Оптический волновод.

На основе эффекта полного внутреннего отражения функционирует оптический волновод (waveguide). Эффект реализуется за счет границ материалов с различным показателем преломления: кремния, окиси кремния и воздуха. Волновод удобен для оптических интегральных схем, так как открытый конструктив позволяет формировать в нем электронные элементы: диоды, поглощающие нагрузки и т.п..

Рис. Сечение одномодового оптического волновода и структура поля.

Сопряжение волновода и волокна осуществляется с помощью переходного элемента.

Рис. Элемент сопряжения оптических волновода и волокна.

Световод на фотонном кристалле.

В двумерном фотонном кристалле можно сформировать световод как дорожку, свободную от вертикальных штырей. По аналогии с сетчатыми экранами радиоволн, перпендикулярные подложке штыри будут отражать световые волны, если их размеры сопоставимы с длиной оптической волны, а материал обладает отражающими свойствами.

Рис. Световод на двумерном фотонном кристалле. Хорошо просматривается дорожка между штырями.

Газоразрядные элементы.

Газовый разряд инициируется при относительно большом напряжении. Газоразрядная оптика по мере увеличения возможностей технологии снижает рабочее напряжение и становится более востребованной.

+

-

+

высокое напряжение

-

-

-

Рис. Схема газоразрядной ячейки.

Напряжение, подаваемое на электроды, расположенные в инертном газе с низким давлением, возбуждает и ионизирует атомы газа. Газ становится электропроводящим. Развивается несамостоятельный (темновой) газовый разряд. (1) - область слабого тока - “тихого” разряда. С увеличением напряжения больше 100 В происходит пробой. Это область (2) таундсендовского разряда. В ней при постоянном напряжении между электродами ток может увеличиваться за счет бомбардировки катода положительными ионами.

Uзаж

U

1 2 3 4 5 6

Uгор

10^-9 10 ^-7 10^-5 10^-3 10^-1 10 I (сила тока), А

Рис. Вольт- амперная характеристика газового разряда.

При увеличении тока достигается вторая область с постоянным напряжением разряда (3) - нормальный тлеющий разряд. По мере увеличения тока напряжение между электродами растет (4) - аномальный тлеющий разряд. Дальнейшее увеличение тока приводит к резкому падению напряжения (5) - дуговому разряду. Происходит перераспределение напряжения между электродами газового баллона и внешней цепью. Uзаж – напряжение, необходимое для реализации дугового разряда. Uгор – напряжение, достаточное для поддержания самостоятельного разряда, при меньшем напряжении лампа затухает.

Внешняя энергия электрического поля заставляет электроны занимать более высокие энергетические уровни. В процессе рекомбинации происходит излучение энергии в виде квантов, в том числе и с длиной волны видимого спектра.

Дуговой разряд неона дает оранжевое свечение. Ксенон генерирует ультрафиолетовое (УФ) излучение. Если стенки баллона с ксеноном покрыть пленкой фотолюминофора, то можно преобразовать УФ в видимое излучение. Интенсивность свечения мала, так как крайне низок КПД двойного преобразования.

Рис. Схема газоразрядной ячейки.

Плазменная панель состоит из двух стеклянных обкладок с перфорированной центральной пластиной, образуя множество газовых ячеек. На обкладки нанесены пленочные электроды столбцов и строчек, образуя взаимно ортогональную пару для каждой ячейки. стекло

электроды

перфорированная

пластина

Рис. Эскиз плазменной панели.

Размеры панели могут достигать 3 м с миллионом ячеек. Цветное изображение (триады красного, зеленого и синего) может быть получено с помощью пятен различного люминофора со специфическими режимами возбуждения, реализация которых составляет ноу-хау. Со временем снижается способность люминофора излучать свет, т.е. уменьшается яркость экрана. Срок службы - порядка 10 тыс. часов.

Люминесцентные лампы – наиболее эффективны. Они состоят из следующих основных деталей: стеклянного баллона, наполненного парами ртути и инертным газом (аргоном). На внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Достоинства люминесцентных ламп:  высокая световая отдача (до 80 лм/Вт),  большая долговечность. Недостатки люминесцентных ламп:  относительная громоздкость,  необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве,  чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься). Стробоскопический эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) не уловимыми для глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприятия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения. При неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров. Необходима обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования.

Ячейка Голея. Для измерения интенсивности излучения используется изолированный газовый объем – ячейку с 2-мя доминирующими плоскостями,жесткой и гибкой.

Рис. Ячейка Голея в миниатюрном исполнении.

Жесткая внешняя плоскость предназначена для поглощения излучения. В результате газ нагревается. Объем газа увеличивается, деформируя гибкую внутреннюю плоскость – мембрану. На мембрану нанесена одна из обкладок конденсатора. Деформация мембраны приводит к изменению емкости конденсатора.