Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
* лах 616—913 Вт/м2. В видимой области спектра за пределами Ж атмосферы освещенность, создаваемая Солнцем, составляет 1,37х ж X 10s л к. Иногда принимают, что в диапазоне 0,47—0,53 мкм ж цветовая температура Солнца равна 6500 К. Яркость солнечного Щ Диска уменьшается от центра к краям, одновременно меняется и щ, спектральный состав излучения. Средняя яркость в видимом диа-рГ пазоне 2х 10е кд/м-2. В приземных слоях максимальная освещен-\ йость составляет около 106 лк.
Угловой размер солнечного диска при наблюдении с Земли равен приблизительно 32'.
Земля. При наблюдении Земли из космоса можно рассматри-, Вать 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 по-i верхности и различными условиями их освещения Солнцем. По Is мере удаления от Земли ее альбедо становится все более интеграль-I Ным, т. е. 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 г . 37
МЛ(Х) В т/м 2мим
Рис. 1.28. Спектры излучения Солнца:
/ — за пределами атмосферы; 2 — ва уровне моря
прямоугольным импульсом тока, а также минимальной скважностью импульсов.
Длительность переднего и заднего фронтов светового импульса в основном зависит от постоянной времени RC, 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 одной наносекунде), частота повторения импульсов достигает десятков мегагерц.
Светодиоды на основе GaAs со спектральной характеристикой типа 5 (см. вис. 1.21) имеют сЬронты нарастания 10 не, а спада — 50—70 не.
Светодиоды на основе арсенида галлия со спектральной характеристикой 6 имеют фронты нарастания и спада 200— 500 не, а светодиоды на основе a SiC (6Н) в желтой области спектра (КЛ101) имеют фронты нарастания 100—250 мкс. Светодиоды на основе GaP при подаче на них импульса напряжения в обратном направлении, а также сплавные ‘светодиоды на основе SiC при прямом и обратном напряжении имеют фронты, составляющие единицы наносекунд.
Эффективность р—п-перехода как источника, конструктивные особенности светодиодов к их мощность. Основной характеристикой излучающих светодиодов является внешний квантовый выход, рассматриваемый как произведение внутреннего квантового выхода и коэффициента вывода излучения (или оптической эффективности) прибора: щ — пва (Т, 1) rj0, где t\q, rjBH — внешний и внутренний квантовые выходы; Т — температура, К; / — интегральный ток в переходе; % — оптическая эффективность конструкции.
Внешний квантовый выход светодиода можно определить следующим образом: — (PJhf)/(I/e), где в числителе — число
излученных за 1 с фотонов, а в знаменателе — число носителей, введенных в переход за 1 с; Ре — интегральная мощность внешнего излучения светодиода; h — постоянная Планка; / — частота излучения; е — заряд электрона.
Коэффициент полезного действия светодиода т]е = PJ(IU), где U — приложенное к диоду напряжение.
Энергия кванта излучения равна А/ — eUr А?в, где UT — разность потенциалов, соответствующая ширине запрещенной зоны. Отсюда можно получить связь между КПД (т]е) и внешним квантовым выходом : п1(, = (U-JU).
Для оптико-злехгронн^х приборов з первую очередь имеет значение внешний квантовый выход. Он, как правило, меньше внутреннего квантового выхода, что обусловлено поглощением генерируемого в р—«-переходе (десятые доли микрометра) излучения в толще полупроводника и контактах, а также френелев-
34
скими 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 GaAs, 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 ООО 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 эпитаксией. Такие светодиоды имеют квантовый выход до 1,3%. Интенсивность излучения у них пропорциональна силе тока в диапазоне от 1 до 10 мА, мощность достигает 0,1—0.2 мВт.
