XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

ВВЕДЕНИЕ.

Что такое оптическое излучение и откуда оно берётся.

Оптическое излучение – электромагнитное излучение оптического диапазона. Оптический диапазон спектра составляют электромагнитные волны оптического диапазона с длиной волн λ от 100 нм до 1 мм.

Он подразделяется на ультрафиолетовое излучение, спектр видимого для человека света и инфракрасное излучение.

Какие бывают источники излучения?

Источники делятся на искусственные и естественные

Искусственные источники света - технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения.

Естественные источники света - это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет.

В отличие от естественных источников света, искусственные источники света являются продуктом производства человека или других разумных существ.

Рис.1 Спектр электромагнитных волн и их классификация по частотам.

К естественным или природным источникам света прежде всего относят: Солнце, Луну, планеты, кометы, полярные сияния, биолюминесценцию живых организмов, свечение окисляющихся органических продуктов и минералов и многое другое.

Естественные источники света играют первостепенную роль в существовании жизни на земле и других планетах, и оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

Так же присутствует деление искусственных источников излучения на точечные и линейные.

Точечным называют такой источник света, размеры которого настолько малы по сравнению с расстоянием до приемника излучения, что ими можно пренебречь. Такими источниками света в электрическом освещении считаются галогенные и светодиодные лампы для встраиваемых светильников. Светодиод является практически точечным источником света, так как его кристалл микроскопических размеров.

К линейным источникам излучения относят те излучатели, у которых относительные размеры по любому из направлений больше размеров точечного излучателя. По мере удаления от плоскости измерения освещенности относительные размеры такого излучателя могут достигнуть такого значения, при котором данный источник излучения превращается в точечный.

Примеры электрических линейных источников света: люминесцентные лампы, линейные светодиодные лампы, светодиодные RGB-ленты.

Источники оптического излучения

Наиболее распространенными источниками излучения являются полупроводниковые светодиоды (LED – Light Emisson Diod) и лазерные диоды (LD - Laser Diod). Выбор источника излучения определяется требованиями к мощности излучателя, его спектральным и модуляционным характеристикам, сроку службы и диапазону рабочих температур. Как в светодиодах, так и в лазерных диодах генерация света обусловлена рекомбинацией электронов и дырок, результатом которой является образование фотонов.

Светодиоды

Рис.2 Структура простейшего светодиода: 1 – активная область, 2 – металлические контакты

Светодиоды были достаточно надежны и дешевы, но обладали большой числовой апертурой и большой площадью излучения. Поэтому для эффективного ввода излучения в волокно светодиоды применялись для многомодовых ОВ

Фотоны образуются за счет рекомбинации электронов и дырок в так называемой активной зоне, расположенной возле р-n перехода. При пропускании тока в направлении Е электроны дырки перемещаются к границе p-n-перехода навстречу друг другу, а образовавшиеся фотоны распространяются в самых различных направлениях.

С точки зрения применения светодиодов в ВОСПИ они имеют рад недостатков, основными из которых являются:

сравнительно низкая полоса частот, равная 100 МГц. Поэтому быстродействие светодиодов как минимум в 5 раз ниже по сравнению с лазерами;

широкий спектр излучения, составляющий около 60 нм, что также снижает полосу частот вследствие хроматической дисперсии;

низкая эффективность ввода излучения в оптическое волокно, даже для диодов с торцевым излучением.

Перечисленные недостатки приводят к тому, что в настоящее время светодиоды применяются в ВОСПИ с небольшой скорость передачи и используют многомодовые ОВ.

Рис.3 Светодиод

Лазерные диоды

Принципиальным отличием лазерных диодов от светодиодов является наличие в них встроенного оптического резонатора и значительно большее значение тока, называемого током накачки. В лазерных диодах фотоны в основном генерируют посредством стимулированной (вынужденной) эмиссии, заключающейся в том, что фотоны, созданные в результате спонтанной эмиссии, вызывают генерацию дополнительных фотонов путем стимулирования дополнительных рекомбинаций, а те в свою очередь создают дополнительные фотоны, при этом грани кристалла представляют собой полупрозрачные зеркала, ограничивающие объем резонатора.

Физически процесс лазерного излучения заключается в следующем. Если к р- и n-области приложить, соответственно, положительный и отрицательный полюсы источников тока, то дырки начнут инжектировать в область р, а электроны в область n, перемещаясь к активному слою, находящемуся между слоями материала, имеющего большую ширину запрещенной зоны. В результате по обе стороны активного слоя вблизи поверхности возникнут потенциальные барьеры, и находящиеся в нем почти все дырки и электроны рекомбинируют, излучая свет с длиной волны, практически соответствующей ширине запрещенной зоны. При токе инжекции, меньшем I_п, в лазерном диоде возникает только спонтанное излучение, аналогичное излучению светодиода.

Рис.4 Лазерный диод

Список литературы.

Источники оптического излучения. // https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=479238#text© Библиофонд

Источники излучения // https://studfile.net/preview/10063058/page:2/#3

Оптическое излучение // https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.efb33a54-6391c9de-39e09098-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Optical_radiation

Что такое оптическое излучение // https://studfile.net/preview/5787762/page:2/

Источники оптического излучения // https://siblec.ru/telekommunikatsii/fiziko-tekhnologicheskie-osnovy-volokonno-opticheskoj-tekhniki/9-komponenty-i-ustrojstva-dlya-vospi-i-vod/9-1-istochniki-opticheskogo-izlucheniya

Код для цитирования: Скопировать