Tyto stránky již nejsou udržovány. Obsah je postupně přesouván/aktualizován na adrese chytrosti.marrek.cz.

126/289

Počítačové sítě a komunikační technika:
Harmonická analýza
Harmonická analýza -- složky
Harmonická analýza -- cvičení
Amplitudová modulace
Frekvenční modulace
Vzorkování
Aliasing
Kvantování
Číslicové zpracování signálů
Komunikace pomocí optických vláken I
Komunikace pomocí optických vláken II
Komunikace pomocí optických vláken III
Komunikace pomocí optických vláken IV
Optické zdroje a detektory
Metalické vedení -- primární a sekundární parametry
Metalické vedení -- zakončovací impedance
Stojaté vlnění
Šíření elektromagnetických vln
Parametry antén
Antény
Zdrojové kódování
Ztrátová komprese
Běžně používané souborové formáty
Formát kontejner kodek
Kanálové kódování
Multiplexování
Komunikační model, vrstvy, TCP/IP I
Komunikační model, vrstvy, TCP/IP II
IP adresa
DNS a WHOIS
DNS a WHOIS -- videoukázka
Protokoly TCP a UDP
Vrstvy Internetu — videoukázka
Služby Internetu
E-mail
Šifrování a elektronický podpis I
Šifrování a elektronický podpis II
Šifrování a elektronický podpis — videoukázka
Kódování textu
Kódování čísel
Úvod do Linuxu
Zpracování příkazového řádku
Základní příkazy
Přístupová práva
Vstupy, výstupy, přesměrování
Procesy
Procesy bez přihlášení
Počáteční nastavení
Základy skriptování
Shell -- test
Instalace software a nastavení sítě
Secure Shell I
Secure Shell II
Webový server
Python jako motor webu -- CGI
Python jako motor webu -- formuláře
Python jako motor webu -- Bottle I
Python jako motor webu -- Bottle II
Bottle -- příklad
Malý poštovní server

PSK1-14

Název školy: Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3
Autor: Ing. Marek Nožka
Anotace: Optické zdroje a detektory
Vzdělávací oblast: Informační a komunikační technologie
Předmět: Počítačové sítě a komunikační technika (PSK)
Tematická oblast: Principy přenosu informací
Výsledky vzdělávání: Žák popisuje fyzikální princip funkce optických zdrojů a detektorů
Klíčová slova: laser, led, emise
Druh učebního materiálu: Online vzdělávací materiál
Typ vzdělávání: Střední vzdělávání, 3. ročník, technické lyceum
Ověřeno: VOŠ a SPŠE Olomouc; Třída: 3L
Zdroj: Vlastní poznámky, Wikipedia, Wikimedia Commons

Optické zdroje a detektory

Obsah:

  1. Bohrův model atomu
  2. Emise
  3. Spontánní emise
  4. Stimulovaná emise
  5. Fotoelektrický jev
  6. Laser
  7. LED
  8. Laserová dioda

Bohrův model atomu

Atom se skládá z velmi hmotného jádra a lehkých elektronů v obalu atomu.

Emise

Aby elektron přešel z jedné hladiny na druhou, musí mu být předána, nebo musí ztratit energii odpovídající energetické vzdálenosti těchto hladin. Pokud elektron přejde -- excituje, z nižší hladiny na vyšší nachází se v excitovaném stavu.

V excitovaném stavu elektron nezůstane, ale po krátkém čase se vrátí zpět na svou původní energetickou hladinu. Tento ztráta energie se projeví vyzářením fotonu. Tento jev se označuje jako emise.

Vztah mezi energií a vlnovou délkou (frekvencí) lze vyjádřit následujícími vztahy:

$$E = h \cdot f$$

$$\lambda = {c \over f}$$

Kde $E$ je energie, $h$ je Planckova konstanta, $f$ je frekvence, $c$ je rychlost světla, $\lambda$ je vlnová délka.

V kvantové fyzice se frekvence často označuje řeckým písmenem $\nu$ [ný].

$$E = h \nu$$

Spontánní emise

V excitovaném stavu setrvává soustava jen po velmi krátkou dobu, řádově $10^{-3}$ -- $10^{-7}$s. Poté se prázdné místo na nižší energetické hladině zaplní -- dojde k emisi fotonu. Takto spontánně vyzářený foton má náhodný směr, fázi a polarizaci. Světlo generované spontánní emisí nazýváme luminiscencí či fluorescencí.

Stimulovaná emise

Stimulovaná (též vynucená či indukovaná) emise je kvantový jev, při kterém dopadající částice (nejčastěji foton) stimuluje přechod excitovaného elektronu do základního stavu za současného vyzáření částice o stejných vlastnostech jako má částice stimulující.

Ke stimulované emisi dochází tehdy, přijde-li do excitované soustavy (tedy dříve, než dojde ke spontánní emisi) foton o energii rovné rozdílu energetických hladin (tedy o energii $E = h \nu = E_2 - E_1$. V tom případě tento foton stimuluje přechod soustavy do základního stavu a je vyzářen další foton, jenž má stejnou vlnovou délku (energii), polarizaci a směr jako foton stimulující.

