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貨真價實 坦誠無欺
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奧林巴斯顯微鏡光和能量的介紹

2014-08-24  發布者:admin 

 人類一直依賴於能量來自太陽的光都直接的溫暖,晾幹衣服,做飯,並間接提供的食物,水,和甚至空氣。AG亚游集团認識價值的太陽的光芒圍繞著的方式使AG亚游集团受益於能源,但有更多根本性的影響來自光和能量之間的關係。人類設計巧妙的機製,利用太陽的能量,AG亚游集团的星球和不斷變化的環境中包含自然是由陽光的能量驅動的。

AG亚游集团知道,如果太陽永遠沒有上升,、 AG亚游集团這裏的天氣就會變成最冷的冬天在小時內、 湖泊和河流會凍結全球範圍內,植物和動物將很快就會滅亡。發動機將不能工作,和AG亚游集团將會有沒有辦法到運輸食品或燃料,或可以產生電能。用有限的燃料,火災,人類很快就會有沒有光或熱的來源。然而,與AG亚游集团目前的知識的太陽能係統,AG亚游集团可以相當有信心太陽明天會升起,像每一天都自地球第一次凝聚從氣態的空間碎片雲。在不太遙遠過去的人類並不十分自信。他們既不能解釋為什麽太陽搬過的天空,也不是它是怎麽產生的光,從晚上卓越的一天。很多文明,認識到太陽的重要性,崇拜AG亚游集团最近的恒星作為一個神 (見圖 1) 希望防止它從消失。

從太陽墜落在地球表麵上的能源量每年約 660 京兆焦耳。這在整個地球表麵的平均值,轉化成每平方米約 5 千瓦時每一天。能量輸入從太陽在一天之內可以提供對所有地球上的居民的需要,為期約 3 年。很明顯,有沒有辦法可以想像 (也不是必要),利用所有的能量,可用 ;同樣明顯的是價值的捕獲甚至可用的格式可用能量的一小部分會有巨大。

即使到達地球的大氣層來自太陽的能量的總金額是頭腦驚人,它並不是非常高度集中相比其他來源的能量,AG亚游集团使用,如火,白熾燈、 電爐燃燒器。因此,捕捉太陽能的任何方法必須應用結束相對較大的區域,並要有用,集中能量的有效手段是所需。隻在最後的幾十年有人類開始搜索,切實為機製,利用太陽能的巨大潛力。這強烈的關注已經從能耗、 日益嚴重的環境問題,從現在的消耗,對燃料和不可避免資源耗竭的化石燃料,AG亚游集团已成為依賴程度如此無時無刻不認識不斷增加導致。

為生活提供能源

太陽的能量是密切相關的所有生物體目前對這個星球,並在原始地球上,最終演變成現在的形式發展的早期生命形式的方式存在的。科學家們現在認識到植物吸收水分和二氧化碳從環境、 和利用能源來自太陽 (圖 2),將這些簡單的物質轉化葡萄糖和氧氣。以葡萄糖為一個基本的構造塊,植物合成大量的複雜碳基生化物質用於生長和維持生命。這個過程被稱為光合作用,,是地球上的生命的基石。

科學家們還沒有揭開通過光合作用的場所,但是過程已經存在了數百萬年,是生命進化的曆史很早適應的複雜機製。第一批生物是 chemotrophs,通過簡單的化學反應從獲得能量而發家。從這些原始的生物,細胞進化而來,能夠獲得所需的能量從光合作用,產生氧氣作為副產品。最簡單的這些生物被藍藻。這種類型的一種單細胞的原核生物都是AG亚游集团的星球,最早的生活居民,他們被認為在地球上占主導地位的生活形態已經超過 20 億年。地質學家們發現巨大像岩石一樣墊的化石的藍藻,稱為疊層石,超過 30 億歲,(在沿海澳大利亞的淺水中,就能發現幾個例子)。

光合生物開發之前,那裏是很少的氧氣在地球的大氣層,但一旦產生氧氣的過程開始了,可能就為病菌進化的存在,可以使使用的氧氣。由於可獲得來自太陽巨大金額前光合過程演變, 已經是能量的可能派生從作出比可能更複雜的生命形式的太陽能供應生活所需的組件的能力。

大多數植物物種傳播於土壤中,並且如果刪除或被連根拔起,他們就將滅亡。幾個世紀以來,人類認為植物活靠吃土。在十七世紀初由比利時一名科學家,Jan van Helmont 普蒂斯塔,進行生長植物重量的細致地測量。Van Helmont 表明生長中的植物獲得了更多的重量比土壤失去,並推測植物已有喂食的東西以外的土壤。他最終得出結論植物的生長,部分歸因於,水。超過半世紀後,英國生理學家 Stephen 黑爾斯發現植物也需要空氣來的成長,和,令他驚訝的是,發現植物吸收空氣中的二氧化碳。

英國化學家約瑟夫 · 普利斯特裏是第一次調查員找到植物釋放氧氣,當他們健全和不斷增長的時候。他的實驗記錄的光合作用,並表示呼吸作用和光合作用相關的流程,但工作在相反的方向。(約 1772) 普裏斯特利的最著名的實驗表明一支蠟燭會迅速撲滅如果放在鍾罩,但會再次刻錄同一種空氣如果一種植物被留在容器中幾天。他的結論這種植物"恢複了"被"受害"的空氣通過燃燒蠟燭。在進一步實驗中普裏斯特利證明在壇子裏放一隻老鼠會"損害",空氣中一支蠟燭,相同的方式,但然後可以呼吸的空氣"還原"後,導致呼吸作用和光合作用是相反的過程的概念。普裏斯特利的話說,"空氣也不會熄滅的蠟燭,也不是它對老鼠的我把它放在所有不方便"。普裏斯特利發現了一種物質,將後來命名為氧氣由法國化學家 Antoine Laurent 拉瓦錫,他廣泛地調查了燃燒與空氣之間的關係。

光合作用的理解的關鍵部件仍失蹤了,直到荷蘭生理學家 Jan 英根豪斯確定在 1778 年植物隻吸收二氧化碳,釋放氧氣,當他們暴露於光。最後,德國物理學家,朱利葉斯 · 羅伯特 · 梅耶爾正式化能量從光來產生新的化學物質在植物的生長正在轉型的概念。梅耶爾認為一個專門的化學過程 (現在稱為氧化) 是一個活的有機體的能量的最終來源。

光合作用,意思"整合的光",是幾乎所有的植物,一些細菌和幾個 protistans 利用太陽光,製造糖 (和氧氣作為副產品) 中的能量的過程。光能轉化為化學能是依賴於物質葉綠素,能賦予植物綠色顏料葉子他們綠色的外觀。並不是所有植物都有葉子,但那些做的是將太陽能轉化為化學能量效率非常高。這樣,可以將葉子看作生物太陽能集熱器,配有無數微小的細胞進行光合作用在微觀水平上。

一種顏料的定義是任何物質的吸收與反射可見光。在大多數的顏料是著色劑,顯示取決於反射和吸收光的波長分布的特定顏色。每個色素有其自身特色的吸收譜,確定部分的色素是有效的收集能量從光的光譜。葉綠素,對所有的光合生物,是共同的生化反映了綠色 (中間) 波長,並吸收能量從紫藍色和橘紅色的波長在可見光的光譜的兩端。

葉綠素是一種複雜的分子,存在於幾個修改或同分異構體中植物和其它光合生物。所有的生物,進行光合作用包含稱為葉綠素的品種。許多其他生物也包含輔助色素成分,包括吸收其他可見光譜中的波長其他葉綠素、類胡蘿卜素葉黃素為特定的環境因素,影響光的本質量身定做的植物以這種方式,他們可在其特定的生態位。因素如水深度和質量強烈影響波長的光的強度在不同的水生和海洋環境中,和在不同的浮遊植物及其他 protistan 品種的光合功能中發揮很大的作用。

當色素吸收光的能量時,能量也可以作為在長波長的熒光,作為釋放出的熱量消退或它可以觸發一個化學反應。某些膜和光合生物結構作為光合作用的結構單位因為葉綠素將隻參加化學反應時的分子是關聯與蛋白質包埋在膜 (如葉綠體,例如 ;圖 3)。光合作用是一個兩階段的過程,並在有葉綠體的有機體,兩個不同的領域,這些結構的房子中單個過程。(經常被稱為光反應) 光依賴過程發生在葉綠體,而第二個獨立的光的過程 (暗反應) 隨後發生 (見圖 3) 葉綠體的基質中。據說暗反應可以在沒有光線的地方,隻要開發了光反應中的能量載體是目前。

