Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 3 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông

Chương 3 Bộ phát quang, nội dung trình bày trong chương này gồm: Nguyên lý chung về biến đổi quang điện; LED; Laser diode (LD); Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang; Các nguồn laser bán dẫn đơn mode; Bộ phát quang.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 3 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp Bộ môn: ộ Thông Tin Q g Quang – Khoa Viễn thông 2 g g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 3 BỘ PHÁT QUANG GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 3 • Nguyên lý chung về biến đổi quang điện • LED • Laser diode (LD) • Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang • Các nguồn laser bán dẫn đơn mode á ồ á ẫ • Bộ phát quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Tính chất hạt của ánh sáng: • Eph = hf h: hằng số Plank (h= 6,625x10-34J.s) f : tần số của photon ánh sáng • Eánh sáng = Nph x Eph Nph: số photon p Tính lượng tử của vật chất: • Hat nhân: điện tích dương • Các điện tử: điện tích âm – Quay quanh hạt nhân theo các quỹ Q yq ạ q ỹ đạo ổn định – Mang một mức năng lượng nhất định GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Biểu đồ mức năng lượng (energy level diagram): Năng lượng E(eV) E4 E3 E2 E1 Dải cấm năng luợng (energy gap) ΔEij=Ej - Ei E0 Trạng thái nền (ground state) • Biểu diễn trạng thái năng lượng của điện tử trong một nguyên tử • Các mức năng lượng này không liên tục rời rạc nhau GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Hàm phân bố Boltzmann: Năng lượng E exp(-ΔEi/kBT) − [ ΔE i / k B T ] Ni = N0 × e Ei ΔEi: độ chênh lệch năng lượng giữa Ei và E0; kB: hằng số Boltzmann (1,38.10-23 (J/oK)) T: nhiệt độ tuyệt đối (oK). E0 Ni N0 Mật độ điện tử • Phân bố mật độ điện tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau • Khi “cân bằng về nhiệt” GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Nhận xét: • Ni > Nj (với i 0oK: điện tử hấp thụ năng lượng nhiệt ệ p ụ g ợ g ệ thay đổi trạng thái y ạ g năng lượng chuyển từ E0 lên các mức năng lượng cao hơn • Số điện tử ở các mức năng lượng kích thích tăng lên khi To tăng • Trạng thái nền là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử – Xu hướng chuyển về các trạng thái năng lượng thấp – Thời gian sống (lifetime) của điện tử • Khi điện tử chuyển từ Ej Ei (với iNguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: Haáp thuï Phaùt xaï töï phaùt Phaùt xaï kích thích (Absortion) (Spontaneous emission) (Stimulated emission) Bieán ñoåi quang -ñieän Bieán ñoåi ñieän - quang Bieán ñoåi ñieän - quang Linh kieän thu quang LED Laser (Photo detector) (Light Emitting Diode) (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: a. Hiện tượng hấp thụ và phát xạ tự phát b. Hiện tượng phát xạ kích thích GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Ánh sáng kết hợp (Coherent Light) Các photon do hiện tượng phát xạ kích thích phát ra có: • Cùng pha • Cùng tần số • Cùng ...