Transcript Emisja światła

Widzialny zakres fal
elektromagnetycznych
Ultrafiolet
Podczerwień
Widmowa gęstość mocy (jed. wzgl.)
Widma dla różnych źródeł światła
Długość fali [nm]
Widmowa gęstość mocy = widmowa zdolność emisyjna
Linie wodoru w zakresie
widzialnym
Źródła światła widzialnego
Lampa fluorescencyjna
Pary rtęci
Elektroda
Elektroda
Laser rubinowy
???
Garnek jako źródło światła
Color Temperature
Emisja ciała doskonale czarnego
???
max
 max  1
R [1013 W/m3]
T
4
R calk  T
[nm]
R - widmowa zdolność emisyjna
Czarne może świecić!
R   s  mJ  m 

2

()
()
J m 
3
Wzór Plancka …
c
c
1
5
R    ()  (8hc /  )
4
4
exp[hc / kT]  1

- gęstość energii „we wnętrzu” ciała doskonale czarnego
1
()  (8 / c )h
exp[h / kT]  1
2
3
Związek prawa Wiena i prawa Stefana – Boltzmana
Ze wzorem Plancka
S oznacza tu ()
Applications of the Planck Radiation Formula
Atom jako elementarne źródło
światła
Przejścia
promieniste w atomie wodoru
Emisja i absorpcja światła w atomie
Absorpcja
Emisja
Electron Excitation and Emission
Oddziaływanie światła z atomem
• Absorpcja – pochłonięcie fotonu o odpowiedniej
energii; silne pole - większe
prawdopodobieństwo
• Emisja spontaniczna – przypadkowy moment,
przypadkowy kierunek
• Emisja wymuszona – wyzwalana przez przejście
fotonu o odpowiedniej energii; foton wymuszony
jest identyczny jak wymuszający, silne pole większe prawdopodobieństwo
Atom-Light Interactions
Co to jest laser ?
Light
amplification by
stimulated
emission of
radiation
Laser = ośrodek aktywny z inwersją obsady +
+ sprzężenie zwrotne (rezonator)
Narastanie lawiny czyli rozwój akcji
laserowej
Zwierciadło
Zwierciadło
http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl Lasers
Inwersja obsady, czyli…
Population Inversion
http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl
warunek wzmocnienia
A także zrozumienia i zaliczenia
Laser rubinowy
Al2O3 domieszkowany chromem
Wiązka
światła
Lampa błyskowa
http://science.howstuffworks.com/laser5.htm
Absorpcja
Pompowanie lasera rubinowego
Układ poziomów dla jonów chromu
w laserze rubinowym
Energia [eV]
Relaksacja bezpromienista
Stan metastabilny E2
Foton
694.3 nm
Absorpcja
Emisja wymuszona
Stan podstawowy E1
Układ poziomów w laserze He-Ne
Hel
Zderzenie
Emisja
wymuszona
Emisja
spontaniczna
Absorpcja
Rezonator lasera i jego funkcje
Rura lasera
Zwierciadło
płaskie
R=100%
Zwierciadło
wklęsłe
R=99%
Rezonator zapewnia: sprzężenie zwrotne + kształtowanie wiązki
Lasery półprzewodnikowe
Od poziomów energetycznych w atomie do
pasm energetycznych w krysztale
Energia
Poziom 2
Pasma energetyczne
Poziom 1
Odległość atomów
Pasmo, czyli zbiór poziomów
energetycznych
Poziomy puste
(poziom Fermiego)
Poziomy zapełnione
Funkcja Fermiego dla T>0 K
Teoria pasmowa ciała stałego
Energia elektronów
Pasmo
przewodzenia
Pasmo
przewodzenia
Pasmo
walencyjne
Izolator
Pasmo
walencyjne
Półprzewodnik
Pasmo
przewodzenia
Pasmo
walencyjne
Metal
Krzem i jego własności
How Semiconductors
Work
Pasma energetyczne dla krzemu
0K
Pasmo przewodnictwa
Poziom Fermiego
Pasmo walencyjne
Typ n
„wolny” elektron
„wolny” elektron
Pasmo przewodzenia
Poziomy
donorowe
Pasmo walencyjne
Typ p
Pasmo przewodzenia
Dziura
Dziura
Poziomy
akceptorowe
Pasmo walencyjne
Złącze p-n
Energia
elektron
dziura
What is a Diode?
Polaryzacja w kierunku
przewodzenia
Polaryzacja w kierunku zaporowym
Prąd nie płynie
Charakterystyka prądowo napięciowa
złącza p-n
Napięcie
przebicia
Polaryzacja
zaporowa
Polaryzacja
przewodzenia
Diody elektroluminescencyjne
- rekombinacja promienista
Świecenie na złączu p-n
• Złącze p-n spolaryzowane w
kierunku przewodzenia
• Energia emitowanego
promieniowania pochodzi z
rekombinacji pary dziura–
elektron w półprzewodniku
• Elektron i dziura spotykając się
w obszarze złącza mogą ulec
rekombinacji promienistej energia w całości lub większej
części jest przekazywana
fotonowi i wraz z nim
wypromieniowana
kierunek przepływu prądu
+
–
kierunek ruchu elektronów
P
N
How Can a Diode Produce Light?
Charakterystyki widmowe lasera
półprzewodnikowego
• poniżej progu wzbudzenia
– dioda
elektroluminescencyjna
• powyżej progu wzbudzenia
– dioda laserowa
dioda laserowa
 = 0,15 [nm]
 = 4,5 [nm]
dioda
elektroluminescencyjna
0,851
0,849
0,847
0,845
0,843
0,841
0,839
 [m]