當來自光的能量直接利用生產能量的載體分子,如三磷酸腺苷ATP),就會發生光合作用的第一階段。在這個階段,水拆分成組件,和氧作為副產品被釋放。精力充沛的運輸車輛隨後利用中光合過程的第二次和最基本階段: 生產的碳-碳共價鍵。第二階段不需要光照 (這是一個黑暗的過程),並負責為植物細胞,提供基本的營養,以及建築材料的細胞的細胞壁和其他組件。在過程中,二氧化碳是固定和氫對窗體的碳水化合物,一個家庭的生化物質,包含相同數量的碳原子和水分子。總體而言,光合過程不允許活的生物體直接利用光的能量,但相反涉及能源捕獲在緊接著的第二階段的複雜的生化反應,將能量轉換成化學鍵的第一階段。

光電現象

早在 18 世紀,科學家,就產生了一個根本的問題是光有物質,和的性質和所涉問題的這種相互作用的潛在影響。到了十九世紀,調查員確定了光可以產生電荷時,暴露某些金屬的表麵。後來的研究導致發現了這種現象,現在被稱為光電效應,誘導釋放,或者綁定到的金屬 (圖 4) 中的原子的電子的解放。在 1900 年,德國物理學家,Philipp Lenard 證實電荷產生電子發射,並發現意外的波長的光和能量和釋放的電子數之間的關係的來源。通過使用 (選中的棱鏡) 的特定波長的光,萊納德展示來自釋放電子的能量僅取決於波長的光並不是強烈。低強度的光產生更少的電子,但每個電子都有相同數量的能量,無論光照強度。此外,萊納德發現較短波長的光解放電子擁有更多的能量,比那些較長的波長被釋放。

萊納德得出結論認為,光的強度決定的光電現象,所釋放出來的電子數目的光的波長決定的每一個被解放的電子所載的內在能量。當時,這種不尋常光與物質之間相互作用提出了經典物理學是無法解釋的一種困境。光電效應是但物理學家遇到了大約 1900 年由於光的波理論中普遍信仰的幾個理論問題之一。它留給了另一種德國的物理學家馬克斯 · 普朗克提出另一種理論。普朗克假設那光和其他形式的電磁波輻射,不是連續的但組成的離散數據包 (廣達) 的能量。他的量子理論,他收到了諾貝爾獎在 1918 年,怎麽光解釋物理中可能,在某些情況下,被認為是粒子,艾薩克 · 牛頓的追隨者,也以為兩百年早些時候是相當於能量量子。

阿爾伯特 · 愛因斯坦依靠普朗克的量子原理來解釋光電效應中一個基本的理論,將調和其粒子行為與光的連續波性質。愛因斯坦的解釋背後的邏輯是單一波長的光的行為就像它離散粒子組成,現在被稱為光子,它們都具有相同的能量。光電效應發生因為每個流離失所者的電子是一個光子從光和一個電子在金屬碰撞的結果。光強度較大的結果隻是在更多的光子衝擊每單位時間內,金屬與相應更多的電子被逐出。每個發射電子的能量取決於造成其排放,以生產電子擁有更多的能量更高頻率的光的波長 (頻率)。光子能量與光的頻率之間的直接的相稱性由普朗克的量子理論,這是鏈接粒子理論和波浪理論的概念,基本假設描述,後來發展成科學的量子力學。

普朗克最初提出了能量和頻率作為他的理論上的固體發出輻射加熱時的機製的一部分之間的基本關係 (黑體輻射)。著名假設國家傳入的光子能量 (E) 等於入射光的頻率 (f) 當乘以一個常數 (h),現在被稱為普朗克常數簡單的關係表示為:

E = hf

光電效應主要表現在三種不同形式:光電光導,和光伏發電,與後者正在最重要對光的能量轉化為電能。外光電效應時發生光罷工一個準備好的金屬表麵,例如銫,和轉移到免費空間相鄰的表麵彈出的電子足夠的能量。光電單元格中,發射的電子被吸引了正麵電極,當施加電壓時,電流隨後創建到的單元格上入射光強度成線性比例。外光電效應已被徹底地描述為更高的能量範圍,如 x 射線和伽瑪射線光譜區域,和這種類型的細胞通常用於檢測和研究這些能量水平的現象。

各種材料在電導率當照射,陳列有顯著的變化和觸發電氣設備,以及其他應用程序中,可以利用其光電導特性。在高導電的物質,如金屬,電導率的變化可能是微不足道的。在半導體中,然而,這種變化可以相當大。因為電導率的增加是引人注目的材料的光強成正比,在外部電路中的電流將會增加光照強度。這種類型的單元格被常用在光傳感器來執行任務,如車削和關閉路燈和家居照明。

太陽能電池的光伏效應

太陽能電池將光能轉換成電能,可以間接地通過第一次將它轉換成熱能,或通過一個直接的過程被稱為光伏效應太陽能電池的最常見的類型基於的光伏效應,當光線落在兩層半導體材料上生成一個潛在的差異,或者電壓,兩層之間會發生。在單元格中,產生的電壓是能夠到電力電氣設備驅動電流通過一個外部的電氣線路,可以利用。

1839 年,法國物理學家埃德蒙 · 貝克勒爾發現,光照耀著兩個完全相同的電極浸入弱導電的溶液中會產生一個電壓。這種效應是不生產的電力,效率非常高,因為當時有沒有實際的應用程序,它很多年一直隻是一種好奇心。幾十年後,硒的光電導性能是由威洛比史密斯發現,雖然他在測試材料開發海底電報電纜。大量的利益造成被觀察在固體中的光伏效應和 1877 年,出版第一硒光電池的描述。美國發明家,查爾斯 · 斯創建於 1883 年,由硒矽片製成第一太陽能電池雖然他的細胞有的隻有約 1-2%的轉換效率。實際的商業或工業應用並不很明顯,,(以下電光源燈泡的發明) 在 20 世紀初,通過渦輪機發電已經成為普遍。光伏效應的興趣迅速減弱,和大多數研究領域成為了重點電應用與控製。

全麵了解所涉及的光伏效應的現象不能到達關於直到量子理論發展。早期的光伏應用在主要遙感或測量光,如照相測光表,而不是在生產的電能。為研究在這一領域所需的刺激來自愛因斯坦對光電效應和使用原油光電細胞的早期實驗的描述。第一個實用的太陽能電池的光電性能摻雜矽半導體中發現從出現了。在 1954 年由貝爾實驗室生產的太陽能電池組件是由類似矽衍生物,和經營效率接近 6%。到 1960 年,光伏電池效率評級接近 14%,這是一個水平足以產生有用的設備已經取得進展。

今天,最常見的光伏電池雇用幾個層的摻雜矽,用來製造計算機芯片的半導體材料。它們的功能取決於攜帶電荷的實體之間連續矽層的運動。在純矽中時 (例如,通過加熱),添加足夠的能量,一些矽原子中的電子可以擺脫他們的債券在晶體中,留下了一個在一個原子的電子結構。這些被釋放的電子會隨機地移動通過固體材料尋找另一個孔用來結合和釋放他們過剩的精力。運作作為自由載流子,電子是能夠產生電流,雖然在純矽中有很少有這樣目前的水平將是微不足道。但是,可以通過添加特定雜質要麽能增加自由電子的數量修改矽 (n-矽),或孔的數量 (缺少電子 ; 也稱為p-矽)。由於空穴和電子都是移動固定的矽晶體的晶格內,他們能結合互相抵消的電位影響下。以這種方式已被摻雜的矽具有足夠的光敏性,在光伏應用程序很有用。

在典型的光伏電池,兩層的摻雜的矽半導體是緊緊地粘合在一起 (見圖 5)。一層修改有過剩自由電子 (被稱為n 層),在另一個圖層治療有過剩的空穴或空缺 ( p 層) 的同時。兩個不同的半導體層 (被稱為p-n 結),共同邊界處的加入時 n 層跨到 p 層中試圖填補空穴的自由電子。電子和空穴在 p-n 結的結合造成障礙,使它越來越難以支付額外的電子交叉。隨著電氣不平衡達到平衡條件,一個固定的電場結果跨邊界分隔兩地。

當光線的適當的波長 (和能源) 罷工的分層的單元格和被吸收時,釋放電子隨機旅行。(p-n 結) 邊界附近的電子能橫掃的交界處,由固定的磁場。因為,電子可以很容易地過關,但不能在另一個方向 (反對場梯度) 返回,電荷不平衡結果兩個半導體區域之間。電子被衝走,到 n 層的定域的局部影響有自然的傾向,離開該圖層,以正確的電荷不平衡。為此目的,電子將遵循另一條路徑,如果可用)。通過提供的電子可以返回到另一個圖層,產生的電流將會繼續,隻要光照射太陽能電池的外部電路。在施工中光伏電池,金屬接觸層適用於兩個半導體層,外層的麵孔,並提供連接的兩個圖層的外部電路的路徑。最後的結果是生產電器電源直接來自光的能量。

太陽能電池產生的電壓隨入射光的波長,但典型的細胞旨在使用夏時製由太陽提供的寬廣的波長譜。由細胞產生能量的量是波長依賴與更長的波長更短的波長比少發電。因為通常可用細胞產生盡可能多的電壓作為一個手電筒電池、 數百個或數千人甚至必須耦合在一起的大約隻有為了產生足夠的電力為要求苛刻的應用程序。大量的太陽能為動力的汽車有已建成並成功運營在高速公路上行駛使用大量的太陽能電池。1981 年,稱為太陽挑戰者,是包裹與 16,000 的太陽能電池生產超過 3,000 瓦的功率,飛機飛行動力完全由太陽光的英吉利海峽。這些壯舉激發興趣擴大太陽能的使用。然而,仍然處於起步階段,是太陽能電池的使用,這些能量來源仍是主要局限於低需求設備供電。

當前光伏電池采用摻雜的矽半導體中的最新進展轉化為 18%(達到最大值的約 25%) 平均入射光能量的電能,相比,約 6%為細胞產生於 20 世紀 50 年代。以及在效率方麵的改進,正在製定新的方法來生產比那些由單一晶體矽製成便宜的細胞。這種改進,包括在便宜的多的多晶矽矽片生長的矽薄膜。無定形矽也試圖用一些成功,有的薄薄的矽薄膜在玻璃基板上蒸發。原料不是矽、 砷化镓、 碲化鎘、 銅銦硒醚,正在調查其潛在的收益在太陽能電池應用程序中。最近,二氧化鈦薄膜已經為潛在光伏電池建設。這些透明的薄膜是特別有趣,因為他們也可以作為 windows 雙重的責任。

被動式和主動式太陽能

盡管太陽能電池將光轉換直接轉化為電能,間接手段還可以利用光來產生能量以熱的形式中。這些機製可以分為兩個廣義類:被動式主動式太陽能係統。無源係統取決於吸收的熱量沒有相關機械的運動。作為一個例子,太陽能烤箱無非絕緣框與玻璃蓋和黑色內飾,可以達到溫度超過 100 攝氏度在強烈直射陽光下。可以利用這些溫度來烹煮食物,並在發展中國家或地區與有限的燃料資源,這種簡單的工具可以提供對生活質量的顯著增強。

主動式太陽能係統通常依賴於利用太陽光來熱流體,緊接著竄加熱後的液體到另一個地區有需要的地方。小型熱水係統已經提供在大多數的沐浴,洗在世界一些地區的用水需求。這些簡單的設備包括黑色水管道夾在玻璃板塊之間和隔熱,以積累盡可能多的熱量是不可能。大型活動係統利用陣列的鏡像到光照到一個中央的收藏家,可以是,例如,產生的動力渦輪機的蒸汽鍋爐上的焦點。太陽能農場,雇用幾個百或上千的拋物反射鏡可以產生足夠的水通過集熱器在白天生成數萬兆瓦的電力輸送蒸汽。

太陽能轉換到可燃燃料 — — 氫氣

雖然太陽能取之不盡用之不竭,可在沒有費用 (和無汙染) 中存在,來自太陽的光能量轉換是與無數的問題,嚴重限製了高效的應用程序相關聯。最理想的情況將是製訂一個機製,將太陽能轉換成緊湊型便攜式的形式,可以很容易被運送到遙遠的地點。很多研究,努力旨在使用集中太陽能實現驅動各種化學反應,經常利用化學催化劑生產的氣體燃料,可以輕鬆地存儲和運輸的不同組合所需的溫度高。一些可能性都是有前途的但大多數專家領域的能量轉換同意最終是來自太陽的能量轉換的燃料是氫。

氫作為燃料的吸引力是巨大的。氫分子由宇宙中最輕的元素和可以容易地存儲和運輸。此外,氫可以從水分子氧作為唯一的副產品。當氫氣燃燒時,它與空氣,再一次,形成水中的氧氣結合從而再生材料來源。最重要的是,在整個周期中,釋放的能量在一個可用的形式,中間的步驟不能產生大量的汙染物。隻要太陽繼續產生的光的能量,氫供應是取之不盡,用之不竭的。目前,氫使用主要作為火箭燃料 (在圖 6 所示的催化燃料電池的形式),以及大量的工業化學過程的一個組成部分。然而,容易取得經過修改後,最小的元素可以實現所有的人類的電力和運輸要求。

雖然可以直接從水生產氫,某種形式的能量輸入是履行所需與氧分離。駕駛反應的一種手段是在被稱為電解,過程中使用電流和陽光可以用於發電的轉換。電解法涉及到的電流通過電極對浸沒在水中會產生氫氣和氧氣的氣體在相反電極氧化還原反應。另一個可能的途徑,為氫代是集中在足夠高的溫度會導致水熱分解成其氧和氫的組件,然後,可以分隔的陽光。

最終,更先進的手段,將水分解生成氫分子將可取。是利用太陽的能量通過化學反應的方式類似於使用植物和細菌的光合作用過程可能會從中實現分離的技術。當他們都暴露在陽光下時,綠色含葉綠素的植物不斷地分裂水分子,釋放氧和氫結合二氧化碳到窗體糖。如果第一部分的這個,或者類似的過程,可以被複製,無限的氫將可供應,由太陽能能量輸入驅動。

人工光合作用,基本的層次,可以描述為在分子定義接口的光誘導電荷分離的發展重點是作出重大努力。這項研究的預期目標之一是發展的光控製酶和甚至分子尺度電子、 涉及轉讓的電荷載流子光和化學活動的響應。這項研究的另一個目的是生物技術生產的酶和色素等物質。近年來細菌和降解石油的類似生物已用於清理漏。目前,科學家們正在試圖完善使用生物的生存和生長的生物修複的目的,如清理汙染水的供應各種太陽能的方法。

在一定條件下藻類可以被誘導,關閉他們正常的光合序列的特定階段,並產生大量的氫。通過從燃燒燃料儲存以平常的方式防止細胞,藻類被迫要激活替代的代謝途徑,導致生產中有大量的氫。這一發現引發了希望總有一天氫燃料能夠產生從陽光和水通過使用大型光生物反應器配合物的光合過程。最近的調查發現了含有吸光顏料,這使他們將陽光轉化為細胞能量,而不依賴於葉綠素的海洋細菌。這一發現引發了使用很容易被操縱的細菌,如大腸杆菌,在光驅動能源發電機有許多應用程序在兩個物理和生命科學中的可能性。

光電成像應用程序: 光能轉換成電子信號

光電效應的最常見的應用之一是在裝置,用來檢測光子攜帶照相機、 顯微鏡、 望遠鏡和其它成像器件中的圖像信息。隨著數碼影像技術的增長中采用將光轉換成有意義的電氣信號的技術, 發生了迅速取得進展。常見的幾種類型的光檢測器器。一些收集的信號,有圖像信息,沒有空間的歧視,而另一些地區探測器更多直接捕獲圖像的空間和強度信息結合起來。基於光電效應的光探測器包括光電倍增管、 雪崩光電二極管、 電荷耦合器件、 圖像增強器和互補型金屬氧化物半導體 (CMOS) 照片傳感器。這些,電荷耦合器件適合範圍最廣的成像和檢測任務,因此最常被雇用。構成基礎及其運作的原則,對其他類型的探測器的功能至關重要。

電荷耦合器件CCD) 是一個基於矽集成電路組成的稠密矩陣或數組的操作通過將光能量以光子的形式轉換為電子電荷的光電二極管。在數組中的每個光電二極管工作原理相似的光伏電池,但在 CCD 與矽原子的光子相互作用所產生的電子存儲在勢阱中,可以隨後轉交整個芯片通過寄存器和輸出放大器。示意圖在圖 7 中給出了說明了構成一個典型的 CCD 的解剖的各種組件。

Ccd 是 1960年年代末期研究最初構想出作為一種新型的計算機的存儲器電路在貝爾實驗室的科學家發明的。後來的研究表明該設備,由於其將轉移電荷的能力和光,其電氣響應也將有助於為信號處理和成像等其他應用程序。早年的希望,新的內存設備已經全部消失,但是 CCD 已經成為一個能夠取代電影在這個新興領域的數字影像,兩者一般用途和數碼顯微攝影等專業領域通用電子成像探測器的主要候選人之一。

就像其他集成電路矽片上製備出,Ccd 的一係列複雜的光刻步驟涉及刻蝕、 離子注入、 薄膜沉積、 金屬化和鈍化來定義在該裝置內的各項功能進行處理。電窗體 p 型矽),一種材料在其中的主要載體帶正電的空穴摻雜矽襯底。當紫外線、 可見光或紅外線光子撞擊休息或附近一個 CCD 光電二極管矽原子時,它通常會產生一個自由電子和由矽晶體的晶格中電子的暫時缺席創建一個"洞"。自由電子是然後收集在勢阱 (位於深處的地區稱為耗盡層矽),而洞被迫離井,最終流離失所者到矽襯底。個別光電二極管被隔離電從他們的鄰居的通道停止,而形成的擴散到 p 型矽襯底的硼離子通過一個麵具。

CCD 的主要建築特點是二氧化矽的大量的串行移位寄存器用垂直堆疊的導電層隔開絕緣薄膜矽半導體襯底摻雜多晶矽的構造。在每個光電二極管陣列的內收集了電子後,電壓的潛在應用於多晶矽電極層 (稱為蓋茨) 來更改底層矽靜電勢。矽襯底直接在柵電極下方的位置就成為了很好的收集由入射光創建的本地生成的電子能力的潛力。鄰近的蓋茨幫助隻將局限在勢阱中的電子形成區的較高的電位,稱為障礙、 圍井。通過調節電壓應用於多晶矽蓋茨,他們可以偏見到任一窗體收集勢阱或集成充電的障礙通過光電二極管。

在期間被傳入光子照亮被稱為集成後,CCD 光電二極管陣列中的勢阱變得充滿電子在矽襯底的耗盡層中產生。存儲在每口井的費用,必須以係統的方式宣讀了。此存儲電荷的測量被通過電荷的累積,串行和並行傳輸到邊上的芯片,在哪裏它連接到一個輸出放大器的一個單一的輸出節點的組合。平行電荷轉移的速度是通常足以完成期內電荷一體化的下一個圖像。

以下集合勢阱中,電子轉移並行,一行在一段時間,所生成的從垂直移位寄存器時鍾信號。垂直移位寄存器時鍾循環改變垂直門的備用電極上的電壓以跨 CCD 移動電荷的累積運轉。遍曆數組的平行移位寄存器蓋茨後, 電量最終達到蓋茨稱為串行移位寄存器專門的行。在這裏,代表每個像素的電子的數據包被轉移水平在序列中,水平移位寄存器時鍾,向輸出放大器和關閉芯片的控製下。CCD 通常有隻有一個讀出放大器定位在整個光電二極管陣列的拐角處。在輸出放大器,電子數據包登記的按從左到右連續的光電二極管產生的電荷量入手的第一行和最後一個出發的單個行中。這將產生光生電荷從整個二維數組中的光電二極管傳感器元件模擬光柵掃描。

能量轉換成光

因為震級和太陽的光和能量到達地球的意義,從其他形式的能量進入光的反向轉換顯得幾乎微不足道了。然而,最近在晚上從航天器和地球的衛星拍攝的照片顯示在稠密的地區,人類正在成功生產了大量的光通過轉換電能來源 (圖 8)。其他自然的過程也會產生光,往往伴隨著熱的進行。不論是發生自然或人類援助與獨創性,光可以從機械的、 化學的或電能量的轉換機製,生成。圖 8 是一種複合材料的數以百計的由衛星拍攝地球的照片。光從人造來源清楚勾勒了主要人口中心在北美和西歐,在圖中所示。

在一些點的遙遠的過去人類學會了如何用火以有益的方式。閃電產生火災可能提供了第一次的人工光源,和這些自然火災會一直作為一種資產為盡可能長時間維持。如果火焰走了出去,一個新的火災源會將被發現以狩獵和采集。在故意製造的最早成功火是最有可能產生熱和摩擦中搓木棍,餘燼的結果或附近放置"打火"通過衝擊具體岩石或礦物在一起,這將點燃一些易燃的材料。羅馬人已知有使用燃燒焦油塗層火炬作為一個便攜式的光源,在 2000 多年前。火不是有用的但在很多早期的文化和他們的神話有偉大的象征意義。可追溯到古希臘的傳統,奧林匹克運動會今天仍啟動儀式"帶來的火"從希臘到事件的現場。

