สเปกตรัมของ LED


28

อย่างที่ฉันเข้าใจมัน LED จะปล่อยโฟตอนเมื่ออิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นตกลงไปในวงโคจรที่ต่ำกว่าและนี่ก็เป็นพลังงานเดียวกันเสมอ (อ่าน: ความยาวคลื่น) เหตุใดสเปกตรัมของ LED จึงเป็นรูปโค้งเป็นรูประฆังแทนที่จะเป็นแค่เส้นเดียว (อาจเป็นสองบรรทัดสำหรับการเปลี่ยนอิเล็กตรอนที่ต่างกัน)

คำตอบ:


16

หลากหลายเหตุผล. โดยไม่ต้องเจาะลึกลงไปในกลศาสตร์ควอนตัมเหตุผลหลักคือ:

  • หาก LED ไม่ได้อยู่ที่อุณหภูมิศูนย์แน่นอนอะตอมของมันจะสั่นสะเทือน เซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวางของความยาวคลื่นจำนวนมากทั้งหมดไปในเวลาเดียวกันในรูปแบบที่อธิบายโดยอุณหพลศาสตร์ สิ่งเหล่านี้ถูกทำให้เป็น quantized เช่นเดียวกับสิ่งอื่นใดและเรียกว่า "phonons" พลังงานและโมเมนตัมของ phonons โต้ตอบกับการแสดงตลกทั่วไปของอิเล็กตรอนและโฟตอน คุณได้รับพลังงานโฟตอนจำนวนมากออกมา
  • แม้ว่าโฟนันจะไม่แลกเปลี่ยนพลังงาน / โมเมนตัมกับอิเล็กตรอนหรือโฟตอนเพียงเพราะคริสตัลไลน์กำลังเคลื่อนที่คุณจะได้รับการเลื่อนดอปเลอร์ในแสงที่ปล่อยออกมา
  • Heisenberg กล่าวว่าคุณไม่สามารถวัดทั้งพลังงานและช่วงเวลาด้วยความแม่นยำสูงสุด นี่ไม่ได้เกี่ยวกับการวัด แต่สร้างโฟตอนของพลังงานเฉพาะ อิเล็กตรอนตื่นเต้นกับสภาวะที่สูงกว่าจากนั้นกลับลงมา เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงพลังงานแม่นยำอย่างสมบูรณ์แบบในระบบควอนตัมคุณต้องอนุญาตให้มีช่วงเวลาที่ไม่มีที่สิ้นสุดเพื่อสร้างสถานะเริ่มต้นกลางและสุดท้าย รอนานว่าจะทำให้สลัว LED! กระบวนการสร้างโฟตอนในหลอดไฟ LED ของจริงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วตามลำดับ picoseconds หรือ nanoseconds โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะต้องมีการแพร่กระจายของค่า
  • ในขณะที่เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีความบริสุทธิ์มากโดยมีการเติมสารเจือปนอย่างระมัดระวัง แต่ก็ไม่เคยบริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์ มีสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์และอะตอมเจือปนที่เราต้องการนั้นจะถูกสุ่มกระจาย คริสตัลขัดแตะไม่สมบูรณ์แบบ ระดับพลังงานที่แน่นอนที่อิเล็กตรอนสามารถเลือกได้นั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่ง เซมิคอนดักเตอร์ในอุดมคติมีวงดนตรีที่กำหนดไว้อย่างดีของพลังงานที่อนุญาตและพลังงานที่ต้องห้าม ในเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่สมบูรณ์เหล่านี้มีขอบเลือน ดังนั้นคุณจะได้รับช่วงความยาวคลื่นสำหรับแสงที่ปล่อยออกมา

ฉันยังไม่ได้กล่าวถึงผลกระทบของอิเล็กตรอนและสปินนิวเคลียร์หรือไอโซโทปต่าง ๆ ที่มีมวลแตกต่างกันเพิ่มความไม่สมบูรณ์ของผลึกคริสตัล คุณสามารถจินตนาการได้ว่าทำไมนักฟิสิกส์ของเราจึงมีช่วงเวลาที่ดีในการศึกษารายละเอียดของสเปกตรัมของแสงจากวัสดุที่ส่องแสง


3
ฉันจะถามคำถามตรงข้าม: สเปกตรัมที่กว้างกว่าจะเป็นที่ต้องการในหลาย ๆ กรณีเช่นเมื่อใช้หลอด LED RGB สำหรับให้แสงสว่าง คุณรู้หรือไม่ว่ามีเหตุผลทางเทคนิคที่กำหนดว่า LED จะต้องมีสเปกตรัมที่แคบ? พวกมันจะถูกผลิตด้วย spectra คล้ายกับการตอบสนองของกรวยตามนุษย์หรือไม่?
morten

มีความคิดใดว่าเอฟเฟกต์ 'Doppler' จะเปลี่ยนความยาวคลื่นที่มองเห็นได้จริง (เช่นจาก -60C ถึง + 240C)? ฉันไม่ได้คิดอย่างนั้น - เป็นจุดที่ดี
tyblu

1
@DarenW สำหรับความรู้ของฉันโฟนันมีผลกระทบน้อยมากต่อโฟตอนที่สร้างโดย LED และจุดที่ 4 คือจุดหลักซึ่งขัดแตะมีความแปรปรวนทำให้แถบพลังงานมีความแปรปรวน
Kortuk

แผนภาพไดอะแกรมแสดงถึงพลังงานของระบบควอนตัม 'E' ซึ่งได้รับแรงกระตุ้น 'k' โฟตอนเปลี่ยน 'E'; หน่วยเสียงกะ 'k' ความแตกต่างของพลังงานในช่องว่างระหว่างวาเลนซ์และตัวนำสื่อกระแสไฟฟ้าในการเปลี่ยนแปลงวัสดุจริงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในโมเมนตัมต่างๆ (@Kortuk;)
tyblu

จริงผลกระทบบางอย่างมีอิทธิพลมากกว่าคนอื่น
DarenW

2

ฉันเดาว่าพลังงานทางเลือกของวงโคจรนั้นไม่คงที่อย่างแน่นอน แต่ขึ้นกับ (เล็กน้อย) บนพื้นที่ใกล้เคียงของอะตอมเช่นว่ามันเหมาะสมกับกริดอย่างไรตำแหน่งของสิ่งสกปรกใกล้เคียงถ้าอะตอมของไอโซโทปต่าง ๆ เกี่ยวข้องกับ teh exeact ไอโซโทปของอะตอม ฯลฯ


2
และความผันผวนของอุณหภูมิ / ความร้อน?
endolith

2

นอกจากสิ่งที่คนอื่นพูดแล้ว LED เฮ้าส์ซิ่ง (บิตพลาสติกใส) ถูกเจือ / ผสมกับฟอสเฟอร์ที่ดูดซับแสงบางส่วนจากนั้นส่งพลังงานให้กับการสั่นพ้องของโมเลกุล (อ่าน: สี) สารเรืองแสงไม่จำเป็นต้องเป็นโมเลกุลหรือสารผสมอย่างง่าย - พวกมันจะปล่อยพลังงานหลายอย่างในความเข้มที่หลากหลายขึ้นอยู่กับพลังงานและความเข้มแสงโฟตอนที่เข้ามาการวางแนวของผลึกความเข้มข้นของผสม ฯลฯ

สอดคล้องกับสิ่งที่คนอื่นพูดโฟตอนที่สร้างโดย LED ผ่านอะตอมไม่กี่ลูกตาหรือเครื่องตรวจจับของคุณถ่ายโอนพลังงานนับครั้งไม่ถ้วนทำให้การกระจายตัวของแฟร์ (การอธิบายพลังงานควอนตัมของระบบแยก) ค่อนข้างมากแบบเกาส์ คำอธิบายขนาดมหึมาของการวัดจริง)

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.