Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах
Химия

Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах


Завантажити реферат: Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах

Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах. Характеристики

Світлодіоди, їх властивості та технологія виготовлення.

Конструкції напівпровідникових лазерних діодів та світлодіодів (СД), що застосовуються у ВОСП, дуже різноманітні. Конструкції ЦД вибирають з таким розрахунком, щоб зменшити власне самопоглинання випромінювання, забезпечити режим роботи при високій щільності струму інжекції та збільшити ефективність введення випромінювання у волокно. Для підвищення ефективності введення використовують мікролінзи як формуються безпосередньо на поверхні приладу, так і зовнішні.

В даний час набули поширення дві основні модифікації СД: поверхневі та торцеві. Схематичне зображення конструкції ЦД обох типів наведено малюнку. Для поліпшення відведення тепла від активного шару за високої щільності токанакачки застосовують тепловідведення.

Виведення випромінювання в ЦД поверхневого типу на арсеніді галію здійснюють через круглий отвір, витруєний в обкладинці. У цей отвір вставляють оптичне волокно і закріплюють його за допомогою епоксидної смоли. .Такі конструкції застосовуються в ЦД на чотирикомпонентному з’єднанні GaInAsP.У цьому випадку підкладка з InP є прозорим вікном.

У торцевих ЦД з подвійною гетероструктурою виведення випромінювання активного шару здійснюють з торця, як і лазерних діодах. Завдяки повному внутрішньому відображенню оптичне випромінювання поширюється вздовж переходу. За допомогою смужкової конструкції нижнього контакту омічного, а також щілини на задній частині активного шару активна область обмежена, що дозволяє уникнути лазерної генерації. Оскільки випромінювання, що генерується, при виведенні назовні проходить через активний шар, то має місце самопоглинання випромінювання в цьому шарі. Для зменшення самопоглинання активний шар виконують дуже тонким (0,03…0,1 мкм).В результаті випромінювання поширюється головним чином в обмежувальному шарі, який завдяки великій ширині забороненої зони має невеликі втрати на поглинання.

Випромінювання ЦД виникає в результаті спонтанної випромінювальної рекомбінації носіїв заряду і тому є некогерентним, отже відносно широкосмуговим і слабоспрямованим.

Особливо слід виділити суперлюмінесцентні ЦД. У цих діодах, крім спонтанної рекомбінації з випромінюванням, використовується процес індукованої рекомбінації з випромінюванням; вихідне випромінювання є посиленим активному середовищі. Суперлюмінесцентні ЦД є торцевими ЦД, що працюють при таких високих щільності струму інжекції, що в матеріалі активного шару починає спостерігатися інверсна населеність енергетичних рівнів.

Принциповою відмінністю лазерного діода від ЦД є наявність у першому вбудованого оптичного резонатора, що дозволяє за умови перевищення струмом інжекції деякого порогового значення отримати режим індукованого випромінювання, що характеризується високим ступенем когерентності. Найчастіше як оптичний резонатор використовують: плоский резонатор Фабрі-Перо та його модифікації, включаючи складові та зовнішні резонатори, резонатори з розподіленим зворотним зв’язком (РОС-резонатор) і з розподіленим брегговським відбивачем (РБО-резонатор). Плоский резонатор утворюється зазвичай паралельно сколеним торцям напівпровідника, а РОС- і РБО-резонатори — шляхом періодичної просторової модуляції параметрів структури, які впливають умови поширення випромінювання. При поєднанні періодичної структури з активною областю отримують РОС-діод, а при розміщенні періодичної структури за межами активної області — РБО лазерний діод.

Перевагами РОС- та РБО-лазерних діодів у порівнянні зі звичайним лазерним діодом з резонатором Фабрі-Перо є: Зменшення залежності довжини хвилі випромінювання від струму інжекції та температури, висока стабільність одномодовості та одночастотності випромінювання, практично 100-відсоткова глибина модуляції. лазерний діод з резонатором Фабрі-Перо температурний коефіцієнт
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах порядку 0,5 … 1 нм / ° С. Крім того РОС-і на відмову. Крім того, для РБО-структури дозволяють реалізувати інтегрально-оптичні схеми. Основним недоліком є ​​складна технологія виготовлення.

Напівпровідникові випромінювачі в загальному випадку визначаються комплексом параметрів і характеристик, включаючи габаритні та приєднувальні розміри. Однак з точки зору їх застосування як компонентів ВОСП важливе значення має обмежений набір параметрів і характеристик, які найчастіше наводяться в паспортних даних конкретних приладів.

Найбільш важливими для застосування у ВОСП параметрами є: середня потужність випромінювання, ширина випромінюваного спектру, час наростання і спаду імпульсу випромінювання при імпульсному збудженні струму накачування, падіння напруги на діоді і напрацювання лазерних діодів і торцевих світлодіодів, що мають вузьку діаграму спрямованості розбіжності за рівнем половинної потужності. Ці кути зазвичай визначають у напрямку випромінювання в паралельній і перпендикулярній переходу площинах і позначають відповідно і.

