Главная > Оптические системы связи
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

8.6. КОНСТРУКЦИИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Типичная структура светоизлучающего диода показана на рис. 8.9. Она применяется, например, в источниках видимого диапазона на основе GaAsP или GaР, легированных N или ZnO. Другой вариант конструкции диода с небольшой излучающей поверхностью и высокой яркостью показан на рис. 8.10. Эта конструкция, разработанная Баррасом, хорошо приспособлена для систем оптической связи. Из сравнения с обычным светоизлучающим диодом видно, что здесь излучающая поверхность отнесена ближе к подложке. При этом удается свести к минимуму расстояние между активным слоем и излучающей поверхностью. Изолирующий оксидный слой отделяет положительный


Рис. 8.9. (см. скан) Типичная конструкция светоизлучающего диода: а — поперечное сечение; б - вид сверху |Hewelett-Packard Optoelectronics Applications Manual, Me Graw-Hill, 1977, Hewlett-Packard Co.]

контакт от полупроводника но всей площади, кроме светоизлучающей области.

В конструкции Барраса близость активного слоя к поглотителю тепла означает, что тепловое сопротивление мало и можно использовать высокие плотности тока без чрезмерного повышения температуры, которое может привести к трем эффектам: меняется распределение излучения по длинам волн, падает внутренняя квантовая эффективность вследствие возрастания скорости безызлучательной рекомбинации, падает срок службы светоизлучающего диода. На рис. 8.11 показано, как за время одного импульса падает мощность излучения светоизлучающего диода вследствие роста температуры перехода. Уменьшение выходной мощности на 50 % соответствует возрастанию температуры от комнатной до 90 ... 100° С. Вообще в приборах на основе GaAs и GaAlAs температура перехода не должна превышать 50 ... 100° С.

Проведем оценочный расчет роста температуры в диоде Барраса в приближении модели одномерного теплового потока. Для GaAs при комнатной температуре теплопроводность составляет и уменьшается с ростом температуры. Примем расстояние между переходом и поглотителем тепла равным 3 мкм и прямое падение напряжения на переходе V = 1,5 В. Будем считать незначительными потерями мощности, обусловленные излучением, и оценим плотность тока, которая вызывает повышение температуры на 50° С. Для этого воспользуемся соотношением

Рис. 8.10. Поперечное сечение светоизлучающего диода Барраса

Рис. 8.11. Падение выходной мощности оптического излучения вследствие рости температуры за время импульса длительностью 100 нс. [Осцилограммы из статьи R. W. Dawson and С. A. Burrus, Pulse behavior of high-radiance small-area electoluminescent diods, Appl. Optics 10. 2367-9, 1971. Измерения длины волны с временным разрешением показывают, что температура возрастает от 30 °С в начале импульса до 90 °С в конце

что при диаметре контактов 50 мкм соответствует току через диод около 1 А.

Теперь попробуем оценить, какую оптическую мощность можно передать от GaAs светоизлучающего диода Барраса в оптическое волокно через плоский воздушный зазор. Диаметр излучающей области по-прежнему предполагаем равным 50 мкм. Диаметр поверхности, через которую выходит излучение, не намного больше, так как активный слой близок к поверхности и критический угол мал. Если воздушный зазор мал, а диаметр волокна больше диаметра излучающей поверхности, то можно считать, что почти все излучение поступает на вход волокна. Требуется ответить на вопрос: какая доля излучения попадает в приемлемый для волокна угол? Светоизлучающий диод является диффузным (Ламбертовым) источником, а в § 2.1.2 было показано, что волокно с числовой апертурой сможет собрать и передать долю общего света от такого источника.

По аналогии с определениями можно определить квантовую эффективность для системы источник — волокно как отношение числа полезных фотонов, попавших в волокно, к числу носителей, прошедших через переход диода. Тогда

и, если пренебречь самопоглощением в полупроводнике,

Для волокна с источника с [см. формулу (8.5.4)] и с получаем

Оценим попадающую на волокно мощность, когда ток через диод составляет Это примерно соответствует падению напряжения 1,5 В, т. е. потребляемая электрическая мощность составляет Энергия фотона Общая мощность генерируемого в полупроводнике оптического излучения Фвнут Общая оптическая мощность, излученная в воздух, Фвозд Для диффузного источника это соответствует интенсивности и энергетической яркости стерад. Мощность, попадающая на волокно,

Низкая эффективность системы светоизлучающий диод — оптическое волокно может быть улучшена, если удастся уменьшить потери на френелевское отражение. Один из способов осуществления этого показан на рис. 8.12, а. Диод соединен с волокном клеем, имеющим коэффициент преломления па, близкий по величине к коэффициенту преломления материала волокна. Кроме того, поверхность диода просветлена пленкой диэлектрического материала, такого как корунд , окись кремния и Нитрид кремния . В § 2.1.2 проведен анализ, который привел к формуле (2.1.13) и найдено, что доля излучения, переданного в волокно и распространяющегося по

Рис. 8.12. Согласующие устройства источник—волокно: а — использование иммерсионного наполнителя; б - конец волокна заострен и закруглен в форме линзы, которая коллимирует расходящееся излучение; в — сферическая линза, расположенная на поверхности светоизлучающего диода

нему, составляет Используя этот результат, формулу (8.5.2) и положив получаем выражение для полного коэффициента связи:

В нашем числовом примере это дает т. е. получаем улучшение примерно на

В приложении 5 показано, что линзовые устройства, подобные показанным на рис. 8.12, б, в, могут улучшить эффективность связи только в том случае, когда диаметр сердцевины волокна увеличен или излучающая поверхность диода уменьшена. Показанный на рис. 8.12, б сферический конец волокна может быть легко изготовлен плавлением. Радиус кривизны может соответствовать заостренному волокну, как показано, или можно сформировать сферическую поверхность, диаметр которой больше, чем у волокна. Используемый в такой конструкции клей должен иметь низкий коэффициент преломления. Конструкция, показанная на рис. 8.12, в, дает наилучший результат при использовании для урезанной сферической линзы материала с высоким показателем преломления (1,9 или 2,0). В обоих случаях френелевские потери должны быть снижены путем использования просветления,

В любом из этих устройств максимальная мощность, которая может быть передана от диффузного источника в волокно, ограничивается, как показано в Приложении 5, значением

где — площади источника и волокна соответственно. При энергетической яркости источника

Хотя коэффициент связи можно увеличить при использовании диффузного источника меньшего размера и линзового согласующего устройства, полная передаваемая мощность не может быть увеличена до тех пор, пока нет возможности поднять плотность тока инжекции. Если то же самое значение полного тока остается неизменным, в случае источника меньших размеров может быть реализован выигрыш в раз. Однако если остается неизменной плотность тока то преимущества получить не удается. Поэтому приходится при разработке источника малой площади и высокой яркости придавать особое значение диодам с торцевым излучением и инжекционным лазерам, которые рассматриваются в гл. 9... 11 и обеспечивают высокую направленность излучения.

1
Оглавление
email@scask.ru