Источники и приёмники Излучения, страница 8

усредненным для всего диска нашей планеты, и принимает значение 0,39. Цветовую температуру излучения Земли, освещенной Солнцем, принимают равной 7725 К. Собственное излучение Земли сравнимо по значению с отражен' ным солнечным излучением на длинах волн больше 3 — 4 мкм. На зу ь, $ прямоугольным импульсом тока, а также минимальной скважностью импульсов. Длительность переднего н заднего фронтов светового импульса в основном зависит от постоянной времени /7С, индуктивности диода и цепи питания, а также от температуры, Работа светодиодов в непрерывном режиме часто ограничивается именно температурой. Фронты импульсов света у некоторых типов светодиодов при комнатной температуре могут быть равны нескольким наносекундам (и даже одщй наносекунде), частота повторения импульсов достигает десятков мегагерц.

Светодиоды на осчове баАз со спектральной характеристикой типа 5 (см. рис. 1.21) имеют фронты нарастания !О ас, а спада— 50 — 70 пс. Светодиоды иа основе арсеиида галлия со спектральной характеристикой 5 имеют фронты нарастания и спада 200— 500 нс, а светодиоаы на основе и 51С (6Н) в желтой области спектра (КЛ101) имеют фронты нарастания 100 — 250 мкс.

Светодиоды на основе баР при подаче на них импульса напряжения в обратном направлении, а также сплавные 'светодиоды на основе 61С при прямом и обратном напряжении имеют фронты, составляющие единицы наносекунд. 34кЬективность р — и-перехода как источника, конструктивные особенности светодиодов к их мощность.

Основной характеристикой излучающих светодиодов является внешний квантовый выход, рассматриваемый как произведение внутреннего квантового вы. хода и коэффициента вывода излучения (Рли оптической эффективности) прибора: тм =- т1, (Т, /) т)„где т1„т1„, - — внешний и внутренний квантовйе выходы; Т вЂ” температура, К; / — иитегрвзьяый ток в переходе; т1, — оптическая эффективность конструкции, Внешний чэантовый выход светодиода можно определить следующим образом: т!ч .= (Р,/л/)/(//е), где в числителе — число излученных за 1 с фотонов, а в знаменателе — число носителей, введенных в переход за 1 с; Рт -- внтегральиая мощность внешнего излучения светодиода; й — постоянная Планка; / — частота излучения; е — заряд электрона. Коэффициент полезного действия светодиода ч, = Р,/(/!/), где à — приложенное к диоду напряжение, Энергия кванта излучения равна /т/= е(/, ж АЕ„где (/„— оазиость потенциалов, ссютветствующая ширине запрептенной зоны. Отсюда можно получить связь между КПД (т1,) и внешним кнантовым выходом т1т .

О„= т1т ((//(/Ь Для оптико электрона.:л пртюорс1п ч первую очередь имеет значение ечешчпй квантовый выход. Он, как правило, меньше знутренпето квантового выхода, что обусловлено поглощением геиерьруемого в р — и-переходе (десятые доли микрометра) излучения в толще полупроводника и контактах, а также френелев- скнми потерями на отражение на границе полупроводник — среда, в которую выходит излучение. Инжекционные светодиоды практически представляют собой точечные источники излучения.

Диаграмма направленности излучения у них существенно зависит от конструкции и оптических свойств материалов п- и р-типов. Наиболее высокий внешний квантовый выход при комнатной температуре имеют отечественные светодиоды из баАз, изготовленные методом жидкостной эпитаксии. При токе 100 мА мощность их излучения достигает 21 мВт, что соответствует внешнему квантовому выходу 16% . Если контакты для них выполнены из золота и титана, то срок их службы достигает 20 000 ч (за время срока службы мощность излучения при заданном токе уменьшается вдвое по сравнению с первоначальной).

Светодиоды из фосфида галлия в настоящее время изготавливают с красным и зеленым цветами свечения (больший КПД имеют источники красного цвета, однако он у них во много раз меньше, чем у светодиодов из арсенида галлия). Наиболее эффективные светодиоды из фосфида галлия для красной области получают также жидкостной эпитаксней. Такие светодиоды имеют квантовый выход до 1,3% . Интенсивность излучения у иих пропорциональна силе тока в диапазоне от 1 до 10 мА, мощность достигает 0,1 — 0,2 мВт.

Эффективность светодиодов из фосфида галлия зеленого свечения ниже эффективности световодов красного свечения. Внешний квантовый выход зеленых светодиодов составляет примерно 10 ', постоянная времени 10 — 200 нс. Яркость зеленых светодиодов изфосфида галлия очень высока. При токе в 200 мА светодиод из фосфида галлия имеет яркость !О' кд/м'. При этом излучается 1,5 мкВт с Р— а-гтерехода диаметром О,!8 мм, Х 560,0 нм. Светодиоды из карбида кремния различных модификаций имеют различный цвет свечения. Модификация 4Н вЂ” зеленый, 6Н— желтый, ЗС вЂ” невидимый (Х вЂ” — 0,8 мкм). Квантовый выход у этих модификаций примерно одинаков.

но яркость различна из-за разной чувствительности человеческого глаза. Модификация 4Н имеет яркость 120 кд/мт уже при плотности тока 0,75 А/см'. В импульсном режиме яркость может достигать 1О' кх/м'. Параметры светодиодов каь элементов электрической цепи.

Параметры светодиода как элемента электрической цепи определяются его вольт-амперной характеоистикой. У всех светодиодов она типично диодиая с сильно выраженной сверхлинейиостью в проводящем направлении (рис. 1,27, а). Поэтому 'последовательно с диодом необходимо включать ограничивающий резистор, обеспечивающий устойчивый режим работы светодиода. Для импульсов тока длительностью 10 ' с и менее эквивалентную схему светодиода можно представить параллельным !7С- контуром„ как показано из рис. 1.27, б. эФ Зб б) Рис. 1.27.

Вольт-енпернек характеристика сеетодиоде: у — светодиод яв основе Оядв; х — Овр: л — Э!С Зависимость полного прямого динамического сопротивления светодиода )тд ((д) — падающая. Это значит, что с ростом тока через светодиод его полное сопротивление уменьшается. Таким образом, инжекционный светодиод целесообразно питать от источника тока. к По вольт-амперным характеристикам определяются стати ес ое )7д, остаточное тси, и динамическое (дифференциальное) )я' чсопротивления диода, напряжения отсечки (/ев и пробоя с/, (при обратном смещении на светодиоде), а также падение напряжения при номинальном токе.

Р ассмотренные выше искусственные источники излучения непрерывно совершенствуются в соответствии с требованиями, предьявляемыми к ним наукой и техникой, улучшаются их параметры и характеристики. Появляются источники, основанные на новых принципах, обладающие принципиально новыми свойствами. Например, разработаны светодиоды с переменным цветом свечения и т. д. й 1.5. Естественные источники излучения Солнце.

К основным характеристикам Солнца как излучателя относятся его угловые размеры, энергетические и спектральные характеристики и степень их изменения по поверхности. В завс ости от характера излучаемой энергии у Солнца различают ифотосферу, обращающий слой, хромосферу и корону. Ф о т ос сф е р а является основным источником солнечного излучени непрерывным спектром. В ней с увеличением глубины растет у я температура, что обусловливает потемнение диска к краю. О бСолн а. ращающий слой и хромосфераобраэуютатмосферу нца.

Они состоят из светящихся газов, яркость которых в сотни в раэ меньше яркости фотосферы. К о р о н а представляет соб й нешнюю часть солнечной атмосферы и не имеет четкой наружной о границы, ее яркость в миллион раз меньше яркости фотосферы и не превышает яркости Луны в полнолуние. На характеристики . излучения Солнца влияют мл(2,) Вг/мхмьм солнечные пятна, периодичвость появления которых равна одиннадцати годам, Г000 взрывы и протуберанцы, появление которых апериодичяо, и постоянные неравномерности в фотосфере. Спектр излучения Солнца ., ва пределами земной атмо: сферы примерно совпадает СО СПЕКТРОМ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕР- 0 02 Д40040404244 10(В 20 22.Ь,млм ного тела, имеющего темпеРа- Ри .

!.2э. спектры излучении солнца: . туру 6000 К Энергетическая е — вв мрвдвявмм атмосфера: у — яв уровмв светимость составляет 6,2х моря ' Х10' Вт/м'. До поверхности ' Земли от Солнца через атмосферу доходит в основном излучение в диапазоне длин волн 0,3 — 3;0 мкм с полосами поглощения, опре,, деляемыми содержащимися в атмосфере парами воды, углекислым газом и озоном. В приземных слоях атмосферы излучение Солнца эквивалентно излучению черного тела с температурой 5600 К (рис.

1.28). Энергетическая освещенность, создаваемая Солнцем на площадке, перпендикулярной к направлению на Солнце, вне земной атмосферы составляет 1360 Вт/м ' (в перигее 1407 Вт/м' и в апогее ' 1316 Вт/м'); на поверхности Земли освещенность лежит в преде- лах 616 — 913 Вт/м'. В видимой области спектра эа пределами ' атмосферы освещенность, создаваемая Солнцем, составляет 1,37х Х10' лк. Иногда принимают, что в диапазоне 0,47 — 0,53 мкм цветовая температура Солнца равна 6500 К. Яркость солнечного диска уменьшается от центра к краям, одновременно меняется и спектральный состав излучения. Средняя яркость в видимом диапазоне 2х 10' кд/м '. В приэемных слоях максимальная освещен,'т ность составляет около 10' лк.

Угловой размер солнечного диска при наблюдении с Земли равен приблизительно 32'. Земля. При наблюдении Земли нз космоса можно рассматривать две составляющие излучения: отраженный поток и собственное излучение. Значения коэффициента отражения (альбедо) могут составить 0,1 — 0,8. Такой разброс альбедо объясняется различными метеоусловиями на отдельных участках земной поверхности и различными условиями их освещения Солнцем. По .'Р мере удаления от Земли ее альбедо становится все более интеграль- 1' яым, т.