і = 30 … 60 °.

Середня потужність випромінювання під час роботи при роботі випромінювача в безперервному режимі визначає повну потужність, випромінювану поверхнею активної області приладу у бік виведення випромінювання.

Довжина хвилі випромінювання
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемахвизначають як значення, що відповідає максимуму спектрального розподілу потужності, а ширину випромінюваного спектру
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемахДжерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах — як інтервал довжин хвиль, у якому спектральна густина потужності становить половину максимальної. Огинаюча спектрального розподілу випромінювання світлодіода має приблизно форму гаусівської кривої з
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах= 20…50 нм. Для лазерних діодів з резонатором Фабрі — Перо ширина спектра значно вже (порядку 1 … 4 нм) і ще менше для РОС — і РБО — лазерних діодів, у яких залежно від конструкції вона може становити 0,1… 0,3 нм. Мінімальна ширина спектра досягається у лазерних діодах із зовнішніми резонаторами, у яких вона залежно від типу резонатора лежить у межах 1…1500 кГц.

Для високошвидкісних ВОСП важливе значення мають динамічні властивості лазерних діодів, які виявляються залежно від спектральної характеристики швидкості передачі при безпосередньої модуляції потужності випромінювання шляхом зміни струму накачування. У одномодового лазерного діода з резонатором Фарбі — Перо збільшення швидкості передачі супроводжується зміною модового складу, що характеризується динамічним розширенням спектру до 10 нм при модуляції з частотою
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах порядку 1….2 ГГц .Для РОС-і РБО-лазерних діодів при модуляції в діапазоні 0,25…2 ГГц має місце лише незначний зсув
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах(порядку 0,2 нм) при збереженні високого ступеня придушення побічних мод. Тому ці лазерні діоди часто називають динамічно одномодовими.

Швидкодія джерел випромінювання оцінюється часом наростання
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах і часом спаду
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах потужності випромінювання при модуляції імпульсами струму накачування прямокутної форми достатньої тривалості (Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах). Для оцінки і зазвичай використовують рівні 0,1 і 0,9 від значення потужності, що встановилося. Часто швидкодія визначається максимальною частотою модуляції. Для світлодіодів ця частота може досягати 200 МГц, а у лазерних діодів — значно більше (декілька ГГц). .

До параметрів, що визначають статичний режим роботи напівпровідникового випромінювального діода, відносять падіння напруги на діоді та струм накачування при прямому зміщенні. Крім цих параметрів статичний режим роботи характеризується ват-амперною характеристикою. На ват-амперної характеристики лазерного діода можна виділити точку зламу, яка визначається пороговим струмом накачування Iпор. При струмах накачування вище за пороговий лазерний діод працює в режимі індукованого випромінювання і потужність його дуже швидко зростає зі збільшенням струму накачування. Якщо струм накачування менший за пороговий, то прилад працює в режимі спонтанного випромінювання і випромінювана потужність мала. Одночасно різко зменшується швидкодія і істотно розширюється ширина спектра, що випромінюється. Тому лазерні діоди в динамічному режимі роботи вимагають початкового зміщення постійним струмом приблизно рівним пороговому струму. Нахил гілки ват-амперної характеристики лазерного діода, розташованої правіше Iпор, характеризує диференціальну квантову ефективність.
Джерела випромінювання в інтегрально-оптичних схемах д=dP/dIн, яка залежить від конструкції приладу та його температури. Типові значення диференціальної квантової ефективності лазерних діодів становлять 0,1…0,2 мВт/мА, а пороговий струм лежить у межах 10…100 мА.

Для лазерних діодів характерна температурна залежність порогового струму та диференціальної квантової ефективності. Зі зростанням температури пороговий струм збільшується, а диференціальна квантова ефективність зменшується. Зміна температури призводить також до зміни довжини випромінювання хвилі. Найбільшу температурну нестабільність мають лазерні діоди з резонатором Фабрі-Перо. Лазерні діоди з РОС- та РБО-резонаторами більш термостабільні. Для зменшення температурних впливів застосовують спеціальні заходи, наприклад, використовують тепловідведення з елементом Пелтьє. Параметри та характеристики світлодіодів мають досить високу температурну стабільність, що робить їх більш простими в експлуатації.

Надійність напівпровідникових випромінювачів визначається напрацюванням на відмову або інтенсивністю відмов. Лазерні діоди, створені на початку 80-х років, мали значно меншу надійність у порівнянні зі світлодіодами. Однак останнім часом завдяки вдосконаленню конструкцій та технології виготовлення її вдалося значно підвищити та довести до прийнятної величини.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *