December 17 2017 17:29:25
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Источники излучения
ЭЛЕКТРОНИКА- курс лекций

Работа источников основана на различных физических явлениях (тепловое свечение, излучение при электрическом разряде в газе, электролюминесценция).

В интегральной оптоэлектронике преимущественно применяют источники излучения, базирующиеся на явлениях люминесценции в полупроводниковых материалах. Наиболее перспективными считают излучатели, в которых люминесценцию вызывает электрическое поле или ток.

Электролюминесцентный излучатель (ЭЛИ) представляет собой конденсатор, в котором между обкладками (электродами) располагается люминофор. Один электрод прозрачный (слой окиси олова), второй – непрозрачный (рис.9.2).

Рис.9.2. Электролюминесцентный излучающий элемен

При приложении к кристаллу люминофора напряжения в нем образуется пространственный заряд. Электроны, попадая в область сильного поля этого заряда, приобретают энергию, достаточную для ионизации, в результате которой образуются электроны и дырки, способные рекомбинировать, излучая при этом кванты света.

Излучение энергии наблюдается в видимой или ультрафиолетовой областях спектра. Электролюминесцентные конденсаторы имеют постоянные времени 0,1...1 мс, отличаются низкой стабильностью параметров и могут работать при постоянном и/или переменном напряжении электропитания.

Полупроводниковые излучающие светодиоды и лазеры основаны на эффекте излучательной рекомбинации в объеме «активной» области p-n перехода. При инжекции неосновных носителей заряда под действием прямого напряжения переход испускает электромагнитные волны в видимом или инфракрасном диапазонах.

Светодиод представляет многослойную структуру, в которой при прохождении тока через переход во всех направлениях распространяется индуцируемое некогерентное излу-чение. Обычно используют излучение, выходящее ортогонально активной зоне (рис.9.3,а).


Рис.9.3. Структура светодиода (а) и его характеристики: спектральная (б), излучательная (в), вольтамперная (г)

Излучение светодиодов складывается из волн, посылаемых спонтанно рекомбинируемыми заряженными частицами независимо друг от друга, и вследствие этого имеет хаотичное изменение амплитуды и фазы суммарной электромагнитной волны. Источник генерирует естественное излучение, обладающее довольно широким спектром (рис.9.3,б) с типичным значением Dl=30 нм. Излучательную характеристику (рис.9.3,в) инжекционного светодиода, определяющую основные параметры, можно считать практически линейной. При токе I @100 мА мощность излучения светодиода составляет единицы ватт. Вольтамперная характеристика светодиодов (рис.7.3,г), определяющая их электрические параметры, является характеристикой полупроводникового диода и на рабочем участке при u > U* ее можно заменить линейной зависимостью u @ U*+ri с наклоном r @ 1…10 Ом. Это приводит к  линейной управляющей характеристике светодиода Pи(u) на рабочем участке, что важно при использовании управляемых излучателей в аналоговых устройствах.

В цифровых устройствах в качестве управляемых источников света преимущественно применяют полупроводниковые инжекционные лазеры, имеющие когерентное излучение, сконцентрированное в узкой спектральной области. В лазерном диоде имеется резонатор (колебательный контур) с обратной связью по световому потоку (рис.9.4,а, б).


Рис.9.4. Структура лазера (а), эквивалентная схема (б) и характеристика излучения (в)

Полупроводниковый лазер получает мощность (накачивается) непосредственно от источника электрической энергии напряжением u. Возникающий ток i приводит к повышению концентрации носителей заряда в p-n переходе и их рекомбинации, вызывающей поток фотонов, т.е. излучение. При небольших токах накачки i излучение будет спонтанным (одиночным).

Наличие пространственного резонатора, ограниченного зеркалами, приводит к возвращению части световой энергии в переход и новому возбуждению. Это можно интерпретировать как наличие положительной обратной связи (рис.9.4,б), при которой часть выходной мощности gPвых подается на вход узкополосного (резонансного) усилителя, вызывая генерацию на определенной частоте (длине волны). При пороговом значении тока накачки Iп потери энергии в резонаторе будут компенсироваться усилением в контуре (будут выполнены условия самовозбуждения колебаний) и возникнет индуцированное когерентное излучение. Частота генерируемых колебаний определяется параметрами резонатора, а мощность излучения увеличивается приблизительно пропорционально току (рис.9.4,в).

Наклон характеристики на участке индуцированного излучения составляет примерно 0,2 Вт/мА, что при токе накачки i = 50…250 мА позволяет получить значения мощности излучения в десятки ватт. Отличительными особенностями лазерного диода является узкий спектр излучения Dl @ 1 нм (для светодиода Dl @ 30 нм) и малая угловая расходимость светового луча (Dj »20°), что позволяет организовать эффективную связь с линиями передачи энергии на расстояние. Достоинствами лазера являются высокий КПД (до 50%) и быстродействие (порядка 10 нс); к недостаткам относят существенную нелинейность характеристики излучения и большие токи возбуждения.

Промежуточное положение между инжекционными светодиодами и полупроводниковыми лазерами занимают суперлюминесцентные диоды, которые имеют уменьшенную по сравнению со светодиодами спектральную ширину полосы излучения, но требуют для работы больших значений тока. Их часто используют в волоконно-оптических линиях связи.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 2,299,271 уникальных посетителей