- •1.Что такое оптоэлектроника ?
- •2.Что такое Квантовая электроника?
- •3.Что такое Оптическое излучение?
- •4. Оптический диапазон электромагнитных волн? Внутри оптический диапазон длин волн:видимое, инфракрасное, ультрафиолетовое излучение ?
- •5.Каким образом эм волны располагаются в порядке уменьшения длины волны?
- •6) Что такое квантовый усилитель? Что такое квантовый генератор?
- •7)Что такое лазер? Что такое мазер?
- •8) Вынужденное излучение? Вынужденное испускание?
- •9) Что такое когерентность, почему электромагнитная волна называется когерентной?
- •10) Что называется длиной волны? Что называется фотопроводимостью?
- •2 Группа вопросов
- •1. Особенности оптической электроники
- •2. Функция видности и ее зависимость от длины электромагнитной волны
- •3. Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света
- •4. Сила света. Освещенность поверхности
- •5. Закон освещенности. Светимость излучающей поверхности
- •6.Яркость светящейся поверхности. Закон Ламберта. Световая экспозиция.
- •7.Когерентность оптического излучения.
- •8.Особенности излучения электромагнитных волн в ультрафиолетовом (уф), видимом и инфракрасном (ик) диапазонах.
- •9.Энергетические уровни и квантовые переходы. Спонтанные переходы. Вынужденные переходы.
- •10.Механизм генерации излучения в полупроводниках.
- •11.Прямозонные и непрямозонные полупроводники.
- •12.Поглощение сета в твердых телах.
- •13.Абсолютный показатель преломления.
- •14.Законы отражения и преломления света.
- •15.Условие полного внутреннего отражения света от границы раздела двух сред.
- •16.Эффект Гуса-Хенхена. Конструкция оптического волновода.
- •17.Основные характеристики и параметры светодиодов.
- •18.Характеристики, параметры и модели фотоприемников
- •19.Коэффициент отражения света, коэффициент поглощения и пропускания света.
- •20.Устройство и принцип действия оптронов. Структурная схема оптронов.
- •Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона
- •21.Физические основы усиления и генерации лазерного излучения
- •Активная среда
- •Система накачки
- •Оптический резонатор
2. Функция видности и ее зависимость от длины электромагнитной волны
Опыт показывает, что глаза большинства людей, не страдающих дефектами зрения, обладают максимальной чувствительностью к оптическому излучению с длиной волны λ=555 нм (зеленый свет).
Интенсивность нервного раздражения, возникающего в нервных окончаниях сетчатки глазапод воздействием света, принято характеризовать функцией видности F(λ). При λ=555 нм F=Fmax. При λ=400 нм, λ=760 нм F=Fmin, как видно на рис. 2.1.
Аналитический вид функцииF(λ) достаточно сложен. Поэтому для практических целей достаточно воспользоваться относительной функцией видности
Функция V(λ) безразмерна и позволяет установить взаимосвязьмежду энергетическими и фотометрическими параметрами оптического излучения.
На рис. 2.1 показана экспериментальная зависимость V(λ) длясреднего (бездефектного) человеческого глаза.
3. Телесный угол, световой поток и механический эквивалент света
Рассмотрим точечный источник света i, испускающий свет равномерно по всему трехмерному пространству. Выберем в указанном пространстве световой конус с углом α, в вершине которогонаходится источник света i.
Пересечем световой конус сферической поверхностью S радиусом R. Как видно из рис. 2.2, конус «вырезает» на сферической поверхности площадку площадью ∆SС.
Рассмотренный световой конус принято характеризовать телесным углом ∆Ω, который определяется как
и измеряется в стерадианах.
Очевидно, что телесному углу ∆Ω=1 ср соответствует условие∆SС=R2. Полному телесному углу, при котором точечный источник i излучает свет в сферу радиусом R, соответствует величина∆Sn=4πR2. Полный телесный угол определяется по формуле
Пусть монохроматическое излучение длиной волны λ=555 нмпереносит через площадку ∆S (в соответствии с рис. 2.2) за однусекунду энергию 0,0016 Дж. Полагают, что в данном случае внутри телесного угла ∆Ω распространяется световой поток ∆Φ, равный 1 лм.
Указанное соотношение является международным стандартом для одного люмена.
Таким образом, при λ=555 нм 0,0016 Дж/С = 0,0016 Вт ~ 1 лм. (2.4)
Пропорциональность (2.4) является не только определениемлюмена, но и единственным связующим звеном между фотометрическими и энергетическими характеристиками оптическогоизлучения.
Величину АЭ = 0,0016 Вт/лм принято называть механическимэквивалентом света. При ∆Φ=1 лм и λ=555 нм
Относительная функция видности позволяет рассчитать необходимую мощность излучения Рλ, соответствующую световому потоку в 1 лм, для любойдлины волны из диапазона400...760 нм:
Например, световому потоку в 1 лм при длине волны λ=633 нм соответствует V(λ) = 0,25.
Согласно формуле (2.6), для обеспечения такого светового потока необходима мощность
Пусть гелий-неоновый лазер обладает мощностью излученияРλ = 5*10–3 Вт. Очевидно, что световой поток, соответствующийему, определится из следующих зависимостей: 6,4*10–3 Вт ~ 1 лм,5*10–3 Вт ~ Φ лм, которым соответствует пропорция
откуда Φ = 0,78 лм.
4. Сила света. Освещенность поверхности
Пусть внутри телесного угла ∆Ω распространяется световойпоток ∆Φ (в соответствии с рис. 2.2).
Величина
есть сила света источника.
Согласно формуле (2.7) сила света имеет простой физическийсмысл: это величина, численно равная световому потоку, распространяющемуся в телесном угле ∆Ω = 1 ср. Единицей силы светаявляется одна кандела (кд). Несмотря на то что сила света IVвведена нами в фотометрические характеристики через поток ∆Φпо соображениям исторического характера, она является в настоящее время основным фотометрическим параметром системы СИ.
Согласно международному стандарту одна кандела равна силе света в заданном направлении, излучаемого монохроматическимисточником с частотой 5,4*1014 Гц, излучение которого в указанном направлении составляет (1 /683) Вт/ср.
Согласно формуле (2.7) 1 кд = 1 лм/1 ср.
Освещенность поверхности определяется как
где ∆Φ — световой поток, падающий на поверхность площади ∆S.Определение освещенности изображено на рис. 2.3.
Если ∆Φ = 1 лм, ∆S = 1 м2, тоосвещенность Е = 1 люкс (лк), т. е.1 лк = 1 лм/1 м2.