Widzialny zakres fal

elektromagnetycznych

Ultrafiolet

Podczerwień

Widma dla różnych źródeł

światła

Długość fali [nm]

W

id

m

o

w

a

g

ę

st

o

ść

m

o

cy

(

je

d

.

w

zg

l.

)

Widmowa gęstość mocy = widmowa zdolność emisyjna

Linie wodoru w zakresie

widzialnym

Źródła światła widzialnego

Lampa fluorescencyjna

Laser rubinowy

???

Elektroda

Pary
rtęci

Elektroda

Garnek jako źródło światła

Color Temperature

Emisja ciała doskonale

czarnego ???

max

[

nm]

R



[

1

0

1

3

W

/m

3

]

R



- widmowa zdolność emisyjna

4

calk

max

T

R

T

1







Czarne

może świecić!

)

(















m

m

s

J

2

)

(



 

3

m

J



R

Wzór Plancka …

1

]

kT

/

h

exp[

1

h

)

c

/

8

(

)

(

3

2















1

]

kT

/

hc

exp[

1

)

/

hc

8

(

4

c

)

(

4

c

R

5























-

gęstość energii „we wnętrzu” ciała doskonale czarnego

Związek prawa Wiena i prawa Stefana – Boltzmana
Ze wzorem Plancka

Applications of the Planck Radiation Formula

S



oznacza tu

()

Atom jako elementarne źródło

światła

Przejścia
promieniste w atomie wodoru

Emisja i absorpcja światła w

atomie

Emisja

Absorpcja

Electron Excitation and Emission

Oddziaływanie światła z

atomem

• Absorpcja

– pochłonięcie fotonu o

odpowiedniej energii; silne pole - większe
prawdopodobieństwo

• Emisja spontaniczna

– przypadkowy moment,

przypadkowy kierunek

• Emisja wymuszona

– wyzwalana przez

przejście fotonu o odpowiedniej energii; foton
wymuszony jest identyczny jak wymuszający,
silne pole - większe prawdopodobieństwo

Atom-Light Interactions

Co to jest laser ?

L

ight

a

mplification by

s

timulated

e

mission of

r

adiation

Laser = ośrodek aktywny z inwersją obsady +
+ sprzężenie zwrotne (rezonator)

Narastanie lawiny czyli rozwój

akcji laserowej

Zwierciadło

Zwierciadło

http://

www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

Lasers

Inwersja obsady, czyli…

Population Inversion

http://

www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

warunek wzmocnienia

A także zrozumienia i zaliczenia

Laser rubinowy

http://science.howstuffworks.com/laser5.htm

Lampa błyskowa

Wiązka
światła

Al

2

O

3

domieszkowany chromem

Pompowanie lasera

rubinowego

A

b

so

rp

cj

a

Układ poziomów dla jonów

chromu w laserze rubinowym

Absorpcja

Emisja wymuszona

Relaksacja bezpromienista

Stan metastabilny E

2

Foton
694.3 nm

E

n

e

rg

ia

[

e

V

]

Stan podstawowy E

1

Układ poziomów w laserze He-

Ne

Absorpcja

Emisja
wymuszona

Emisja
spontaniczna

Zderzenie

Hel

Rezonator lasera i jego

funkcje

Zwierciadło
płaskie
R=100%

Zwierciadło
wklęsłe
R=99%

Rura lasera

Rezonator zapewnia:

sprzężenie zwrotne + kształtowanie wiązki

Lasery półprzewodnikowe

Od poziomów energetycznych w

atomie do pasm energetycznych w

krysztale

Energia

Pasma energetyczne

Poziom 1

Poziom 2

Odległość atomów

Pasmo, czyli zbiór poziomów

energetycznych

Poziomy puste

Poziomy zapełnione

(poziom Fermiego)

Funkcja Fermiego dla T>0 K

Teoria pasmowa ciała stałego

Izolator

Metal

Półprzewodnik

Energia elektronów

Pasmo
przewodzenia

Pasmo
przewodzenia

Pasmo
przewodzenia

Pasmo
walencyjne

Pasmo
walencyjne

Pasmo
walencyjne

Krzem i jego własności

How
Semiconductors
Work

Pasma energetyczne dla

krzemu

Pasmo przewodnictwa

Pasmo walencyjne

0 K

Poziom Fermiego

Typ n

„wolny” elektron

„wolny” elektron

Pasmo walencyjne

Pasmo przewodzenia

Poziomy
donorowe

Typ p

Pasmo walencyjne

Pasmo przewodzenia

Poziomy
akceptorowe

Dziura

Dziura

elektron
dziura

Energia

Złącze p-n

What is a Diode?

Polaryzacja w kierunku

przewodzenia

Polaryzacja w kierunku

zaporowym

Prąd nie płynie

Charakterystyka prądowo

napięciowa złącza p-n

Polaryzacja
zaporowa

Polaryzacja
przewodzenia

Napięcie
przebicia

Diody elektroluminescencyjne

- rekombinacja promienista

Świecenie na złączu p-n

• Złącze p-n

spolaryzowane

w kierunku przewodzenia

• Energia emitowanego

promieniowania pochodzi z

rekombinacji pary dziura–

elektron w półprzewodniku

• Elektron i dziura

spotykając się w obszarze

złącza mogą ulec

rekombinacji promienistej -

energia w całości lub

większej części jest

przekazywana fotonowi i

wraz z nim

wypromieniowana

kierunek przepływu prądu

P

N

+

–

kierunek ruchu elektronów

How Can a Diode Produce Light?

Charakterystyki widmowe

lasera półprzewodnikowego

• poniżej progu wzbudzenia

– dioda

elektroluminescencyjna

• powyżej progu wzbudzenia

– dioda laserowa

0,85
1

0,84
9

0,84
7

0,84
5

0,84
3

0,84
1

0,83
9

dioda

elektroluminescencyjna

dioda

laserowa

 = 0,15

[nm]

 = 4,5 [nm]



[m]