|
| |
|
Слаботочка Книги этому ПОЛЮ составляющие вектора поляризации; указание оптических осей, выделяющих некоторые преимущественные направления в кристалле. Поток излучения, падающий на анизотропную среду, возбуждает в ней две волны - обыкновенную и необыкновенную со взаимно перпендикулярными направлениями поляризации, с разными значениями показателей преломления; проходя по кристаллу, эти волны пространственно разделяются (эффект двойного лучепреломления). Линейно поляризованный луч света, распространяющийся вдоль одной из осей главной оптической координатной системы кристалла, приобретает эллиптическую поляризацию. При воздействии на среду высокоинтенсивного светового потока в ней возникает ряд специфических нелинейно-оптических эффектов, проявляющихся главным образом в следующем: среда начинает вести себя как нелинейный элемент (в простейшем случае - квадратичный), осуществляющий умножение частоты падающего излучения, оптическое детектирование и гетеродини-рование по аналогии с радиоволнами; изменяется показатель преломления среды; обостряется фронт светового сигнала, распространяющегося в среде; возникает самовоздействие светового потока на закономерности его распространения (самофокусировка, самоканализация, обращение световой волны). При воздействии на среду сильных электрических и магнитных полей возникает искусственная анизотропия, проявляющаяся в ряде электро- и магнитооптических эффектов: изменение показателя преломления, пропорциональное напряженности электрического поля или квадрату напряженности, и поворот плоскости поляризации светового луча на угол, пропорциональный напряженности магнитного поля. Возбуждение в среде акустической волны сопровождается возникновением соответствующего гармонического изменения пока--зателя преломления, вследствие чего образуется фазовая дифракционная решетка. Взаимодействие светового луча с этой решеткой приводит к изменению направления его распространения. Таким образом, для ряда рассмотренных явлений имеет место линейная зависимость изменяющегося оптического параметра от интенсивности воздействующего фактора: Дп п (Днл п, Дз п, фф) ~ Е (/, Л„ Я). (3.39) Характерно и то, что все эти эффекты практически безынерцион-ны (до временных интервалов Ю- с), что обусловлено мгновенностью реакции электронной структуры на электрическое, магнитное, механическое возмущения. Этими двумя обстоятельствами и определяется перспективность использования представленных в (3.39) эффектов в оптоэлектронике для управления параметрами .тюля излучения: амплитудой, фазой, поляризацией и направлением распространения. Математическая модель рассмотренных эффектов едина: это> нелинейное уравнение связи вектора поляризации (намагниченности) среды с напряженностью электрического (магнитного) поля или с механическими деформациями. Для решения этого уравнения в общем случае необходимо привлечение аппарата тензорного исчисления. Заметим, что представленные в § 3.1 - 3.3 форму-мулы весьма приближенны: очень часто необходим учет дисперсии членов анализируемых тензоров, особенно существенной вблизи резонансных частот. В заключение подчеркнем, что в главе рассмотрены эффекты., наиболее интересные с точки зрения применения в оптоэлектронике; полный перечень нелинейно-, электро-, магнито-, акустооптических явлений значительно шире. Глава 4 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ Перед метрологией как наукой об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности применительно к оптоэлектронике стоят две задачи. Во-первых, это измерение, контроль, испытание оптоэлектронных приборов в процессе их производства и применения. Проблема традиционная и для других изделий электронной техники, отличие состоит лишь в том, что к электрическим и магнитным измерениям добавляются еще и световые, не совсем привычные для электронной техники. Вторая задача состоит в том, что видимая часть спектра электромагнитного излучения, воздействуя на человеческое зрение, вызывает определенные психофизиологические ощущения, субъективные по своей природе. Естественно,, что должны быть найдены объективные показатели эффективности этого воздействия, т. е. введены такие параметры поля излучения, которые можно было бы измерить, как и параметры приборов. Этой специфической оптоэлектронной проблеме метрологии и посвящена настоящая глава. 4.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И СВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ При количественном описании поля излучения используются следующие системы параметров: энергетическая (лучистая, радиометрическая), непосредственно характеризующая поле излучения как разновидность энергии распространяющейся в пространстве; эффективные, характеризующие уровень реакции фотоприемника (называемого в данном случае измерительным или образцовым) на воздействие поля излучения. 106 Среди эффективных систем параметров наибольшую значимость имеет световая (или фотометрическая), ориентированная на человеческое зрение. Исторически первой и длительное время единственной классической системой описания поля оптического излучения являлась световая система, которая лишь после установления тождественности света и электромагнитного излучения дополнилась энергетической сисгемой. Только в последнее десятилетие энергетическая система единиц стала главной, определяющей, всеобщей; световая же система все чаще выступает как частная, производная, дополнительная. Энергетическая система параметров является объективной, базирующейся на традиционных понятиях классической метрологии. Световая система носит отпечаток субъективности, она непригодна для характеристики поля излучения во всех его спектральных диапазонах. Фактически при наличии лишь световой системы единиц метрология оптоэлектроники была бы невозможна. Тем не менее световые параметры и сегодня не потеряли своего значения и достаточно широко используются в технике. Кроме того, в физической сущности, определениях, наименованиях параметров объективной энергетической системы много заимствований из световой системы, поэтому представляется целесообразным рассматривать их совместно. Перечислим основные параметры энергетической системы, прямо описывающей поле оптического излучения, и световой системы, косвенно хар актери.зующей это поле по уровню реакции на него человеческого глаза. (Для различия одинаковых параметров в этих двух системах принято использовать индексы «е» и «у». Наименования световых параметров даются в скобках.) Поток излучения (световой поток) - мощность излучения, т. е. энергия излучения Qe, переносимая потоком квантов в единицу времени: 0e = dQjdt, (4.1) где Фе, Вт (иногда эВ-с); Ф, лм. Сила излучения (сила света) - пространственная плотность потока излучения, определяемая отношением потока излучения точечного источника Фе к телесному углу Q (в стерадианах), в пределах которого заключен и равномерно распределен этот поток (рис. 4Л,а). В дифференциальной форме I„ = (d0,/dQ)n„ (4.2) где п,.- единичный вектор, характеризующий направление излучения г. Телесный угол Q имеет в вершине источник излучения и определяется отношением площади сферической поверхности Асф, за- • Среди эффективных систем можно отметить, например, такие «экзотические» системы, как эритемная, основанная на кожной реакции человека, лли бактерицидная, характеризующаяся интенсивностями излучения, губительными для тех или иных видов бактерий. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [34] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |