Téma č. 15 - Optoelektonika

OPTOELEKTRONIKA

Optické záření = šíří se stejně jako světlo, je možné ho zobrazovat pomocí optických soustav

(čočky, zrcadla,...)

Vznik: zahřáté částice se zbavují energie vyzařováním optického záření, s rostoucí teplotou rychle roste jeho množství a klesá vlnová délka

Zdroje optického záření:

• tepelné zdroje: (žárovky, globary): učinnost 1-8%, spojité rozložení spektra, závislost spektra a učinnosti na teplotě

• výbojky: spontánní emise atomů nebo jejich kationtů po srážkách s elektrony v el. výboji, zdroje záření, buzení laserů, nízkotlaké, vysokotlaké

• polovodičové diody: učinnost 50-90%, vysoká životnost, spektrální laditelnost

• lasery: malé rozměry, velká učinnost, snadné čerpání, modulace injekčním proudem

• synchrotronové záření - elektromagnetické záření nabitých částic (např. elektronů)

Výbojka

Uzavřená trubice, naplněná směsí různých par a plynů. Do trubice zasahují dvě nebo více elektrod, které umožňují zavedení elektrického proudu do plynové náplně. Přeměna elektrické energie na světlo. Podle tlaku plynové náplně výbojky dělíme na vysokotlaké (sodíkové, rtuťové, halogenidové,…) a nízkotlaké (rtuťové, sodíkové).

Vlastní těleso (sklo, korund apod.) Mezi výbojky se obvykle řadí i tzv. obloukové lampy. Samotné těleso osvětlovacích výbojek bývá často umístěno v baňce, buď pokryté luminoforem, nebo čiré. Baňka bývá plněna inertní atmosférou, nebo vakuovaná, pro snížení tepelných ztrát. Rtuťové nízkotlaké výbojky se obvykle označují jako zářivky.

LED dioda

Světlo-vyzařující dioda (LED, elektroluminiscenční dioda) je elektronická polovodičová součástka obsahující přechod P-N. Prochází-li přechodem P-N elektrický proud v propustném směru, přechod vyzařuje (emituje) světlo o určité vlnové délce (ve viditelné části spektra určuje barvu světelného záření).

Vlnová délka světelného záření diody je závislá na chemickém složení použitého polovodiče. LED jsou vyráběny pro vlnové délky blízké UV záření, přes různé barvy viditelného spektra, až po infračervené záření (InfraLED).

LASER

Laser je optický zdroj elektromagnetického záření tj. světla v širším smyslu. Světlo je z laseru vyzařováno ve formě úzkého svazku; na rozdíl od světla přirozených zdrojů je koherentní, cožzjednodušeně řečeno znamená, že příslušné částice (fotony) se ve svazku pohybují jedním směrem a jsou vjeho průřezu buď stejnosměrné, nebo alespoň velmi pravidelné rozděleny. Laserový paprsek světelného zářeníje monochromatický, tedy jednobarevný (jedna vlnová délka).

Konstrukce Laseru:

1. Aktivní prostředí

2. Zdroj záření

3. Odrazné zrcadlo

4. Polopropustné zrcadlo

5. Laserový paprsek

Princip fungování laseru není složitý. Jde o to vybudit v atomech aktivního prostředí pomocí externě dodané energie elektrony na dráhy s vyšší energetickou hladinou. Elektrony tam však vydrží pouze omezenou dobu (nestabilní stav) a při následném návratu na nižší energetickou hladinu vyzáří přebytečnou energii ve formě fotonu. Ty mohou za určitých podmínek podpořit působení externí energie, což postupně v aktivním prostředí zvyšuje počet fotonu. Abychom získali souvislý světelný paprsek, musíme ještě prostředí vhodné vytvarovat. Díky umístění aktivní části laseru do tzv. rezonátoru, tvořeného například zrcadly, dochází k odrazu svazku fotonu a jeho opětovnému průchodu prostředím. Tento proces dále podporuje stimulovanou emisi (uvolňování) fotonu, a tím dochází k zesilování toku fotonu. Výsledný světelný paprsek pak opouští tělo laseru průchodem skrze polopropustné zrcadlo.