Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Фазовая С. применяется для бесконтактного измерения расстояияй, в основном в топографо-геодезич. работах, в гляциологии, при измерении крупногабаритных деталей в машиностроении, при измерении и юстировке профиля радиотелескопов и др. Дифференцирование данных о расстоянии до объекта как в фазовой, так н в импульсной С. позволяет получить значение радиальной скорости его перемещений (светодаль-номерные системы стыковки в космосе).
Развивается новое направление С.— лазерная п р о-филометрия, к-рая на основе непрерывного измерения расстояния позволяет осуществлять автоматич. детальную регистрацию профиля разл. объектов, в т. ч. профиля земной поверхности. Светодальиомерный про-филометр применим для автономного ориентирования планетоходов.
Лит.: В а ф и а д и В. Г., Попов Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Волконский В. В., Яковлев В. В., Высокоточные лазерные свето дальномеры для геофизики, гидротехники и машиностроения, «Труды ГОИ», 1985, т. 58, в. 192, с. 217; Радиогеодеаические и электрооптические измерения, М., 1985; Мусьяков М. П. Миценко Н. Д., Оптико-электронные системы ближней дальнометрии. М., 1991. Ю. В. Попов, В. Б. Волконский.
СВЕТОДИОД — полупроводниковый диод, излучающий свет при пропускании тока через р — п-переход в прямом направлении. Физ. основу работы С. составляют процессы инжекции неосновных, носителей заряда в активную область р — ^-структуры и излучат, рекомбинации инжектиров. носителей (CM. Рекомбинация носителей заряда).
С. включает в себя активный элемент из полупроводникового монокристалла, в основном в виде кубика («чипа»), содержащего р — п-переход или гетеропереход и омич, контакты. Типичные размеры чипа: 0,3 х 0,3 X 0,25 мм. С. содержит также элементы конструкции, предназначенные для сбора излучения, повышения внеш. оптич. эффективности и формирования необходимой диаграммы направленности излучения. С. может иметь два чипа с разл. цветами свечения или один чпп с двумя р — n-переходами, излучающими в двух спектральных полосах. В этом случае возможно управление цветом свечения. С. может содержать также резистор или микросхему, позволяющие управлять питающим напряжением С. (см. Интегральная схема, Микроэлектроника). С. могут иметь усложнённую кон-
ф 3 0 Физическая энциклопедия, т. 4
СВЕТОДИОД
СВЕТОДИОД
струкцию, повышающую эффективность ввода излучения в волокно, если онн предназначены для использования в спец. целях, иапр. в волоконио-оптич. линиях связи (BOJIC) (см. Волоконная оптика).
С. характеризуются высокой яркостью (тыс. кд/м2), силой света (до десятков кд), силой излучения (сотни мВт/ер), виеш. квантовым выходом излучения (до 50%), широким спектральным диапазоном (Ямакс » я; 7—0,35 мкм), высоким быстродействием (до единиц не), совместимостью по входным характеристикам с транзисторными микросхемами, а по спектру излучения С. ИК-диапазона — с фотоприёмниками на основе кремния, возможностью монолитной интеграции, возможностью ВЧ-модуляции излучения путём модуляции тока накачки (до сотен МГц), низиовольтностью электропитания (1,5—4 В), надёжностью и большим сроком службы (до сотеи тыс. ч).
Основные механизмы возбуждения светодиода — инжещия носителей заряда и ударная ионизация. Ин-жекция наиб, эффективна в гетероструктурах (ГС). Вследствие разрывов в валентной зоне и зоне проводимости гетероперехода прн смещении перехода в прямом направлении наблюдается односторонняя нижекция носителей заряда из широкозонного материала в узко-зонный практически независимо от уровня легирования п- и p-областей. В двойных гетероструктурах (ДГ) вследствие эффекта электронного ограничения (см. Гетероструктура) повышается концентрация носителей в активной области структуры. Если толщина активной области d < L, где L — диффузионная длина инжектиров. носителей, то концентрация носителей в Ljd раз превышает концентрацию в гомоструктуре при том же уровне возбуждения. Применение ДГ позволяет повысить виеш. квантовый выход излучения (tIbh) пРи малых токах накачки. Ударная ионизация имеет место при обратном смещении р — ге-перехода до напряжения электрич. пробоя. Этот механизм введения неравновесных носителей меиее эффективен, чем инжекционный.
Излучат, рекомбинация в С. осуществляется в пря-м о з о н и ы х полупроводниках (иапр.,
GaAs, InAs, твёрдых растворах GaAs1-J-Px при х < 0,4, Ga1-JcAlxAs при х < 0,35 и др.), в к-рых абс. минимум зоиы проводимости находится при том же значении квазиимпулъса, что и максимум валентной зоиы. Переход электрона с сохранением квазиимпульса характеризуется высокой вероятностью и является излучатель-ным. Длина волны излучения в максимуме спектральной полосы определяется шириной запрещённой зоиы Jg по примерному соотношению Ямакс ж 1,239/^. Полное число излучат, переходов R в единице объёма пропорц. концентрациям электронов (и) и дырок (р) в активной области: R — Вгпр, где Br — коэф. рекомбинации, равный для прямозонных полупроводников ~10~10 Cm8/с.
С. на основе гомопереходов в прямозонных полупроводниках, легированных т. н. мелкими примесями (см. Примесные уровни), имеют существ, недостаток — сильное поглощение излучения внутри кристалла (коэф. поглощения а — IO1 см-1). Снижение потерь на межзои-иое поглощение достигается уменьшением энергии излучения за счёт компенсации примесей в активной области (напр., в эпитаксиальной р — п-структуре GaAs1 легированной Si). При сильном легировакии и компенсации хаотически расположенный в пространстве заряд примесей создаёт искривление граииц зон, при к-ром локальная ширина запрещённой зоиы остаётся постоянной (см. Сильнолегированный полупроводник). Это приводит к тому, что в распределения плотности состояний появляются участки при энергиях ниже зоны проводимости и выше валентной зоиы — т. н. хвосты плотности состояний, пространственно разделённые в обеих зонах. В С. с такой структурой в излучат, рекомбинации принимают участие глубокие и удалённые группы состояний. При этом излучаемые фотоны характери-
