Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

образин типов источников света механизм возбуждения электро­ магнитного излучения в них имеет много общего.

Как известно, электроны в атомах, не взаимодействующих с дру­ гими атомами, находятся в некоторых строго определенных (раз­ решенных) энергетических состояниях, т. е. могут обладать только определенными значениями энергии. Набор разрешенных энерге­ тических состояний электронов в атомах данного элемента называют его энергетическим спектром и изображают в виде диаграммы

£

!

а

Е>Еп.

На каждом из разрешенных уровней в атоме одновременно может находиться только строго ограниченное число электронов, причем электроны стремятся занять уровни с наименьшей энергией. Состоя­ ние, при котором заняты все нижние уровни и нет ни одного элек­ трона на верхних уровнях, соответствует наименьшей энергии атома и называется основным состоянием. Для атома, находящегося в основ­ ном состоянии, переход внешнего электрона с одного разрешенного уровня на более высокий может произойти только при сообщении извне энергии АЕ, равной разности энергий этих уровней. При этом атом (и электрон) перейдет в возбужденное состояние, продолжитель­ ность которого будет равна в среднем 10~8 с. Для некоторых уровней, называемых метастабильными, это время на несколько порядков больше.

Обратный переход атома в основное (у электрона — на низший из разрешенных для него уровней) может произойти спонтанно (са­ мопроизвольно) или же вынужденно — под воздействием электро­ магнитного излучения частоты ѵ, определяемой из выражения (25) АЕ = hv. Переходы могут быть безызлучательными, когда энергия АЕ отдается или приобретается за счет взаимодействия атомов (на­ пример, при соударениях), и излучательными, сопровождающимися

Таким образом, в одноатомных газах и парах металлов, нахо­ дящихся под небольшим давлением (для них характерен энер­ гетический спектр вида 119, а), под воздействием источника энер­ гии часть атомов переходит в возбужденное состояние и некоторые электроны окажутся на уровнях, с которых разрешен излучательный переход. Атомы с такими электронами будут возвращаться в основное состояние, излучая кванты энергии. При постоянных условиях таких атомов в среднем будет столько же, сколько и воз­ бужденных, т. е. установится динамическое равновесие. Некоторые атомы переходят сначала на более низкий возбужденный уровень, а затем происходит переход в основное состояние. При этом излу­ чается два кванта энергии. Характер спектра излучения в общем будет линейчатым, так как в атоме имеется конечный набор уровней и ча­ стота излучения строго определена соотношением (25).

Спектр излучения молекулярного газа состоит из относительно широких полос (полосатый спектр) вследствие того, что энергети­ ческий спектр молекулы (см. рис. 119, б) состоит из нескольких атомарных спектров и, кроме того, имеет дополнительные энерге­ тические уровни, характеризующие колебание и вращение моле­ кулы (на рис. 119, б показаны укороченными линиями). Энергети­ ческие уровни в молекулах расположены близко и местами слива­ ются, образуя полосы.

В твердых телах в результате сильного взаимодействия атомов энергетические уровни отдельных атомов «расщепляются» на близ­ кие подуровни, образующие энергетические зоны (на рис. 119, в заштрихованы). Практически расщепление наблюдается только у

ный уровень (уровень с валентными электронами в невозбужден­ ном состоянии) при расщеплении перекрывается с ближайшим воз­ бужденным уровнем, у диэлектриков и полупроводников между этими уровнями имеется запрещенная зона (см. рис. 119, в), более широкая у диэлектриков, чем у полупроводников. В твердых телах электроны в невозбужденном состоянии могут занимать любые сво­ бодные подуровни в пределах валентной зоны, а в возбужденном состоянии —любые свободные подуровни первой возбужденной зоны, у полупроводников называемой зоной проводимости. Так как элек­ трону разрешены те же обратные переходы, в процессе которых из-

226

накаливания в дневных условиях во много раз меньше дальности действия ночью.

Внутри колбы имеются два молибденовых электрода, зазор между заостренными концами которых составляет —0,5 мм. Во внутреннюю полость колбы при изготовлении лампы вносится небольшое количе­

в

ражен на рис. 121 (кривая 2). Появление сплошного фона в спектре ртутной лампы объясняется расщеплением энергетических уровней молекул вследствие довольно сильного взаимодействия между ними при давлении, которое устанавливается в колбе. Недо­ статком лампы являются большая потребляемая мощность при относительно низком коэффициенте полезного действия и малый срок службы (—100 ч).

В светодальномере СВВ-1 в качестве источника света приме­

зажигания лампы на ее электроды на короткое время подается вы­

228

ратуры, при которой окись циркония излучает характерный для металлов непрерывный спектр, показанный на рис. 121 (кривая 3). Яркость лампы ДАЦ-50 достигает 30—50 меганит. Срок службы ее несколько больше, чем у лампы ДРШ 100-2.

тонкий (толщиной в единицы или десятки микрометров) слой, назы­ ваемый р — «-переходом, р — «-переход отличается очень высокой концентрацией связанных с узлами кристаллической решетки элек­ тронов е~ со стороны /^-области и дырок е + со стороны гг-области. Если к светодиоду приложить «прямое» напряжение (плюс к р-обла- сти и минус к «-области), то через р — «-переход начнет протекать «прямой» ток, обусловленный перемещением электронов из «-области в р-область и дырок в обратно*! направлении. Электроны и дырки проводимости в р — «-переходе будут рекомбинировать. А так как электроны проводимости являются возбужденными электронами, а дырки по существу, являются вакантными местами в невозбужден­

этот переход является излучательным и потому процесс рекомбинации электронов и дырок в р — «-переходе светодиода сопровождается излучением электромагнитной энергии; при этом частота электро­ магнитных колебаний определяется выражением (25). Телом свече­ ния в светодиоде является р — «-переход (рис. 122, б).

При изменении тока через р — « переход светодиода изменяется интенсивность процесса рекомбинации, а следовательно, и интен­ сивность свечения. Таким способом в светодиодах осуществляется амплитудная модуляция, частота которой может достигать сотен мегагерц.

В большинстве случаев светодиоды изготавливаются из арсенида галлия, для которого средняя длина волны излучения в зависимости от состава примеси лежит в пределах 0,8—0,9 мкм, т. е. в ближней

(см. рис. 122, в) и зависит от внешних факторов, в том числе от темпе­ ратуры и проходящего через него тока. Светодиоды отличаются ма­

поэтому в настоящее время светодиоды находят применение исклю­ чительно в малых светодальномерах. Применение криогенных (охла­ ждающих) устройств улучшает энергетические характеристики све­ тодиодов, но одновременно4 увеличивает габариты и вес прибора.

Лампы накаливания, дуговые источники света и электролюмине­ сцентные диоды дают излучения неполяризованяых колебаний широ­ кого спектра. В противоположность этому излучение оптических кван­ товых генераторов (ОКГ) отличается высокой монохроматичностью,

229