Zdroje zářeníZdroje záření

tepelný zdrojtepelný zdroj výbojkyvýbojky elektroluminiscenční diodyelektroluminiscenční diody laserylasery

Parametry zdrojů zářeníParametry zdrojů záření

Tepelný zdrojTepelný zdroj

definované spektrumdefinované spektrum spektrální normál – zdroj typu Aspektrální normál – zdroj typu A ze spektra lze určit teplotu tohoto zdrojeze spektra lze určit teplotu tohoto zdroje

VýbojkyVýbojky

Nízkotlaké – stabilní čárové spektrum ( lze Nízkotlaké – stabilní čárové spektrum ( lze využít pro nastavení spektrálních přístrojů)využít pro nastavení spektrálních přístrojů)

Vysokotlaké – spojité spektrum zasahující Vysokotlaké – spojité spektrum zasahující do UV oblasti do UV oblasti

Spektra nízkotlakých výbojekSpektra nízkotlakých výbojek

Středotlaká výbojkaStředotlaká výbojka Rozšiřování a splývání spektrálních čar diskrétní složky Rozšiřování a splývání spektrálních čar diskrétní složky

spektra při zvyšování tlakuspektra při zvyšování tlaku Spojité spektrum plasmatu ( PSpojité spektrum plasmatu ( Pkk) překrývá stále více ) překrývá stále více

diskrétní složku spektra (Pdiskrétní složku spektra (Pdd))

Spektrum vysokotlaké xenonové výbojky – diskrétní charakter spektra zcela zaniká

Elektroluminiscenční diodyElektroluminiscenční diody

Selektivní zdroje záření pro oblast Selektivní zdroje záření pro oblast vlnových délek 0.4vlnových délek 0.4m až 40m až 40m m

Snadná amplitudová modulaceSnadná amplitudová modulace Modifikací lze dosáhnout dobrých Modifikací lze dosáhnout dobrých

dynamických vlastností ( cca 0.5ns)dynamických vlastností ( cca 0.5ns) lze použít jako selektivní detektor lze použít jako selektivní detektor

(spektrální charakteristika se posune cca (spektrální charakteristika se posune cca o 10nm ke kratším vlnovým délkám)o 10nm ke kratším vlnovým délkám)

Zářivé přechody v polovodičiZářivé přechody v polovodiči

1a – přímý přechod1a – přímý přechod 1b – přes fonon1b – přes fonon 2a – donor/W2a – donor/Wvv

2b – donor/akceptor2b – donor/akceptor 2c – akceptor/W2c – akceptor/Wcc

T – rekombinace,T – rekombinace,

vázaný excitonvázaný exciton

Nezářivé rekombinační procesyNezářivé rekombinační procesy

1 – tepelná ionisace dopantu 1 – tepelná ionisace dopantu 2 – fononová interakce 2 – fononová interakce 3 – nezářivá rekombinace na rekombinačním centru3 – nezářivá rekombinace na rekombinačním centru 4 – Augerova rekombinace4 – Augerova rekombinace

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

excitonová centraexcitonová centra

Polovodiče pro LED a LDPolovodiče pro LED a LD

PN přechod v režimu injekcePN přechod v režimu injekcezářivá rekombinace na PN zářivá rekombinace na PN přechodupřechodu

koncentrace elektronů a koncentrace elektronů a děrděr

profil indexu lomuprofil indexu lomu

hustota fotonů ve struktuřehustota fotonů ve struktuře

struktury LEDstruktury LED

dioda vyzařující z dioda vyzařující z hranyhrany

čelně vyzařující čelně vyzařující strukturystruktury

modifikace směrovosti modifikace směrovosti

Závislost spektra LED na teplotěZávislost spektra LED na teplotě

Závislost spektra LED na injekčním prouduZávislost spektra LED na injekčním proudu

Náhradní odvod LED pro řešení dynamických Náhradní odvod LED pro řešení dynamických vlastnostívlastností

Dynamické vlastnosti ovlivňuje především difúzní kapacita CDynamické vlastnosti ovlivňuje především difúzní kapacita Cdd přechodu, prezentovaná nadbytečným nábojem injektovaným přechodu, prezentovaná nadbytečným nábojem injektovaným do oblasti přechodu.do oblasti přechodu.

CCdd – lze významně snížit zvýšením rychlosti zářivé rekombinace – lze významně snížit zvýšením rychlosti zářivé rekombinace (zvýšením hustoty nábojů – zvětšením injekčního proudu a také (zvýšením hustoty nábojů – zvětšením injekčního proudu a také i zvětšením podílu nezářivé rekombinace – zvýšení dotace i zvětšením podílu nezářivé rekombinace – zvýšení dotace oblasti PN přechodu )oblasti PN přechodu )

Zlepšení dynamických Zlepšení dynamických vlastností LED zvýšením vlastností LED zvýšením hustoty náboje – zvětšením hustoty náboje – zvětšením proudové hustotyproudové hustoty

Zlepšení dynamických Zlepšení dynamických vlastností LED zvýšením vlastností LED zvýšením dotace pdotace poo(cm(cm-3-3) rekombinační ) rekombinační

oblasti a zmenšením její oblasti a zmenšením její tloušťky dtloušťky drr

LaserLaser

OscilátorOscilátor aktivní prostředí = aktivní prostředí = selektivníselektivní zesilovač zesilovač rezonátor = rezonátor = selektivníselektivní zpětná vazba - určuje zpětná vazba - určuje

vlnovou délku generovaného zářenívlnovou délku generovaného záření

ZesilovačZesilovač aktivní prostředí = aktivní prostředí = selektivníselektivní zesilovač zesilovač potlačení zpětné vazby – směrový členpotlačení zpětné vazby – směrový člen potlačení složky spontánní emise (široké potlačení složky spontánní emise (široké

spektrum=šum) selektivním filtrem pro spektrum=šum) selektivním filtrem pro úzkopásmový zesilovaný signál.úzkopásmový zesilovaný signál.

Stabilita vlnové délky zářeníStabilita vlnové délky záření

Aktivní prostředíAktivní prostředí

Velké zesílení = Velké zesílení = široká spektálníširoká spektální čára = vlnová čára = vlnová délka záření dána rezonátoremdélka záření dána rezonátorem

Úzká spektrální čáraÚzká spektrální čára = prostředí není aktivní – = prostředí není aktivní – nezesiluje, vlnová délka záření je však určena nezesiluje, vlnová délka záření je však určena vysoce stabilním kvantovým přechodem nikoliv vysoce stabilním kvantovým přechodem nikoliv rezonátorem rezonátorem → vysoce stabilní kmitočtové → vysoce stabilní kmitočtové normálynormály

LaseryLasery

Zdroje koherentního záření Zdroje koherentního záření ( 10nm -Roentgenovské lasery až 1cm - ( 10nm -Roentgenovské lasery až 1cm - lasery s volnými elektrony)lasery s volnými elektrony)

amplitudová (pulzní i analogová), amplitudová (pulzní i analogová), frekvenční i fázová modulace.frekvenční i fázová modulace.

realizace vysoce stabilních kmitočtových realizace vysoce stabilních kmitočtových normálů. normálů.

úprava na zesilovačúprava na zesilovač

druhy laserůdruhy laserůlaserlaser rozsahrozsah poznámkapoznámka

s volnými s volnými elektronyelektrony

200nm až 1cm200nm až 1cm rozsah, přeladitelnost, monstrum,rozsah, přeladitelnost, monstrum,

ne kvantovýne kvantový

iontovýiontový UV od 300nmUV od 300nm nízká životnost, viditelná oblastnízká životnost, viditelná oblast

s kovovými s kovovými paramiparami

dttodtto dttodtto

neutrální atomyneutrální atomy 0,40,4m až 3m až 3m m dobrá stabilita vln. délkydobrá stabilita vln. délky

molekulovémolekulové 100nm (excimer, N100nm (excimer, N22) až ) až

100100mmtéměř libovolná vln. délkatéměř libovolná vln. délka

barvivovébarvivové od UVod UV laditelné lasery, problém – životnostladitelné lasery, problém – životnost

náhrada diel. laserynáhrada diel. lasery

dielektrickédielektrické od cca 0,4od cca 0,4m, možnost m, možnost násobení na nelin. opt. násobení na nelin. opt. prostředí, zesilovačeprostředí, zesilovače

některé ionty umožňují širokou některé ionty umožňují širokou přeladitelnost – Tipřeladitelnost – Ti3+3+

polovodičové polovodičové injekčníinjekční

0,40,4m až 40m až 40mm přímo modulovatelné lasery /22GHz/ přímo modulovatelné lasery /22GHz/ modulace amplitudy, opt. kmitočtu a modulace amplitudy, opt. kmitočtu a fáze, laditelné lasery, opt. pamětifáze, laditelné lasery, opt. paměti

polovodičové polovodičové

elektron. svazekelektron. svazek

UV oblastUV oblast nelze-li realizovat PN nebo MS nelze-li realizovat PN nebo MS přechodpřechod

