Zdroje záření tepelný zdroj výbojky elektroluminiscenční diody lasery

Parametry zdrojů záření

Tepelný zdroj definované spektrum spektrální normál – zdroj typu A ze spektra lze určit teplotu tohoto zdroje

Výbojky Nízkotlaké – stabilní čárové spektrum ( lze využít pro nastavení spektrálních přístrojů) Vysokotlaké – spojité spektrum zasahující do UV oblasti

Spektra nízkotlakých výbojek

Středotlaká výbojka Rozšiřování a splývání spektrálních čar diskrétní složky spektra při zvyšování tlaku Spojité spektrum plasmatu ( Pk) překrývá stále více diskrétní složku spektra (Pd)

Spektrum vysokotlaké xenonové výbojky – diskrétní charakter spektra zcela zaniká

Elektroluminiscenční diody Selektivní zdroje záření pro oblast vlnových délek 0.4m až 40m Snadná amplitudová modulace Modifikací lze dosáhnout dobrých dynamických vlastností ( cca 0.5ns) lze použít jako selektivní detektor (spektrální charakteristika se posune cca o 10nm ke kratším vlnovým délkám)

Zářivé přechody v polovodiči 1a – přímý přechod 1b – přes fonon 2a – donor/Wv 2b – donor/akceptor 2c – akceptor/Wc T – rekombinace, vázaný exciton

Nezářivé rekombinační procesy 1 – tepelná ionisace dopantu 2 – fononová interakce 3 – nezářivá rekombinace na rekombinačním centru 4 – Augerova rekombinace

Zvýšení učinnosti zářivé rekombinace v nepřímém polovodiči dotací dusíkem – dusík vytváří excitonová centra

Polovodiče pro LED a LD

PN přechod v režimu injekce zářivá rekombinace na PN přechodu koncentrace elektronů a děr profil indexu lomu hustota fotonů ve struktuře

struktury LED dioda vyzařující z hrany čelně vyzařující struktury

modifikace směrovosti

Závislost spektra LED na teplotě

Závislost spektra LED na injekčním proudu

Náhradní odvod LED pro řešení dynamických vlastností Dynamické vlastnosti ovlivňuje především difúzní kapacita Cd přechodu, prezentovaná nadbytečným nábojem injektovaným do oblasti přechodu. Cd – lze významně snížit zvýšením rychlosti zářivé rekombinace (zvýšením hustoty nábojů – zvětšením injekčního proudu a také i zvětšením podílu nezářivé rekombinace – zvýšení dotace oblasti PN přechodu )

Zlepšení dynamických vlastností LED zvýšením hustoty náboje – zvětšením proudové hustoty Zlepšení dynamických vlastností LED zvýšením dotace po(cm-3) rekombinační oblasti a zmenšením její tloušťky dr

Laser Oscilátor Zesilovač aktivní prostředí = selektivní zesilovač rezonátor = selektivní zpětná vazba - určuje vlnovou délku generovaného záření Zesilovač potlačení zpětné vazby – směrový člen potlačení složky spontánní emise (široké spektrum=šum) selektivním filtrem pro úzkopásmový zesilovaný signál.

Stabilita vlnové délky záření Aktivní prostředí Velké zesílení = široká spektální čára = vlnová délka záření dána rezonátorem Úzká spektrální čára = prostředí není aktivní – nezesiluje, vlnová délka záření je však určena vysoce stabilním kvantovým přechodem nikoliv rezonátorem → vysoce stabilní kmitočtové normály

Lasery Zdroje koherentního záření ( 10nm -Roentgenovské lasery až 1cm - lasery s volnými elektrony) amplitudová (pulzní i analogová), frekvenční i fázová modulace. realizace vysoce stabilních kmitočtových normálů. úprava na zesilovač

druhy laserů laser rozsah poznámka s volnými elektrony 200nm až 1cm rozsah, přeladitelnost, monstrum, ne kvantový iontový UV od 300nm nízká životnost, viditelná oblast s kovovými parami dtto neutrální atomy 0,4m až 3m dobrá stabilita vln. délky molekulové 100nm (excimer, N2) až 100m téměř libovolná vln. délka barvivové od UV laditelné lasery, problém – životnost náhrada diel. lasery dielektrické od cca 0,4m, možnost násobení na nelin. opt. prostředí, zesilovače některé ionty umožňují širokou přeladitelnost – Ti3+ polovodičové injekční 0,4m až 40m přímo modulovatelné lasery /22GHz/ modulace amplitudy, opt. kmitočtu a fáze, laditelné lasery, opt. paměti polovodičové elektron. svazek UV oblast nelze-li realizovat PN nebo MS přechod

Laser s volnými elektrony

Dusíkový laser

Injekční lasery pravděpodobnost procesu stimulované emise Wstim=Bρσ σ - hustota nosičů náboje schopných zářivé rekombinace ρ – hustota fotonů B – konstanta pro polovodič

Aktivní oblast Objemový polovodič MQW multi quantum well SQW single quantum well struktura výhody nevýhody objemová cena Vyšší prahový proud, nižší účinnost SQW nižší prahový proud kratší vlnové délky dražší technologie, nižší součin σρ než u MQW MQW ještě nižší prahový proud

Injekční lasery

Poškození zrcadla rezonátoru absorbovaným výkonem

Vymezení šířky aktivní oblasti

rezonátor Fabry – Perot – štěpné plochy monokrystalu DBR – distribuované Braggovo zrcadlo DFB – distribuovaná zpětná vazba

Vlastnosti injekčních laserů Modová struktura podélné, transverzální a laterální mody Šířka spektrální čáry Vyzařovací charakteristika Možnosti modulace - amplituda, kmitočet, fáze

šířka spektrálníčáry laseru Šířka spektrální čáry závisí na vlastnostech rezonátoru (Δνr je šířka spektrální čáry rezonátoru) a výkonu v módu Pm:

Amplitudová modulace pulzní analogová

Kmitočtová a fázová modulace v DBR laseru se třemi sekcemi

Laditelný DFB laser

Šířka spektrální čáry

Dielektrické lasery V dielektrických laserech je aktivní prostředí tvořeno aktivními ionty rozptýlenými v krystalové matrici nebo v tuhém roztoku, ionty musí být navzájem odstíněny – izolovány Aktivní prostředí může být ve tvaru tyče, vláknového nebo kanálkového vlnovodu.

Dielektrický laser

A – aktivátor K – koaktivátor ZC – zhášecí centrum BC – barevné centrum

Tříhladinový systém

Čtyřhladinový systém

Aktivní ionty v oxidové matrici

Aktivní ionty ve fluoridové matrici

Stabilizace externím rezonátorem

Stabilizace na absorpční spektrum jódu