7.4: Зв'язок між пристроями

Last updated
Save as PDF

Page ID: 29348

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

7.4.1.PNG — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Пристрої, які перетворюють між електрикою та світлом, можна класифікувати залежно від того, чи передбачають вони поглинання, спонтанне випромінювання або стимульоване випромінювання. Товсті межі вказують на категорії пристроїв, а тонкі межі вказують на приклади типів пристроїв.

7.4.2.png — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Пристрої, що перетворюють між електрикою і світлом, можна класифікувати за типом активного матеріалу. Товсті межі вказують на категорії пристроїв, а тонкі межі вказують на приклади типів пристроїв.

Вчені придумали найрізноманітніші пристрої, які перетворюють між електрикою і світлом, і вони придумали найрізноманітніші програми для цих пристроїв. Покриття всіх таких пристроїв і всіх їх застосувань виходить за рамки цього тексту. Однак ця глава показала деяку різноманітність пристроїв. Одним із способів класифікації пристроїв, які перетворюються між електрикою та світлом, є групування їх за категоріями залежно від того, чи передбачають вони в основному поглинання, спонтанне випромінювання або стимульоване випромінювання. Малюнок\(\PageIndex{1}\) ілюструє, як класифікувати багато пристроїв, розглянутих в цьому розділі таким чином. Овали вказують на поглинання, округлені прямокутники вказують на спонтанне випромінювання, а прямокутники - стимульоване випромінювання. На малюнку товсті межі позначають категорії пристроїв, тоді як тонкі межі вказують на приклади типів пристроїв. Пунктирні лінії позначають пристрої з газоподібними активними матеріалами, пунктирні лінії вказують на напівпровідникові активні матеріали, змішані пунктирні та пунктирні лінії вказують на тверді активні матеріали, широко розташовані пунктирні лінії вказують на провідні активні матеріали, а суцільні - змішані або інші активні матеріали.

Ця діаграма далеко не повна, оскільки існує безліч інших категорій пристроїв, і ці категорії можуть бути розбиті на подальші підкатегорії. Крім того, показано лише кілька прикладів пристроїв, що стосуються деяких конкретних пристроїв, розглянутих вище. Ця діаграма включає пристрої на основі поглинання, розглянуті в розділі 6. Він також включає антени, розглянуті в розділі 4. Світло - це форма електромагнітного випромінювання з частотами у видимому діапазоні. Наприклад, світло може поглинатися сонячною батареєю і спонтанно випромінюватися світлодіодом. Аналогічно, електромагнітні хвилі на більшій довжині хвиль можуть поглинатися або спонтанно випромінюватися антенами, які є пристроями з провідними активними матеріалами.

Різним способом класифікації пристроїв, які перетворюють між електрикою та світлом, є класифікація їх на основі типу активного матеріалу. Всі ці пристрої передбачають взаємодію світла і атомів. Атоми, що беруть участь, можуть бути частиною газу, можуть бути легуючими всередині ізолюючої твердої речовини, можуть бути частиною сипучого напівпровідникового матеріалу або можуть бути частиною провідного твердого тіла. Цей спосіб класифікації пристроїв проілюстрований на рис. \(\PageIndex{2}\). Пунктирні лінії позначають пристрої з газоподібними активними матеріалами, пунктирні лінії вказують на напівпровідникові активні матеріали, змішані пунктирні та пунктирні лінії вказують на тверді активні матеріали, широко розташовані пунктирні лінії вказують на провідні активні матеріали, а суцільні - змішані або інші активні матеріали. Як і на попередньому малюнку, овали вказують на поглинання, округлені прямокутники вказують на спонтанне випромінювання, а прямокутники - стимульоване випромінювання. Антени показані двічі в категорії пристроїв на основі провідників, оскільки приймальні антени включають поглинання, а передавальні антени включають спонтанне випромінювання. Також, як і на попередньому малюнку, товсті межі вказують на категорії пристроїв, тоді як тонкі межі вказують на приклади типів пристроїв. Знову ж таки, ця цифра не показує повного списку всіх можливих пристроїв або категорій пристроїв, але він ілюструє відносини між деякими пристроями, розглянутими в цьому розділі.

Пристрої, як правило, призначені для залучення лише одного з цих процесів поглинання, спонтанного випромінювання або стимульованого випромінювання. Однак можливо, що кілька цих процесів відбуваються в одному пристрої залежно від того, як він працює. Наприклад, напівпровідниковий лазер перетворює електрику в світло шляхом стимульованого випромінювання при подачі струму вище порогу генерації. Якщо подається більш слабкий струм, пристрій буде виконувати роль світлодіода, який перетворює електрику в світло шляхом мимовільного випромінювання. Якщо світло світить на пристрої і вимірюється напруга на пристрої, той самий пристрій діє як фотоприймач, який перетворює світло в електрику шляхом поглинання. Аналогічно, фотомультиплікатори трубки, газорозрядні лампи та газові лазери включають трубки газу з електродами для подачі або вимірювання електроенергії. Як і багато пристроїв перетворення енергії, ці пристрої можуть перетворювати електрику в світло при роботі в одному напрямку і перетворювати світло в електрику при роботі в зворотному напрямку.