Fotoelektrický jev

Fotoelektrický jev či fotoefekt je fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány, emitovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpce elektromagnetického záření (např. rentgenové záření nebo viditelného světla) látkou. Emitované elektrony jsou pak označovány jako fotoelektrony a jejich uvolňování se označuje jako fotoelektrická emise (fotoemise).

Pokud jev probíhá na povrchu látky, tzn. působením vnějšího elektromagnetického záření se elektrony uvolňují do okolí látky, hovoří se o vnějším fotoelektrickém jevu.

Fotoelektrický jev však může probíhat i uvnitř látky, kdy uvolněné elektrony látku neopouští, ale zůstávají v ní jako vodivostní elektrony. V takovém případě se hovoří o vnitřním fotoelektrickém jevu.

Pokud na látku dopadají elektrony, které způsobují vyzařování fotonů, mluví se o inverzním (obráceném) fotoelektrickém jevu.

Laser


(1.) Aktivní prostředí (2.) Čerpání aktivního prostředí (3.) Odrazné zrcadlo (4.) Polopropustné zrcadlo (5.) Laserový paprsek

Zdrojem energie, který může představovat například výbojka, je do aktivního média dodávána ("pumpována") energie. Ta energeticky vybudí elektrony aktivního prostředí ze základní energetické hladiny do vyšší energetické hladiny, dojde k tzv. excitaci. Takto je do vyšších energetických stavů vybuzena většina elektronů aktivního prostředí a vzniká tak tzv. inverze populace.

Při opětném přestupu elektronu na nižší energetickou hladinu dojde k vyzáření (emisi) kvanta energie ve formě fotonů. Tyto fotony následně interagují s dalšími elektrony inverzní populace, čímž spouštějí tzv. stimulovanou emisi fotonů, se stejnou frekvencí a fází, i u nich.

Díky umístění aktivní části laseru do rezonátoru, tvořeného například zrcadly, dochází k odrazu paprsku fotonů a jeho opětovnému průchodu prostředím. To dále podporuje stimulovanou emisi, a tím dochází k exponenciálnímu zesilování toku fotonů. Výsledný světelný svazek pak opouští rezonátor průchodem skrze výstupní polopropustné zrcadlo.

LED

Prochází-li přechodem P-N diody elektrický proud v propustném směru, dochází k rekombinaci elektronů a děr. Volný elektron přejde z vodivostního pásu na energetickou hladinu v atomovém obalu. Tento přechod (emise) vyzařuje (emituje) nekoherentní světlo s úzkým spektrem.

Pásmo spektra záření diody je závislé na chemickém složení použitého polovodiče. LED jsou vyráběny s pásmy vyzařování od ultrafialových, přes různé barvy viditelného spektra, až po infračervené pásmo. Poměrně dlouho trval vývoj modré LED, která umožnila vznik moderních velkoplošných barevných obrazovek, a v té souvislosti i bílé vysocesvítivé LED, které se používají hlavně jako zdroje světla v různých svítilnách a světlometech a dále k podsvícení displejů z tekutých krystalů.

Z principu funkce LED vyplývá, že nelze přímo emitovat bílé světlo – starší bíle zářící diody většinou obsahují trojici čipů vybíraných tak, aby bylo aditivním míšením v rozptylném materiálu vrchlíku obalu diody dosaženo vjemu bílého světla.

Laserová dioda

Laserová dioda nebo též polovodičový laser je polovodičová dioda, na jejímž PN přechodu dochází k přeměně elektrické energie na světlo. Na rozdíl od LED diod se generuje světlo odpovídající svými vlastnostmi světlu laseru, tj. má výrazně užší spektrum (je výrazně monochromatické), je koherentní atp.).

Funkce laserové diody je stejně jako funkce ostatních laserů založena na procesu stimulované emise. Aktivním prostředím je zde okolí PN přechodu, kde dochází k injekci elektronů a děr. Doba života elektronů a děr je pro polovodičové materiály typicky několik nanosekund. Poté dojde k rekombinaci za současného vyzáření fotonu v náhodném směru a o náhodné fázi a polarizaci

Ke stimulované emisi dochází v případě, že do prostředí přijde foton s energií rovnou rozdílu příslušných energetických hladin ještě předtím, než dojde k rekombinaci (a případné spontánní emisi). V takovém případě tento foton stimuluje přechod elektronu do nižší energetické hladiny a tedy i emisi dalšího fotonu, tentokrát stejného směru, fáze i polarizace jako má foton stimulující.

Důležitým parametrem laserové diody souvisejícím se stimulovanou emisí je tzv. prahový proud (40 až 240 mA) Pod hodnotou prahového proudu dochází pouze ke spontánní emisi a tedy ke generaci nekoherentního záření, naopak s proudem, který přesáhne prahovou hodnotu, prudce vzrůstá výkon diody a dochází ke stimulované emisi a produkuje se koherentní záření.

prahový proud roste s teplotou přibližně 15 % na 1°C.

Stejně jako u ostatních typů laserů i zde je třeba optického rezonátoru, kde dochází k zesílení světelného záření díky stimulované emisi. U laserových diod plní roli zrcadel odštípnutí krystalu v krystalografických rovinách


| navigace |

Licence Creative Commons Valid XHTML 1.0 Strict Valid CSS! Antispam.er.cz Blog: Tlapicka.net