Laser s volnými elektronyLaser s volnými elektrony

Dusíkový laserDusíkový laser

Injekční laseryInjekční laserypravděpodobnost procesu stimulované emisepravděpodobnost procesu stimulované emise

WWstimstim=B=Bρσρσ

σσ - hustota nosičů náboje schopných - hustota nosičů náboje schopných

zářivé rekombinacezářivé rekombinace ρρ – hustota fotonů – hustota fotonů B – konstanta pro polovodičB – konstanta pro polovodič

Aktivní oblastAktivní oblast

Objemový polovodičObjemový polovodič MQW multi quantum wellMQW multi quantum well SQW single quantum wellSQW single quantum well

strukturastruktura výhody výhody nevýhodynevýhody

objemováobjemová cenacena Vyšší prahový proud, nižší Vyšší prahový proud, nižší účinnostúčinnost

SQWSQWnižší prahový proudnižší prahový proud

kratší vlnové délkykratší vlnové délkydražší technologie, nižší dražší technologie, nižší součin součin σρσρ než u MQW než u MQW

MQWMQWještě nižší prahový proudještě nižší prahový proud

kratší vlnové délkykratší vlnové délkycena cena

Injekční laseryInjekční lasery

Poškození zrcadla rezonátoru absorbovaným výkonem

Vymezení šířky aktivní oblastiVymezení šířky aktivní oblasti

rezonátorrezonátor

Fabry – Perot – štěpné plochy monokrystaluFabry – Perot – štěpné plochy monokrystalu DBR – distribuované Braggovo zrcadloDBR – distribuované Braggovo zrcadlo DFB – distribuovaná zpětná vazbaDFB – distribuovaná zpětná vazba

Vlastnosti injekčních laserůVlastnosti injekčních laserů

Modová struktura podélné, transverzální a Modová struktura podélné, transverzální a laterální modylaterální mody

Šířka spektrální čáry Šířka spektrální čáry Vyzařovací charakteristikaVyzařovací charakteristika Možnosti modulace - amplituda, kmitočet, Možnosti modulace - amplituda, kmitočet,

fáze fáze

šířka spektrálníčáry laserušířka spektrálníčáry laseru

Šířka spektrální čáry Šířka spektrální čáry závisí na vlastnostech závisí na vlastnostech rezonátoru (rezonátoru (ΔνΔνr r je je

šířka spektrální čáry šířka spektrální čáry rezonátoru) rezonátoru) a výkonu a výkonu v módu Pv módu Pmm::

T

m

r

mB

P

2

Amplitudová modulaceAmplitudová modulace

pulznípulzní

analogováanalogová

Kmitočtová a fázová modulace v Kmitočtová a fázová modulace v DBR laseru se třemi sekcemiDBR laseru se třemi sekcemi

Laditelný DFB laser

Šířka spektrální čáryŠířka spektrální čáry

Dielektrické laseryDielektrické lasery

V dielektrických laserech je aktivní prostředí V dielektrických laserech je aktivní prostředí tvořeno aktivními ionty rozptýlenými v tvořeno aktivními ionty rozptýlenými v krystalové matrici nebo v tuhém roztoku, ionty krystalové matrici nebo v tuhém roztoku, ionty musí být navzájem odstíněny – izoloványmusí být navzájem odstíněny – izolovány

Aktivní prostředí může být ve tvaru tyče, Aktivní prostředí může být ve tvaru tyče, vláknového nebo kanálkového vlnovodu.vláknového nebo kanálkového vlnovodu.

Dielektrický laserDielektrický laser

A – aktivátorK – koaktivátorZC – zhášecí centrumBC – barevné centrum

Tříhladinový systémTříhladinový systém

Čtyřhladinový systémČtyřhladinový systém

Aktivní ionty v oxidové matriciAktivní ionty v oxidové matrici

Aktivní ionty ve fluoridové matriciAktivní ionty ve fluoridové matrici

Stabilizace externím rezonátoremStabilizace externím rezonátorem

Stabilizace na absorpční spektrum jóduStabilizace na absorpční spektrum jódu