Основы фотоники. Источники и приемники оптического излучения

ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................. 6

1 ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ........................................................................ 7

1.1 Закон Планка....................................................................................... 7

1.2 Закон смещения Вина ......................................................................... 8

1.3 Закон Стефана–Больцмана ................................................................. 9

1.4 Радиационные функции...................................................................... 10

1.5 Радиационные свойства...................................................................... 11

1.6 Интегральные радиационные свойства .............................................. 11

1.7 Закон Кирхгофа .................................................................................. 13

1.8 Монохроматические радиационные свойства.................................... 14

1.9 Направленные радиационные свойства............................................... 15

1.10 Солнечное излучение........................................................................ 18

2 ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ. ИСТОЧНИКИ

НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ........................................................ 22

2.1 Тепловые источники излучения ......................................................... 22

2.1.1 Черное тело, коэффициент теплового излучения

полости ..................................................................................................... 22

2.1.2 Штифт Нернста, силитовый излучатель, темные

излучатели, трубчатые кварцевые излучатели......................................... 25

2.2 Лампы накаливания ............................................................................ 27

2.3 Газоразрядные источники излучения................................................. 33

2.3.1 Виды разряда, используемые в газоразрядных

источниках излучения .............................................................................. 36

2.3.2 Дуговой разряд................................................................................. 40

2.4 Люминесцентные лампы .................................................................... 42

2.5 Различные газоразрядные источники................................................. 47

2.6 Газоразрядные импульсные лампы для накачки

твердотельных лазеров............................................................................. 54

2.7 Источники излучения в вакуумной УФ области

спектра...................................................................................................... 58

3 СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ........................................................ 60

3.1 Спектральные характеристики люминесцентных

светодиодов .............................................................................................. 63

3.2 Эффективность люминесценции........................................................ 64

4 ИСТОЧНИКИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.................................. 68

4.1 Молекулярные лазеры........................................................................ 70

4.1.1 Лазеры на СО2 .................................................................................. 70

4.2 Непрерывные СО2 лазеры................................................................... 72

4.3 Лазеры на молекулярном азоте .......................................................... 78

4.4 Аргоновый лазер................................................................................. 79

4.5 Гелий-неоновый лазер ........................................................................ 81

4.6. Лазеры на парах металлов ................................................................. 83

4.7. Твердотельные лазеры....................................................................... 84

4.7. Волоконный лазер.............................................................................. 93

4.8. Химические лазеры............................................................................ 94

4.9. Лазер на красителях........................................................................... 96

4.10 Лазер на свободных электронах ....................................................... 99

4.12. Лазеры с p-n-переходами и гетеропереходами............................. 100

4.12.1. Лазеры с перестройкой частоты ................................................... 104

5 ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ................................................................ 111

5.1 Классификация приемников излучения ............................................. 111

5.2 Основные параметры детекторов света.............................................. 113

5.3 Детекторы на основе фотопроводимости........................................... 118

5.3.1.Фоторезисторы ................................................................................ 123

5.3.2 Характеристики и параметры фоторезисторов ............................... 125

5.4 Фотодиоды.......................................................................................... 127

5.4.1 PIN-фотодиоды ................................................................................ 129

5.5 Фототранзисторы................................................................................ 135

5.6 Приемники излучения на основе внешнего

фотоэффекта ............................................................................................. 139

5.6.1 Электровакуумные фотоэлементы и

фотоэлектронные умножители................................................................. 140

5.6.2 Электронно-оптические преобразователи....................................... 148

5.7 Сцинтилляционные детекторы........................................................... 150

5.8 Полупроводниковые счетчики ........................................................... 152

6 СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ................................................................. 155

6.1 Способы концентрирования солнечного света .................................. 158

7 ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ.................................................. 162

7.1 Хранение заряда.................................................................................. 162

7.2 Перенос заряда и частотные свойства................................................. 168