Жарық жолдары

Жарық жолдары – мөлдір шыныдан жасалатын, қабырғадан көп сатылы ішкі шағылысу нәтижесінде жарық таратуға арналған, жіңішке талшықтардың бумасы. Қалыңдығы бірнеше микрон шыны талшық арқылы жүзден аса оптикалық сигналдар елеусіз шығындармен беріле алады. Егер талшықтарға белгілі бір химиялық элементтер қосылып жасалса, олар жарық сигналын күшейте алады.

8.2 Жарық көздері (ЖК)

ЖК жұмыс істеу принципі сәуленің индукциялану және электр люминесценция құбылыстарын пайдалануға негізделген.

Индукцияланған сәулелену сыртқы фотондардың әсерімен жүзеге асырылады. Осы принциппен жұмыс істейтін сәулелендіргіштер – лазерлер (келесі ағылшын сөздерінен қысқартылған (аббревиатура) атау - light amplification by stimulated emission of radiation – жарықты индукцияланған сәуленің көмегімен күшейту).

8.2.1 Шала өткізгішті лазер

Хром атомдарының қоспалары бар рубин кристалындағы (Al₂O₃) лазер оның ең көп тараған түрі болып табылады. Иондалған хром атомдары рубиндегі лазерлік сәулелену көзі болып табылады. 8.1-суретте лазердің бейнесі көрсетілген, ондағы: 1 – когерентті жарық сәулелері; 2 – жартылай мөлдір айна; 3 – шағылыстырушы күміс айна; 4 – рубин кристалы; 5 – сәуле қоздырғыш шам.

Сәуле қоздырғыш шамға 5 жоғары вольтты импульстік кернеу беріледі. Оптикалық қоздырудың (электрондардың жарық сәулесінің әсерінен өткізгіштік аймағына өту процесі) сәулесі хром атомдарын қоздырады. Рубин кристаллы 4 оптикалық резонатор болып табылады, ондағы когерентті сәуле, жартылай мөлдір шағылыстырушы қабаттан 2 өтпес бұрын, 2 және 3 беттер арасында көп рет шағылысады. Лазердің ПӘК-і 0,5%, Р_{қоздыру} = 100 кВт, Р_с = 500 Вт.

Лазерлер медицинада және әсіресе голографияда кеңінен пайдаланылады (толық жазу – өріс толқындарын тіркеу және қайта жүргізу).

8.2.2 Электр люминесценттік конденсатор (8.2-сурет)

Электр люминесценция – қоздырылған шала өткізгіштердегі электрондардың рекомбинациялық ауысулары кезінде жарық шығару құбылысы. Ол электрондардың өз еркімен (кенеттен) валенттік аймаққа қайта келуі кезінде туындайды. Ал қоздыру күшті электр өрісімен, жабық p-n өткелдегі соққылық иондаумен немесе ашық p-n өткел арқылы тасушыларды инжекциялаумен жүзеге асырылады.

Индикатор ретінде оптикалық жұптардағы жарық көздері, жарық сезгіш материалда бекітуге арналған жарық көздері пайдаланылады.

Әйнек төсенішке 5 жартылай мөлдір өткізгіш қабат төменгі электрод 4 орнатылған. Электродтар арасындағы (жоғарғы 1 және төменгі 4) электр өрісі, жоғарғы электродтан 1 диэлектрикпен 2 оқшауланған люминофордағы 3 электр люми­несценцияны қоздырады. Жарық жартылай мөлдір әйнек арқылы шығады.

Кемшілігі жандыру және сөндіру уақыттарының ұзақтығы (10^-3 ‑ 10^-4с).

8.3,а - суретте жарқырау сипаттамасы B = f(U) келтірілген, мұндағы U_min– тіректік кернеу, 8.3,б - суретте аспаптың ескіру сипаттамасы келтірілген. Қызмет көрсету мерзімі жасалу материалына тәуелді екені көрінеді.

8.2.3 Инжекциялық сәулелі диод

Сәулелі диодтың жұмыс істеуі p-n-өткелдегі сәуле шашырату рекомбинациясына негізделген. Тура ығысу кезінде инжекцияланған қосалқы тасушылар өткел маңында базадағы негізгі тасушылармен рекомбинацияланады. Бұл кезде жарық кванттары шашырайды. Сәуле шашу спектрдің инфрақызыл, көрінетін және ультракүлгін облыстарында болуы мүмкін.

Сәулелі диодтардың негізгі сипаттамалары:

а) бағытталу диаграммасы P = f(a) – материалдың құрылымына және оптикалық қасиеттеріне тәуелді ( 8.4-сурет);

б) спектрлік сипаттама B/B₀=f(l) – жарқыраудың толқын ұзындығынан тәуелділігі ‑ 8.5-суретте келтірілген, мұндағы B - жарқырау (кандела/м²); В₀ – максимал жарқырау; В/В₀ – салыстырмалы жарқырау;

в) жарқырау сипаттамасы B=f(I_Д) – жарқыраудың диод тогынан тәуелділігі 8.6-суретте келтірілген;

г) ВАС I_Д = f(U_Д) – түзеткіш диодтағыдай, бірақ сызықтылық қасиеті жоғары­рақ.

Жазық және жарты сфера тәрізді құрылымдар пайдалнылады.

Жазық құрылым (сурет 8.7,а) қарапайым. Жұмыстық беті үлкен (бірнеше мм²), бірақ тиімділігі төмен. Орам тығыздығы жоғары матрицалық құрылғыларда пайдаланылады.

Жарты сфера тәрізді құрылым (сурет 8.7,б) технологиялық тұрғыдан күрделі, бірақ тиімділігі артығырақ. Осыған орай ол көбірек қолданылады.

Сәулелену түсі ауысатын сәулелі диод (сурет 8.7,в) екі диодты құрылым болып табылады, әрбір p-n өткелі тәуелсіз басқарылады. Мысалы, жоғарғы p-n өткел жасыл түсті, төменгісі – қызыл түсті шашыратады. Егер екі өткел де ығысқан болса, онда жарқырау түсі – сары. Токты өзгертумен, сәуле шашыратудың кең аралықта өзгерісін ала отырып сәуле түсін өзгертуге болады. Төрт күйді бейнелеуге арналған индикатор ретінде пайдаланыла алады.

Сәулелі диодтардан интегралдық орындаудағы инжекциялық лазерлер жасалады – когеренттік сәулелену көздері болып табылатын олар, энергияның көп бөлігін жоғары тиімділікпен және жылдамдықпен (базалық кристаллда матрица түрінде) тар спектрлік облысқа шоғырландырады. Олар ақпараттық таблоларда кеңінен қоданылады.

Кемшіліктері:

а) тиімділігі төмен;

б) ескіру кезінде сипаттамаларының азуы.

Артықшылықтары:

а) механикалық беріктігі;

б) жоғары сенімділігі;

в) өлшемдерінің кішілігі;

г) жұмыс істеу температурасы төмен;

д) энергия шығыны аз;

е) инерциялылығы жоқ.