Zdroje záření tepelný zdroj výbojky elektroluminiscenční diody lasery.

Prezentace na téma: "Zdroje záření tepelný zdroj výbojky elektroluminiscenční diody lasery."— Transkript prezentace:

1 Zdroje záření tepelný zdroj výbojky elektroluminiscenční diody lasery

2 Parametry zdrojů záření

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

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

5 Spektra nízkotlakých výbojek

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

7 Spektrum vysokotlaké xenonové výbojky –
diskrétní charakter spektra zcela zaniká

8 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)

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

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

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

12 Polovodiče pro LED a LD

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

14 struktury LED dioda vyzařující z hrany čelně vyzařující struktury

15 modifikace směrovosti

16 Závislost spektra LED na teplotě

17 Závislost spektra LED na injekčním proudu

18 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 )

19 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

20 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.

21 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

22 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

23 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

24 Laser s volnými elektrony

25 Dusíkový laser

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

27 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

28 Injekční lasery

29 Poškození zrcadla rezonátoru absorbovaným výkonem

30 Vymezení šířky aktivní oblasti

31

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

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

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

35 Amplitudová modulace pulzní analogová

36 Kmitočtová a fázová modulace v DBR laseru se třemi sekcemi

37 Laditelný DFB laser

38

39 Šířka spektrální čáry

40

41 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.

42 Dielektrický laser

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

44 Tříhladinový systém

45 Čtyřhladinový systém

46 Aktivní ionty v oxidové matrici

47 Aktivní ionty ve fluoridové matrici

48 Stabilizace externím rezonátorem

49

50 Stabilizace na absorpční spektrum jódu

51