TTS Moduł 10

Plik:TTS M10 Slajd1.PNG

---

Plik:TTS M10 Slajd2.PNG

---

---

Plik:TTS M10 Slajd3.PNG

Aby możliwe było zrozumienie zasady działania półprzewodnikowych źródeł światła potrzebna jest pewna wiedza o zjawiskach fizycznych zachodzących wewnątrz tych przyrządów. Zacznijmy więc od omówienia tych zjawisk. Pierwsze zagadnienie stanowią mechanizmy oddziaływania fotonów z atomami ośrodka. Rozważmy więc ośrodek w którym atomy mogą przyjmować tylko dwie, dyskretne wartości energii. Takie wartości energii nazywamy stanami lub poziomami energetycznymi. Gdy ośrodek posiadający dwa stany energetyczne o energiach $E_1$ i $E_2$ takich, że $E_1<E_2$ oświetlimy fotonem o energii $hf=E_2-E_1$, wtedy foton ten może zostać pochłonięty przez atom o niższej energii $E_1$. Energia pochłoniętego fotonu przekazywana jest atomowi – przyjmuje on wtedy energię $E_2$ (nazywamy to przejściem na wyższy poziom energetyczny). Zjawisko to schematycznie pokazane na rys.a) nosi nazwę absorbcji promieniowania. W przyrodzie każdy układ dąży do uzyskania minimum energii. Pobudzony atom (na wyższym poziomie energetycznym) dąży więc do powrotu na niższy poziom energetyczny. Po pewnym czasie (średni czas przebywania atomu na wyższym poziomie energetycznym nazywamy czasem życia poziomu) atom wróci na podstawowy poziom energetyczny $E_1$. Aby jednak powrócić na ten poziom musi on pozbyć się różnicy energii $\mathrm{\Delta }E=E_2-E_1$. Tę różnicę może przekazać w postaci mało nas interesującej np. oddając ją ośrodkowi w postaci energii kinetycznej, ale może też oddać ją wypromieniowując foton. Wypromieniowany foton unosi różnicę energii między poziomami, a więc energia fotonu $hf=\mathrm{\Delta }E=E_2-E_1$. Zjawisko to nosi nazwę emisji spontanicznej i jest podstawą działania diod LED. Co jednak się stanie, gdy pobudzony atom (na wyższym poziomie energetycznym) oświetlimy fotonami o energii $hf=\mathrm{\Delta }E?$ W takim przypadku absorbcja promieniowania nie jest możliwa (atom posiada już energię $E_2$). Fotony, którymi oświetlamy ośrodek mogą jednak wywoływać przejście atomu na niższy poziom energetyczny dużo wcześniej niż by to się stało poprzez emisję spontaniczną. Podczas przejścia atomu na niższy poziom energetyczny wywołanego przez przelatujący foton energia uwalniana jest w postaci dodatkowego fotonu. Proces ten nosi nazwę emisji wymuszonej i jest podstawą działania laserów. Emitowany w trakcie tego procesu foton posiada specyficzne właściwości. Otóż jest on identyczny jak foton, który wywołał to zjawisko. Posiada więc dokładnie taką samą energię, porusza się w tym samym kierunku, a traktowany jak fala elektromagnetyczna posiada tę samą długość fali i fazę. O takim promieniowaniu mówimy, że jest koherentne. Po zajściu zjawiska emisji wymuszonej dostajemy dwa fotony zamiast jednego – oświetlającego. Mamy więc tu do czynienia z rodzajem wzmocnienia światła.

---