LED Spektrumu

Anladığım kadarıyla, LED heyecanlı bir elektron daha düşük bir yörüngeye düştüğünde bir foton yayar ve bu her zaman aynı enerjidir (okuma: dalga boyu). Öyleyse neden bir LED'in spektrumu sadece bir çizgi yerine çan şeklindeki bir eğridir (farklı elektron geçişleri için belki birkaç çizgi)?

Birkaç neden. Kuantum mekaniğine fazla derinleşmeden, ana nedenler:

• LED mutlak sıfır sıcaklıkta değilse, atomları titrer. Yarı iletken, tümü aynı anda termodinamik tarafından açıklanan şekillerde, birçok dalga boyunda uzunlamasına ve enine dalgalara izin verir. Bunlar, başka herhangi bir şey gibi ölçülür ve "fononlar" olarak adlandırılır. Fononların enerjisi ve momentumu, elektronların ve fotonların normal antikleriyle etkileşime girer. Çıkan foton enerjilerinin yayılmasını sağla.
• Bir fonon, elektron veya foton ile enerji / momentum değişimi yapmasa bile, sadece kristal kafes hareket ettiği için, yayılan ışıkta bir Doppler kayması elde edersiniz.
• Heisenberg, hem enerji hem de zaman aralıklarını nihai hassasiyetle ölçemeyeceğinizi söylüyor. Bu gerçekten ölçümle ilgili değil, belirli bir enerjinin fotonlarını üretmekle ilgili. Bir elektron daha yüksek bir duruma heyecanlanır, sonra geri gelir. Kuantum sistemde kusursuz bir enerji değişimine sahip olmak için, başlangıç, ara ve son durumları oluşturmak için sınırsız bir zaman aralığına izin vermelisiniz. Bu kadar uzun süre beklemek, loş bir LED için yanar! Gerçek LED'lerde foton üretme işlemleri, pikosaniye veya nanosaniye sırasına göre hızla gerçekleştirilir. Yayılan fotonlar mutlaka bir değerler dağılımına sahip olacaktır.
• Elektronik aksamlarda kullanılan yarı iletkenler çok saf olmasına rağmen, dikkatlice kontrol edilen miktarlarda katkılı eklendiğinde, asla kusursuz şekilde saf olmazlar. İstenmeyen safsızlıklar var ve istediğimiz katkı atomları rastgele dağıtılıyor. Kristal kafes mükemmel değil. Bir elektronun seçebileceği tam enerji seviyeleri değişkendir ve pozisyona bağlıdır. İdeal bir yarı iletken, izin verilen enerjilerin ve yasaklanmış enerjilerin iyi tanımlanmış bantlarına sahiptir. Kusurlu bir yarı iletkende, bunlar bulanık kenarlara sahiptir. Böylece yayılan ışık için bir dizi dalga boyu elde edersiniz.

Elektron ve nükleer spinlerin ya da farklı kütlelere sahip olan farklı izotopların, kristal kafesin kusuruna katkıda bulunduğundan henüz bahsetmedim. Neden fizikçilerin parlayan malzemelerden gelen ışığın spektrumlarının ayrıntılarını inceleyerek çılgınca iyi zaman geçirdiklerini hayal edebilirsiniz.

Yörünge geri dönüş enerjisinin kesinlikle sabit olmadığını, ancak atomun çevresine (örneğin, şebekeye tam olarak nasıl uyduğunu, yakındaki safsızlıkların konumunu, örneğin çeşitli izotopların atomları söz konusu olduğunda) bağladığını sanırım. atomun izotop vb.

Diğerlerinin söylediğine ek olarak, LED gövdeleri (şeffaf plastik parçalar) katıştırılmış / ışığın bir kısmını emen fosforlarla karıştırılmış, sonra enerjiyi moleküler rezonanslarına bırakmıştır (okuma: renkleri). Fosforların basit moleküller veya karışımlar olması da gerekmez - gelen foton enerjisine ve yoğunluğuna, kristal oryantasyonuna, karışım konsantrasyonuna, vb. Bağlı olarak çeşitli yoğunluklarda birkaç enerji yayarlar.

Diğerlerinin söylediğine göre, bir LED tarafından üretilen fotonlar, göz küresi veya dedektörünüze ulaşmak için epeyce atomdan geçer, sayısız zaman enerjisi aktarır, Fermi dağılımını (kesikli bir sistemin kuantum enerjisi tanımı) biraz daha Gauss yapar. (gerçek ölçümlerin makroskopik açıklaması).