Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (УФ), видимом и инфракрасном (ИК) диапазонах
Современная оптоэлектроника использует в качестве источников излучения полупроводниковые, твердотельные и газовые оптические квантовые генераторы (ОКГ). Излучателями света в ОКГ являются либо возбужденные валентные электроны атомов (газовые ОКГ), либо электроны проводимости (полупроводниковые ОКГ). В первом случае, переход валентного электрона из возбужденного состояния в невозбужденное сопровождается излучением фотона с энергией , (2.24) где h – постоянная Планка; n – частота соответствующей фотону микроволны. Во втором случае, излучение фотона происходит в процессе рекомбинации электрона проводимости с дыркой, расположенной в валентной зоне. В обоих случаях время перехода электрона из возбужденного состояния в невозбужденное конечно и составляет величину tп » 10-8 с. Время излучения фотона в процессе указанного перехода много меньше, чем tп и составляет величину tФ = 10-15 с, для l = 1,5 мкм. Условное соотношение между tп и tФ показано на рисунке 2.8. Рисунок 2.8 – Поле фотона
За время tп излучается множество фотонов NФ, которое определяется количеством возбужденных электронов в газе или твердом теле. Всегда найдутся фотоны, имеющие одинаковую частоту n, с которой изменяется их поле . Последовательность таких фотонов образует волновой цуг, показанный на рисунке 2.9 . Нетрудно видеть, что согласно рисунку 2.9, время самовоспроизведения фотона tФ одного порядка с периодом T возникшей электромагнитной волны. Рисунок 2.9 – Волновой цуг
Любой ОКГ за время tк (в соответствии с рисунком 2.9) излучает не единственный цуг, а множество цугов с незначительно отличающимися частотами. Накладываясь во времени и пространстве, цуги образуют волновой пакет. Внутри волнового пакета цуги интерферируют. В результате интерференции возникают биения векторов , как результат сложения колебаний с близкими частотами. Заметим, что волновой цуг распространяется с фазовой скоростью, , (2.25) где n – абсолютный показатель преломления в среде распространения волны; c » 3 × 108 м/с – скорость света в вакууме. Волновой пакет распространяется с групповой скоростью , (2.26) где – дисперсия фазовой скорости. Реальное оптическое излучение, генерируемое ОКГ, представляет собой поток волновых пакетов отличающийся от идеальной МЭВ, определенной выше. Введем понятие когерентности оптического излучения как меры приближения реального излучения к идеальной МЭВ. Различают временную когерентность и пространственную. Основной характеристикой временной когерентности является время когерентности tк. К характеристикам пространственной когерентности относятся: длина когерентности lК, «радиус» когерентности rк и объем когерентности VК. Понятие когерентности не следует путать с понятием когерентных волн. По определению, две волны называются когерентными, если они имеют одинаковые частоты и постоянную во времени разность фаз. Из выше сказанного, очевидно, что для реального оптического излучения понятие когерентных волн является идеализированной моделью. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|