人類已用於燃燒的某種形式的燃料與空氣中的氧氣結合提供光 (以及熱) 千百年來,和進步的必然道路一直作為征求了功能和安全的改善。後據了解動物脂肪和植物用明亮的黃色光燒油,這些油,需求量大,很多來自海洋動物,鯨魚和海豹等。燃燒油很難控製,和燈芯被添加到燈具控製的燃燒率和防止危險 flare ups。已知油燈已用於 10000 年。蠟燭是油燈的一種適應的提供燃料固體,更方便,窗體中。最早的這些聘請牛油或蜂蠟,而現代蠟燭主要是從石蠟石油衍生的。使用提供的光線的火焰的進一步發展發生在十九世紀,當煤氣燈成為廣泛應用於城市和城鎮。

用於點燃其他可燃物質的比賽使使用的一種化學反應產生的火焰。火柴點燃氧氣時,他們都通過摩擦或磨麵上醒目的摩擦加熱的磷化合物,通常采用塗布。所謂安全火柴必須通過摩擦 (醒目) 在特殊的表麵,點燃,並不會點燃由無意中接觸其他的表麵。火柴頭和的驚人的表麵結合起來,創建初始的火花,開始一種化學反應,導致燃燒的這場比賽中的化學化合物。

電能轉化為光開始在 19 世紀與弧燈的發展實際。通過引起電流會跳過一個缺口之間兩個碳棒,導致持續的明亮的弧光的這些燈功能。雖然他們有能力生產更加明亮光比年長的蠟燭或煤氣燈方法,弧燈需要不斷維護,有火災的危險。在 1879 年,在英國,約瑟夫天鵝和 Thomas Edison 在美國,用電流加熱的碳絲的表現出的電燈在部分撤離的玻璃信封密封。因為玻璃"燈泡"的這些燈被抽到局部的真空,並載有很少的氧氣,花絲會不著火,但會變得非常熱,明亮的輝光。

現代電燈使用三個不同的過程產生的電能提供給他們的光。現在標準白熾燈,直接從 1800 年代,早期的模型派生通常利用鎢燈絲在惰性氣體氣氛中,並導致燈絲變熱,當電流通過時的電阻效應所產生的光。熒光燈是更高效節能型產生光的從玻璃管的內表麵上的熒光粉塗層熒光照明。塗料,被稱為熒光粉,受到刺激的當電流通過氣體在管內流動時發出的紫外線輻射的熒光。燈通常在使用的第三類是蒸氣燈,其中包括汞或鈉產生可見的光線,當電流通過氣體的體積等氣體。這些燈具可以的高或低壓力的變化,和發出光有取決於氣體和其他物質,被納入了燈的光譜特征。

也許把能量轉化為光的最基本過程是類似於太陽的源的熱和光-核聚變的過程。科學家們已經能夠產生核聚變反應隻有約半個世紀,但這種反應一直在不斷地在宇宙中數十億年。融合是一個在其中兩個較輕的原子核發生碰撞,形成一個更重的原子核的過程 (見圖 9)。由此產生的原子核質量比兩個融合核,結合群眾,失去的質量轉換成能量,根據愛因斯坦的質能等價方程。核聚變反應是大多數恒星,包括AG亚游集团的太陽的能量輸出的來源。因此,溫暖的太陽和它的光是該產品的核融合,構成地球上所有生命的基礎。

最初形成時,一顆星星包含氫和氦可能已創建在宇宙的起源。氫原子核繼續發生碰撞,形成氦核,然後發生碰撞,形成較重的原子核和等等,在鏈中的核合成反應。不同氫同位素的融合成氦同位素生產超過萬倍的能量比一個典型的化學反應。此驅動器太陽的基本反應將繼續直到氫供應幾乎耗盡了,太陽的演變成一個巨大的紅色明星,生長在吞噬地球和內行星的大小。

人們的第一次實驗用核聚變導致氫彈的發展。今天正在進行的研究可能有更有益的應用程序使用控製核聚變反應來發電清潔廉價。在這太陽消耗其原始的氫供應率的計算表明AG亚游集团也許隻有約 5 億多年的可靠的能源從這個源頭的工作在AG亚游集团的版本的融合上。AG亚游集团希望,這段時間內可能是足夠長的時間。



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