تم تطوير أول صمام ثنائي باعث للضوء للطيف المرئي (LED) في التاريخ في عام 1962 على يد البروفيسور نيكرابيدلي وتم تسويقه تجاريًا في غضون بضع سنوات. في ذلك الوقت، كان بإمكانك فقط شراء اللون الأحمر، مع سطوع منخفض جدًا ودفعات غير متناسقة. ومع ذلك، تعد مصابيح LED أول قفزة كبيرة للأمام بالنسبة لمصادر الإضاءة المتوهجة والنيون، مما يجعل إضاءة الحالة الصلبة حقيقة واقعة في السوق الشامل.
على الرغم من أوجه القصور الأولية، سرعان ما أصبحت مصابيح LED هذه تستخدم كمؤشرات وقارئات رقمية، إما كمصفوفات LED أو كشاشات عرض مكونة من 7 أجزاء مع بارلينز. أدى المزيد من البحث والتطوير إلى المزيد من الإنجازات، بما في ذلك تطوير مصابيح LED باللونين الأصفر والأخضر في السبعينيات وإنشاء مصابيح LED زرقاء ساطعة في منتصف التسعينيات.
يمهد هذا الإبداع الطريق للضوء الأبيض من خلال الجمع بين مصابيح LED الزرقاء ومصابيح LED الحمراء والخضراء أو إضافة طلاء مسحوق الفلورسنت. احتلت LED مكانة رائدة شاملة في مجالات التطبيق مثل الإضاءة الخلفية والإضاءة الإقليمية. كما هو الحال مع بقية تاريخ تطورها الكامل، فهي معروفة على نطاق واسع.
ومع ذلك، هناك جانب أقل وضوحًا في تطوير LED: تطوير أجهزة الحالة الصلبة التي تبعث الضوء بشكل أساسي أو فقط في منطقة الأشعة تحت الحمراء (IR) من الطيف. ولذلك، فإن مخرجات مصابيح LED هذه غير مرئية. في حين أن هذا قد لا يبدو مفيدًا للمستهلك العادي، فإن مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء هذه، والتي تسمى بشكل أكثر ملاءمة بواعث الأشعة تحت الحمراء، تعتبر ذات قيمة في العلوم والصناعة والاستشعار والتحقق من الهوية والتتبع البيومتري، وحتى بعض تطبيقات المستهلك.
خصائص فريدة من بواعث الأشعة تحت الحمراء
مثل LED الأحمر، كانت بواعث الأشعة تحت الحمراء الأولى ذات أداء محدود وغير منتظم. ومع ذلك، تتمتع مصابيح LED هذه بالعديد من المزايا مقارنة بمصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء التقليدية مثل الخيوط المتوهجة من نوع المرشح.
توفر بواعث الأشعة تحت الحمراء اليوم أداءً ممتازًا في جميع المعلمات الكهربائية والبصرية الرئيسية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تخصيص بواعث الأشعة تحت الحمراء هذه لسمات أداء محددة لتحسين سمات الأداء وإبرازها، مما يسمح للمستخدمين باختيار بواعث الأشعة تحت الحمراء التي تقدم أداءً فائقًا في تطبيقاتهم المستهدفة.
تتمركز الأطوال الموجية الناتجة من أجهزة الإرسال هذه عادةً عند 850 نانومتر، و920 نانومتر، و940 نانومتر (الشكل 1). لاحظ أن 850 نانومتر يقترب من الحدود الضبابية بين المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء من الطيف، لذا فإن باعث الأشعة تحت الحمراء ذو الطول الموجي الأقصر يصدر ضوءًا أحمر طفيفًا.
الشكل 1: يتراوح الطول الموجي التشغيلي لجهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء من 780 نانومتر إلى 1400 نانومتر؛ قد يحتوي أيضًا الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء 850 نانومتر المستخدم على نطاق واسع على بعض الضوء الأحمر المرئي لأنه قريب من حافة الطيف الأحمر للضوء المرئي. الصورة: شركة جيجاهيرتز أوبتيك)
مجموعة أجهزة إرسال الأشعة تحت الحمراء الرائدة
تجسد بواعث الأشعة تحت الحمراء OSLON P1616 وOSLON Black من ams OSRAM القدرات والتقدم التكنولوجي لبواعث الأشعة تحت الحمراء. تستخدم كلا السلسلتين تقنية ams OSRAM IR: 6 شرائح لتحسين الأداء، بما في ذلك تصميم عاكس الرقاقة الداخلي المحسّن ومرآة الرقاقة، مما يقلل من الفقد البصري في الرقاقة مع زيادة كثافة الإشعاع. تمت زيادة كفاءة تحويل EO وطاقة الإخراج لأجهزة إرسال الأشعة تحت الحمراء المنتجة بنسبة 42% و35% على التوالي مقارنة بالمنتجات الحالية، وفقًا لـ ams OSRAM.
الفرق الرئيسي بين OSLON P1616 وOSLON Black هو الحجم الصغير جدًا للأول، بينما يوفر الأخير مجموعة متنوعة من الأشكال وأنماط الإضاءة.
على سبيل المثال، جهاز P1616، مثل SFH 4182BS-CB2DB1-11 (الشكل 2، العلوي)، هو جهاز أشعة تحت الحمراء عالي الطاقة بطول موجة انبعاث يبلغ 940 نانومتر (الشكل 2، أسفل اليسار)، وله حجم صغير يبلغ 1.6 × 1.6 مم ومناسب للتصميم الكثيف. قد يختلف ارتفاع هذه الأجهزة حسب العدسة والأسلوب. تشمل التطبيقات القياسات الحيوية لتطبيقات التحكم في الوصول، وشهادة التعرف على الوجه ثنائية الأبعاد لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجراس الأبواب الذكية، والإضاءة بالأشعة تحت الحمراء.
تتمتع سلسلة P1616 بكثافة إشعاع اسمية مثالية تتراوح من 190 إلى 765 ميجاوات/ستيرلي (mW/sr) من نوعها مع تدفق إشعاعي يتراوح من 1000 ميجاوات إلى 1650 ميجاوات. تبلغ شدة الإشعاع النموذجية لـ SFH 4182BS-CB2DB1-11 455 ميجاوات مع أقصى تدفق للإشعاع يبلغ 1650 ميجاوات. يتم قياس شدة الإشعاع وتدفقاته عند 1 أمبير (A)، ولكن قد تختلف قيمها اعتمادًا على لاحقة المعدات.
يُظهر SFH 4182BS-CB2DB1-11 أيضًا خاصية إشعاع زاوي محددة (الشكل 2، أسفل اليمين) عند تيار أمامي قدره 1 A وعرض نبض قدره 10 مللي ثانية. تعمل تقنية Nanostack على تحسين طاقة الإخراج بنسبة 180% تقريبًا وتوفر إصدار عدسة لتلبية احتياجات استيراد التصميم في أي وقت، بينما يسمح الإصدار بدون عدسة للمستخدمين بتخصيص التخطيطات البصرية.