18. Газовые лазеры. Источники излучения. Устройства для генерации оптического излучения.

Для генерации оптического излучения используется 2 метода:

-тепловое излучение нагретых до высоких температур тел

-использование одного из видов люминисценции. Лиминисценция- нетепловое электромагнитное излучение, которое сохраняется некоторое время после окончания возбуждения атомов.

Недостатки теплового излучения:

-используется ограничено

-широкий спектр излучения

-отсутствие направленности излучения

-низкий КПД

-несовместимость с интегральной технологией

-высокая инерционность.

Достоинства люминисцентного излучения:

-низкий спектр излучения

-большое количество способов возбуждения атомов.

Наибольшее применение нашли следующие типы люминисценции:

-электролюминисценция

-фотолюминисценция

-катодолюминисценция

Активным веществом является углекислый газ, аргон, гелий. При возбуждении атома используется разряд в газе. Длина газоразрядной трубки составляет десятки сантиметров, бывает достигает величины более 1 м. Это позволяет добиться расходимости луча в несколько угловых минут.

Достоинства:

-самые узконаправленные лазеры

-высокая когерентность

-самая высокая мощность излучения

Недостатки:

-крупные габариты

-низкий КПД.

-необходимость высоковольтного питания

Применяться в крупногабаритном оборудовании.

19. Полупроводниковые лазеры.

В них используются кристаллы полупроводниковых материалов. Полупроводниковый лазер поход на излучающий диод и при небольших токах работает как светодиод. Две противоположные грани кристалла делаются зеркально отражающими, и при увеличении прямого тока до определенного порогового значения появляется когерентное лазерное излучение, за счет превышения числа возбужденных атомов.

Используются кристаллы размером 0,5 мм и менее, это влечет за собой большую расходимость луча(до 50 угловых единиц)(НЕДОСТАТОК).

Характеристики таких лазеров:

-Uпит 1,5-3в

-КПД=до 20%

-мощность излучения от 10 до 100мВт

Применяются в оптических линиях связи.

20. Приемники излучения(фотоприемники).

Фотоприемники- это устройство, предназначенное для преобразования оптического сигнала в электрический.

Под действием оптического излучения происходит изменение электрических параметров фотоприемника за счет образования дополнительных свободных носителей заряда.

Различают следующие виды фотоприемников:

-фотоэлемент -фотодиод п-н типа

-фотодиод п-и-н типа -фоторезистор

-фототранзитор -фототеристор

Фотоэлемент- это электронный прибор преобразующий световую энергию в электрическую.

Действие фотоэлемента , основывается на двух процессах:

-фотоэлектронной эмиссии- это внешний фотоэффект, выделение электронов твердыми телами и жидкостями под действием фотонов в вакуум или другие среды.

Основа на 3 последовательных действиях:

1)поглощение фотона, и появление электрона с высокой энергией

2)движение электрона к поверхности, при котором часть энергии может рассеиваться.

3)выход электрона в другую среду через поверхность раздела.

Фотоэлемент , действие которого основано на действии фотоэлектронной эмиссии представляет собой электровакуумный прибор с двумя электродами: фотокатодом и анодом.

Световой поток, падающий на фотокатод вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности, при замыкании цепи фотоэлементов, в ней протекают фототок пропорциональный световому потоку.

-внутреннем фотоэффекте- это процесс перераспределения электронов по энергетическим уровням в конденсированной среде под действием излучения.

Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте- это полупроводниковый прибор с галогенным электронно- дырочным переходом(п-н)или полупроводниковым гетеро переходом(контакт двух различных по химическому составу двух полупроводников, или контактом метлл-проводник).

Поглощение оптического излучения в таких фотоэлементах приводит в увеличению числа свободных носителей заряда внутри полупроводника. Под действием электрического поля перехода, носителя заряда пространственно разделяются, в результате между слоями возникает фото ЭДС.

Основные параметры и характеристики фотоэлемента:

1. Чувствительность- это отношение величины фототока к величине светового потока вызывающего его. Фотоэлемент реагирует на интенсивность светового потока и на его частоту, поэтому различают чувствительность по интенсивности и спектральную.

По интенсивности(интегральная) характеризует способность фотоэлемента реагировать на воздействие светового потока, содержащего колебания различных частот.

Спектральная чувствительность- способность фотоэлемента реагировать на световой поток , содержащий колебания одной частоты.

Чувствительность падает со временем, для восстановления чувствительности, фотоэлемент помещают в темное место.

2. Вольт –амперная характеристика- зависимость фототока от напряжения.

3. КПД.

Применение фотоэлемента:Чаще всего для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую(солнечные батареи).