумы)
  Тепловой шум порождается хаотическим тепловым движением электронов в проводниках, и его величина зависит от температуры тела. Если активное сопротивление участка электричес

Шумы электронных устройств (дробовые шумы)
Постоянный ток электронного прибора образуется совокупным перемещением огромного числа электронов. Через данное поперечное сечение электронного прибора в различные моменты времени перемещается неод

Шумы электронных устройств (избыточные шумы в ПП)
  В полупроводниках действуют тепловые и дробовые шумы, величина которых определена ранее. Отличительной особенностью шумов в полупроводниках является неравномерная зависимос

Часть 3. Модуляция светового потока
  Модуляцией излучения называется процесс изменения характеристик излучения для получения информации. Модуляция придает параметрам излучения временную зависимость. Применяя модуляцию

Амплитудная модуляция
Модуляцию называют амплитудной, если уровень лучистого потока изменяется по определенному, заранее известному закону. Амплитудная модуляция характеризуется частотой модуляции:  

Частотная модуляция
  Рис. 38. Частотно модулированное колебание  

Модуляция плоскости поляризации
  Поворот плоскости поляризации при распространении волны в некоторых веществах можно использовать для получения информации о свойствах этих веществ. Для автоматизации измерений в при

Модуляция направления распространения
Периодическое изменение направления распространения излучения может применяться с различной целью, в том числе для изменения величины лучистого потока, падающего на светочувствительную поверхность

Спектры модулированных колебаний
Самый простой спектр частот на выходе фотоприемника получается при гармоническом изменении потока:  

Механические модуляторы
Механические модуляторы служат для амплитудной и двойной (АИМ, ЧИМ) модуляции лучистого потока. Модулятор часто выполняют в виде вращающегося диска. Обычно используют либо диск с отверстия

Флуориметры
  Рис. 46. Принципиальная оптическая схема и блоки спектрок

Нефелометры
Нефелометрами называются приборы, предназначенные для измерения концентрации взвешенных частиц в жидкостях и газах. Возможны два способа измерения концентрации: - по ослаблению пр

Рефрактометры
Рефрактометрами называются приборы, предназначенные для определения показателей преломления жидких, твердых и газообразных сред. В рефрактометрах применяют: - Дифференциальный гон

Поляриметры
Многие вещества являются оптически активными. Они обладают способностью поворачивать плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света. Имеется следующая зависимость между углом пов

Часть 5. Спектральные приборы
  Спектральные приборы – измерительные системы, предназначенные для исследования излучения естественных и искусственных объектов. Излучение физического тела может наблюдаться непосред

Приборы для эмиссионного анализа
Приборы для эмиссионного анализа с фотоэлектрической регистрацией могут быть как одноканальными, так и многоканальными. Часто к спектрографам выпускаются приставки, что превращает их в стилометры.

Приборы для анализа по спектрам комбинационного рассеяния
  Комбинационное рассеяние отличается от рассеяния излучения на мелких частицах тем, что при нем изменяется спектральный состав излучения. Набдюдение комбинационного излучения произво

Приборы с селективной и частотной модуляцией
  Рис. 63. Принципиальная оптическая схема прибора с селект

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги