Конструкции светодиодов для оптической связи
Светоизлучающие диоды. Конструкции, принцип действия, основные электрические и оптические характеристики
Требования к излучателям
Источники оптического излучения для систем связи
Лекция.
Источник оптического излучения, излучатель – прибор, преобразующий электрическую энергию возбуждения в энергию оптического излучения заданного спектрального состава и пространственного распределения. Источники оптического излучения должны отвечать определенным требованиям для успешного их применения в системах связи.
1. Высокая эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию излучения.
2. Узкая спектральная полоса излучения.
3. Направленность излучения. Концентрация излучения на малой площади, характеризуемая показателем интенсивности (6.1)
І ~ k Е2 [Вт/см 2] (6.1)
Е – напряженность светового поля [В/см].
4. Быстродействие при модуляции, т.е. быстрое возникновение и гашение излучения.
5. Совместимость с приемниками излучения и физическими средами передачи.
6. Когерентность излучения.
7. Миниатюрность и жесткость исполнения.
8. Высокая технологичность и низкая стоимость.
9. Длительный срок службы (не менее 10 5 часов)
10. Высокая устойчивость к различным перегрузкам (механическим, тепловым, радиационным).
11. Возможность перестройки частоты излучения.
Указанным требованиям в большой степени отвечают некоторые типы излучателей:
1. светоизлучающие полупроводниковые диоды (СИД);
2. инжекционные полупроводниковые лазерные диоды (ППЛ);
3. твердотельные лазеры;
4. волоконные лазеры.
В отдельных случаях применение могут найти малогабаритные газовые лазеры.
Светоизлучающий прибор является центральным прибором в составе передающего оптического модуля.
Светодиод (СИД) представляет собой полупроводниковый прибор с p - n переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение. Известно много конструкций СИД, однако наибольшее применение получили поверхностные и торцевые СИД.
В технике оптической связи наибольшее применение получили две конструкции СИД: поверхностный (рисунок 6.1) и торцевой (рисунок 6.2).
Рисунок 6.1 Конструкция поверхностного светодиода
В поверхностном светодиоде волоконный световод присоединяется к поверхности излучения через специальную выемку в полупроводниковой подложке. Такой способ стыковки СИД и стекловолокна обусловлен необходимостью ввода максимальной мощности спонтанного излучения в световод.
Рисунок 6.2 Конструкция торцевого светодиода
В конструкции торцевого светодиода предусмотрен вывод оптической мощности излучения через один из торцов. При этом другой торец выполнен в виде зеркала, которое отражает фотоны в активный слой. В приборе применяются дополнительные слои полупроводникового материала GaAlAs, который отличается от активного слоя показателем преломления и шириной запрещенной зоны. Это создает в активном слое оптический волновод, способствующий концентрации фотонов и усилению бегущей волны в инверсной насыщенной зарядами среде. Светоизлучающий торец СИД согласуется с волоконным световодом линзовой системой.