Спектр світлодіода

Як я розумію, світлодіод випромінює фотон, коли збуджений електрон падає на нижню орбіту, і це завжди однакова енергія (читай: довжина хвилі). То чому тоді спектр світлодіода є дзвіноподібною кривою, а не просто лінією (можливо, пару ліній для різних переходів електронів)?

Кілька причин. Не заглиблюючись у квантову механіку, основними причинами є:

• Якщо світлодіод не знаходиться при абсолютній нульовій температурі, його атоми вібрують. Напівпровідник дозволяє поздовжніми і поперечними хвилями різної довжини хвилі, всі йдуть одночасно способами, описаними термодинамікою. Вони квантовані, як і все інше, і називаються "фононами" Енергія та імпульс фононів взаємодіють із звичайними витівками електронів і фотонів. Ви отримуєте поширення енергій фотонів.
• Навіть якщо фонон не обмінюється енергією / імпульсом з електроном або фотоном, тільки тому, що кристалічна решітка рухається, ви отримуєте доплерівський зсув у випромінюваному світлі.
• Гейзенберг каже, що ви не можете вимірювати енергію та часові інтервали з максимальною точністю. Мова йде не насправді про вимірювання, а генерування фотонів певної енергії. Електрон збуджується до вищого стану, потім повертається вниз. Щоб мати абсолютно точну зміну енергії в квантовій системі, ви повинні дозволити їй нескінченний інтервал часу для встановлення початкового, проміжного та кінцевого станів. Чекання, що довго призведе до тьмяного світлодіода! Процеси генерації фотонів у реальних світлодіодах відбуваються швидко, за порядком пікосекунд або наносекунд. Випромінені фотони обов'язково матимуть розкид значень.
• Хоча напівпровідники, що використовуються в компонентах електроніки, дуже чисті, додані ретельно контрольовані кількості допантів, вони ніколи не є абсолютно чистими. Існують небажані домішки, і атоми легуючих речовин, які ми хочемо, розподіляються випадковим чином. Кристалічна решітка не є досконалою. Точні рівні енергії, які може вибрати електрон, змінюються і залежать від положення. Ідеальний напівпровідник має чітко визначені смуги дозволених енергій і заборонених енергій. У недосконалій напівпровіднику вони мають нечіткі краї. Таким чином, ви отримуєте діапазон довжин хвиль для випромінюваного світла.

Я ще не згадав про вплив електронних та ядерних спінів або про те, що різні ізотопи, що мають різну масу, додають до недосконалості кристалічної решітки. Ви можете собі уявити, чому ми, фізики, дико проводимо час, вивчаючи деталі спектрів світла із світіючих матеріалів.

Я здогадуюсь, що енергія западної орбіти не є абсолютно постійною, але залежить (трохи) від сусідства атома, наприклад, як саме вона вписується в сітку, розташування сусідніх домішок, якщо атоми різних ізотопів беруть участь ізотоп атома тощо.

На додаток до того, що сказали інші, корпуси світлодіодних світлодіодів (прозорі пластикові шматочки) легуються / змішуються з люмінофорами, які поглинають частину світла, а потім передають енергію на їх молекулярних резонансах (читайте: їх колір). Фосфори також не повинні бути простими молекулами або сумішами - вони будуть випромінювати кілька енергій різної інтенсивності, залежно від енергії та інтенсивності вхідного фотона, орієнтації кристала, концентрації суміші тощо.

Відповідно до того, що говорили інші, фотони, що генеруються світлодіодом, проходять через досить багато атомів, щоб дістатися до очного яблука чи детектора, передаючи енергію незліченну кількість разів, завдяки чому розподіл Фермі (квантовий опис енергії дискретної системи) стає дещо більш гауссовим (макроскопічний опис реальних вимірювань).