Современная оптика — практика

Светодиоды

Светодиоды — полупроводниковые источники некогерентного оптического излучения, принцип действия которых основан на явлении электролюминесценции при инжекции не основных носителей заряда через гомо или гетеро переход.

Как правило, светодиоды работают в спектральном диапазоне 0,4… 1,6 мкм Приборы, излучающие в видимом диапазоне, принято называть светоизлучающими диодами СИД (в этом названии слово свет употребляется в узком смысле)- В своем большинстве они используются как индикаторы для отображения информации. а также как малоинерционные источники света для генерации световых импульсов малой длительности. Приборы, излучающие в ближней инфракрасной области спектра, принято называть ИК светодиодами.

Они, как правило, предназначены для работы в качестве источников излучения в различного рода оптоэлектронных устройствах, в системах автоматического контроля, в датчиках, в системах накачки, ИК подсветки т. п. Более высокая по сравнению с лазерами надежность и стабильность характеристик а также сравнительно простая конструкция светодиодов делают их особенно подходящими для систем связи короткие расстояния при невысокой информационной пропуск ной способности.

Светодиоды работают при пропускании через них тока в пря мом направлении. В светодиоде важно обеспечить такие условия, чтобы рекомбинация инжектированных не основных носителей заряда происходила излучательным путем. Рабочее напряжение, которое необходимо приложить к переходу, определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материал. и уровнем его легирования.

Основные достоинства светодиодов как видимого, так и ИК диапазонов обусловлены возможностью непосредственного преобразования электрической энергии в световую с высокой эффективностью. Поэтому важными характеристиками светодиодов являются эффективность и спектральный состав излучения. Эффективность. Спонтанное излучение генерируется в активной области вблизи перехода и испускается изотропно во все направления.

Оказалось, что к качеству полупроводниковых материалов, предназначенных для изготовления светодиодов. предъявляются еще более жесткие требования, чем к материалам для обычных полупроводниковых приборов типа диодов и транзисторов. В первую очередь такие материалы должны содержать минимум дефектов, в том числе глубоких центров, на которых происходит эффективная безызлучательная рекомбинация.

Важно, чтобы скорость излучательной рекомбинации превышала скорость безызлучательной. Это условие значительно проще выполнить в прямозонных полупроводниках, поскольку вероятности излучательных переходов там существенно выше, чем в не прямозонных материалах. По этой причине для изготовления свето диодов предпочтительней использовать полупроводники с пря мой структурой энергетических зон. Однако круг материалов, на основе которых могут быть изготовлены светодиоды, весьма ограничен.
Читать далее

Двухэлектродная лампа

Двухэлектродная лампа (так называемый диод), впервые предложенная в 1904 г., является простейшей электронной лампой. У нее всего два электрода накаленный катод, служащий источником свободных электронов, и анод, к которому эти электроны движутся под действием приложенного напряжения.

Чем выше температура катода, тем больше начальная скорость электронов (средняя кинетическая энергия электронов равна 2kT, где k постоянная Больцмана), т. е. тем большее вдело их обладает сравнительно большими скоростями. Имея определенную начальную скорость, электроны даже при потенциале анода, немного меньшем потенциала катода, могут преодолевать тормозящее поле и долететь до анода, создавая в цепи анода небольшой величины «начальный» ток.

Величина «.начального» тока о зависит также от расстояния между анодам и катодом, а именно, чем ближе расположены они друг к другу, тем больше электронов попадает «а анод при отсутствии анодного напряжения. Тормозящий электроны отрицательный потенциал играет в этом случае роль как бы добавочной работы выхода для электронов, идущих из катода.

Рассмотрим, как изменяется потенциал между катодом и анодом, если последние представляют собой безграничные параллельные плоскости. Примем потенциал катода равным нулю, а потенциал анода равным Ua. Если катод не накален, то электронная эмиссия отсутствует, и распределение потенциала в междуэлектродном пространстве оказывается линейным (кривая ).

Если катод нагреть до высокой температуры, то из его поверхности начнут вылетать электроны, которые под действием приложенного анодного напряжения будут двигаться к аноду. Каждый электрон имеет элементарный отрицательный заряд ( е), поэтому все электроны, заполняющие междуэлектродное пространство, составляют распределенный в пространстве отрицательный пространственный или объемный заряд.

Этот отрицательный пространственный заряд понижает общий положительный потенциал между катодом и анодом. При этом распределение потенциала уже не останется линейным (кривая 2), но все же, если объемный заряд невелик, то во всех точках поля действует ускоряющее поле, под действием которого все электроны, покидающие поверхность катода, достигают поверхности анода.

В дальнейшем рассмотрении мы оставляем накал катода неизменным (число электронов, выходящих из катода, постоянно), и будем изменять только величину потенциала анода. Уменьшим потенциал анода (кривая 3) так, чтобы кривая распределения потенциала, искривляясь еще более, все же осталась еще всюду положительной, но касательной в начале координат.

В дальнейшем сопротивление катода возрастает и ток :падает, но в первый момент его необходимо как либо ограничить. Обычно для отграничения «пускового» тока последовательно с нитью макала включается сопротивление, которое может служить либо дли ручной регулировки тока накала лампы, либо действует автоматически и представляет собой специальный электровакуумный прибор термистер.
Электродная лампа

Электропроводность

Теория электроосмотического скольжения. Простейший случай электроосмоса скольжение жидкости вдоль безграничной равномерно заряженной плоскости под влиянием тангенциального электрического поля. Пусть для определенности стенка заряжена отрицательно, а диффузная часть двойного слоя соответственно положительно. Покажем, что силу, действующую на ионы диффузного слоя, можно рассматривать как силу, приложенную непосредственно к объему жидкости, содержащей эти ионы.

Условием стационарного движения иона является равенство нулю суммарной силы, действующей на ион. Это означает, что сила вязкого сопротивления жидкости движению иона уравновешивает приложенную к нему электрическую силу. Следовательно, по закону Ньютона (действие равно противодействию), приложенная к ионам со стороны электрического поля сила в стационарном режиме полностью переносится на жидкость.

К слою жидкости, ограниченному плоскостями х и х + dx (х расстояние до плоскости скольжения), приложена сила Ере» dxS (S площадь поверхности слоя). Непосредственно у плоскости скольжения скорость движения жидкости равна нулю (слой жидкости, заключенный между стенкой и плоскостью скольжения, не вовлекается в движение), а затем по мере удаления от поверхности скорость тангенциального движения монотонно возрастает вплоть до внешней границы двойного слоя, поскольку направление действующих сил по всему сечению слоя одинаково.

Произведя повторное интегрирование в тех же пределах, константу интегрирования определяют таким образом, чтобы у плоскости скольжения скорость обращалась в нуль. Важно подчеркнуть, что электроосмотическое скольжение определяется не полным скачком потенциала в диффузной части ДС tyd, а лишь его частью, характеризующей перепад потенциала в подвижной части ДС, поэтому -потенциал и называют электрокинетическим.

Соответственно этому электрокинетические измерения несут информацию не о заряде поверхности, а лишь о его части. Этот заряд называют электрокинетическим. Если в объеме тела заряды отсутствуют, то электрокинетический заряд можно представить как разность плотности поверхностного заряда и соответствующего заряда граничного слоя.

Лишь в том случае, когда граничный слой отсутствует, электрокинетический заряд совпадает с поверхностным зарядом. При этом следует учитывать вклад противо ионов, адсорбируемых в слое Штерна в поверхностный заряд. Теория электроосмотического скольжения может быть развита и на основе модели II строения граничного слоя.. Изложенный в начале параграфа вывод в этом случае должен быть обобщен посредством учета зависимостей е (х) и Т) (х).

Таким образом, вид формул, описывающих электроосмотическое скольжение, не зависит от выбора моделей (I III). Выбор модели влияет только на интерпретацию экспериментально определяемого потенциала t,»bS. Поэтому, хотя излагаемая в следующих параграфах теория электрокинетических явлений развивалась применительно к простой модели I, полученные результаты в известной степени пригодны и для моделей II и III.
Читать статью