Главная страница
Навигация по странице:

  • 7.Когерентность оптического излучения. Когерентность

  • Ответы оптоэлектроника. 1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника


    Скачать 1.97 Mb.
    Название1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника
    АнкорОтветы оптоэлектроника.docx
    Дата16.03.2019
    Размер1.97 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОтветы оптоэлектроника.docx
    ТипДокументы
    #28241
    страница6 из 11
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    6.Яркость светящейся поверхности. Закон Ламберта. Световая экспозиция.




    7.Когерентность оптического излучения.

    Когерентность – явление коррелированного (согласованного) протекания во времени и в пространстве колебательных или волновых процессов. Когерентное излучение имеет упорядоченные амплитуду, частоту, фазу, поляризацию и направление распространения. Идеальная монохроматическая электромагнитная волна (МЭВ) понимается как бесконечная в пространстве и времени волна, имеющая постоянную циклическую частоту ω. Такой волне соответствует уравнение



    где E — напряженность электрической компоненты поля волны в точке с координатой х; 0 E0— амплитуда вектора напряженности; t время работы излучателя волны; k — модуль волнового вектора, k = 2π/λ; λ — длина волны.

    Вид функции f определяется режимом работы излучателя МЭВ.

    Современная оптоэлектроника использует в качестве источников излучения полупроводниковые, твердотельные и газовые оптические квантовые генераторы (ОКГ). Излучателями света в ОКГ являются либо возбужденные валентные электроны атомов (газовые ОКГ), либо электроны проводимости (полупроводниковые ОКГ). В первом случае переход валентного электрона из возбужденного состояния в невозбужденное сопровождается излучением

    фотона с энергией



    где h — постоянная Планка; ν — частота соответствующей фотону волны. Во втором случае излучение фотона происходит в процессе рекомбинации электрона проводимости с дыркой, расположенной в валентной зоне. В обоих случаях время перехода электрона из возбужденного состояния в невозбужденное конечно и составляет величину τп ≈ 10–8 с. Время излучения фотона в процессе указанного перехода много меньше, чем _п, и составляет величину τф = 10–15 с, для λ = 1,5 мкм. Условное соотношение τп и τф показано на рис. 2.8. За время τп излучается множество фотонов Nф, число которых

    определяется количеством возбужденных электронов в газе или твердом теле. Всегда найдутся фотоны, имеющие одинаковую частоту ν, с которой изменяется их поле (t). Последовательность таких фотонов образует волновой цуг, показанный на рис. 2.9. Нетрудно видеть на рис. 2.9, что время самовоспроизведения фотона τф одного порядка с периодом T возникшей электромагнитной волны.



    Любой ОКГ за время τк (в соответствии с рис. 2.9) излучает не

    единственный цуг, а множество цугов с незначительно отличающимися частотами. Накладываясь друг на друга во времени и пространстве, цуги образуют волновой пакет. Внутри волнового пакета цуги интерферируют. В результате интерференции возникают биения векторов Е как результат сложения колебаний с близкими частотами. Заметим, что волновой цуг распространяется с фазовой скоростью



    где n — абсолютный показатель преломления в среде распространения волны; c — скорость света в вакууме.

    Волновой пакет распространяется с групповой скоростью



    где dVф/dk — дисперсия фазовой скорости.

    Реальное оптическое излучение, генерируемое ОКГ, представляет собой поток волновых пакетов, отличающийся от идеальной МЭВ, определенной выше. Введем понятие когерентности оптического излучения как меры приближения реального излучения к идеальной МЭВ. Различают временную и пространственную когерентность. Основной характеристикой временной когерентности является время когерентности τк — это промежуток времени, в течение которого закон изменения фазы электромагнитной волны остается постоянным (в соответствии с рис. 2.9).

    Согласно рис. 2.9



    где Nф — число фотонов, входящих в волновой цуг. К характеристикам пространственной когерентности относятся: длина когерентности lк, «радиус» когерентности ρк и объем когерентности Vк.

    Длиной когерентности lк называется расстояние, которое проходит волна за время когерентности τк. По определению


    «Радиусом» когерентности к называется диаметр круга, в

    пределах которого разброс направлений волнового вектора электромагнитной волны не превышает π радиан.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    написать администратору сайта