Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКОВ ИЗЛУЧЕНИЙ Тема ИСТОЧНИКИ НЕКОГЕРЕНТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО. - презентация

1 Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКОВ ИЗЛУЧЕНИЙ Тема ИСТОЧНИКИ НЕКОГЕРЕНТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧ И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНОВ

2 ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН = с /

3 ИСТОЧНИКИ СВЧ - ДИАПАЗОНА ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ КЛИСТРОН (от греч. klýzo ударять) Положение электронов между сетками Разность потенциалов между сетками

4 ИСТОЧНИКИ СВЧ - ДИАПАЗОНА МАГНЕТРОН СХЕМА МАГНЕТРОНА СО СПЛОШНЫМ АНОДОМ. К - катод; А - анод; С 1, С 2, L - элементы колебательного контура; L 1, L 2, L 3 -дроссели; D-контур индикации колебаний

5 ИСТОЧНИКИ СВЧ - ДИАПАЗОНА ТРАЕКТОРИИ ЭЛЕКТРОНОВ В МАГНЕТРОНЕ СО СПЛОШНЫМ АНОДОМ ЗАВИСИМОСТЬ ТОКА НА АНОД ОТ ВЕЛИЧИНЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Частота вращения электронов e = eH/mc

6 ИСТОЧНИКИ СВЧ - ДИАПАЗОНА КОНСТРУКЦИЯ МНОГОРЕЗОНАТОРНОГО МАГНЕТРОНА Частота излучения от 300 МГц до МГц. Мощность непрерывного излучения до 20 кВт КПД - до 80 %

7 ТЕПЛОВЫЕ (НАКАЛИВАЕМЫЕ) ИСТОЧНИКИ СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА За пределами атмосферы; 2. - На уровне моря

8 ТЕПЛОВЫЕ (НАКАЛИВАЕМЫЕ) ИСТОЧНИКИ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ Спектр - сплошной. КПД менее %. Т нити накала - не более 2000 К (из-за испарения). В галогенные лампы вводят йод (брома), который на поверхности колбы (573 К) соединяется с испаренным вольфрамом и образует галогенид вольфрама. На нагретой нити вольфрам восстанавливается из галогенида. Удлиняется срок службы при температурах нити до 3400 К.

9 ТЕПЛОВЫЕ (НАКАЛИВАЕМЫЕ) ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ИСТОЧНИКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ШТИФТ НЕРНСТА. 3 - цилиндр из окислов циркония и иттрия. Рабочие температуры - до 2000 К. ИК

10 ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМПА СОЛНЦЕ РТУТНО-КВАРЦЕВАЯ ЛАМПА СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 1-колба, 2-инертный газ, 3-вводы, 4-основной электрод, 5-электрод поджига, 6-кварцевая газоразрядная трубка с парами ртути, 7-ограничительное сопротивление, 8-цоколь

11 Флуоресцентные газоразрядные лампы

12 Металлогалогенные газоразрядные лампы

13 Эффективность источников света (люмен на ватт )

14 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕТОДИОДЫ LED (Light Emitting Diode)

15 Статистика Ферми-Дирака Распределение вероятности заполнения f(E) состояния с энергией E Зонная структура полупроводников

16 Полупроводниковый диод

17 Полупроводниковый p-n переход N тип P тип При контакте – диффузия носителей тока Поле объемного заряда Энергия Скачок потенциала + -

18 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ( СВЕТОДИОДЫ ) РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗОН И УРОВНЯ ФЕРМИ В СВЕТОДИОДЕ С p- i - n ПЕРЕХОДОМ При прямом токе в область объемного заряда ( i ) инжектируются избыточные носители. В результате межзонной рекомбинации носителей энергия выделяется в виде световых квантов (излучательная рекомбинация).

19 Простейший светодиод

20 Светодиоды с гетероструктурами В 1963 г. Herbert Kroemer и Жорес Алферов предложили увеличить концентрацию электронов и дырок и выход фотонов путем создания многослойного устройства (гетероструктуры) В Ленинграде такая структура была создана в 1970 г., на несколько недель раньше, чем в США. В 2000 г. за разработку гетероструктур была присуждена Нобелевская премия по физике

21 Полупроводниковые светодиоды с гетероструктурами ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

22 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ( СВЕТОДИОДЫ ) СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ p-n ПЕРЕХОДА В GaAs ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТОКАХ ИНЖЕКЦИИ При токе 100 мА мощность излучения до 20 мВт (квантовый выход 16%) Температурный режим работы светодиодов - от 213 до 343 К.

23 Эффективность ламп (2005) Накаливания ~13 lm/W Флуоресцентная ~83 lm/W Металлогалогенная ~100 lm/W Светодиод SSL ~50 lm/W Средняя цена ламп (2005) Накаливания ~0.60 $/klm Флуоресцентная ~0.73 $/klm Металлогалогенная ~1.27 $/klm Светодиод SSL ~ $/klm Ведущиеся исследования постоянно повышают эффективность и снижают цену светодиодов Эффективность и цена источников белого света

24

25 Новейшие разработки. Светодиоды с квантовыми точками (квантоворазмерные светодиоды)

26 «Квантовые точки - это искусственные атомы, свойствами которых можно управлять» Ж.И. Алферов Квантовая точка, представляющая собой пирамидальную гетероструктуру атомов германия на кремниевой подложке Дискретность уровней энергии в квантовой точке

27

28 Новейшие разработки. Органические светодиоды (OLED)

29 КОНЕЦ ЛЕКЦИИ