Bài giảng Kỹ thuật thông tin sợi quang: Chương 3.2 - Trần Thủy Bình

Bài giảng "Kỹ thuật thông tin sợi quang" Chương 3.2: Bộ phát quang, cung cấp cho người học những kiến thức như Khái quát chung về nguồn quang; Vật liệu chế tạo nguồn quang; Cấu trúc và hoạt động của LED; Các tham số của LED;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật thông tin sợi quang: Chương 3.2 - Trần Thủy BìnhHỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG 1 CHƯƠNG 3 (tiếp) BỘ PHÁT QUANG Giảng viên: Trần Thủy BìnhNội dung LED Laser Mạch phát tín hiệu quangKhái quát chung về nguồn quang  Là phần tử chính của thiết bị phát quang  Nhiệm vụ chính: biến đổi tín hiệu điện  tín hiệu quang  Trong TTQ, sử dụng nguồn quang bán dẫn.  2 loại nguồn quang: LED, LaserKhái quát chung Yêu cầu đối với nguồn quang:  Kích thước nhỏ gọn  Hiệu suất cao, công suất bức xạ lớn  Vùng bức xạ hẹp  Phổ bức xạ hẹp  Bước sóng phù hợp với sợi quang  Tuổi thọ cao, độ tin cậy lớn  Có thể điều chế trực tiếp tại tốc độ caoKhái quát chung Đặc tính chất lượng cơ bản của nguồn quang  Bước sóng đỉnh  Độ rộng phổ  Công suất phát  Tốc độ điều chế Cost/Performance trade offVật liệu chế tạo nguồn quang Dải cấm trực tiếp Dải cấm gián tiếp Động lượng của e và h Tái hợp của e-h cần có bằng nhau. sự tham gia của phononVật liệu chế tạo nguồn quang - Si, Ge là vật liệu bán dẫn có dải cấm gián tiếp  int thấp  10-5 - Dùng hỗn hợp ghép các loại vật liệu nhóm III(Al, Ga, In)-V(P, As, Sb)  vật liệu có dải cấm trực tiếp - InP, GaAs có thể đạt int=0,5 và  1 khi bức xạ kích thích chiếm ưu thếVật liệu chế tạo nguồn quang  Y. cầu phù hợp về cấu trúc mạng tinh thể  các lớp bán dẫn phải có độ khác biệt về hằng số tinh thể Light Emitting Diode (LED)Cấu trúc & Hoạt động của LED  Cấu trúc dị thể kép được phân cực thuận  Hoạt động dựa trên cơ chế bức xạ tự phát  Khi có điện trường phân cực thuận: e từ lớp n và h từ lớp p được đưa vào vùng tích cực, tái hợp → phát xạ ánh sáng.Cấu trúc & Hoạt động của LED Nguyên lý hoạt động của LEDCấu trúc & Hoạt động của LEDCấu trúc & Hoạt động của LED  Bức xạ chủ yếu là tự phát  độ rộng chùm sáng lớn → hiệu suất ghép vào sợi kém  Độ rộng phổ lớn: vài chục - >100nm  Bước sóng phát xạ =hc/E khi E được tính bằng V hoặc  (m)=1,24/E khi E được tính bằng eV  Hiệu suất ghép AS vào sợi thấp (1-10%)  Công suất thấp (CS phát có thể >10 mW, nhưng CS ghép vào sợi khoảng vài m)Các tham số của LED (1) Hiệu suất lượng tử nội (int): int = Nph/Ne - Ne: số điện tử do dòng nuôi cung cấp cho vùng hoạt tính - Nph: Số photon tạo ra - int phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo nguồn quang (2) Công suất phát quang của LED = năng lượng ánh sáng trên 1 đvị thời gian: P = E/t = Nph.Eph/t = int.Ne.Eph/tCác tham số của LED (3) Đặc tính P-I - Cường độ dòng điện chay qua LED: I = Ne.e/t  P = [(int.Eph)/e].I (với Eph tính bằng J) Hoặc P (mW)= [int.Eph(eV)].I(mA) với Eph tính bằng eV Đặc tuyến P-I của LED trong trường hợp lý tưởng Đặc tuyến P-I thực tếCác tham số của LED (4) Đặc tính phổ - Thể hiện sự phân bố mật độ công suất phát theo  - Độ rộng phổ được xác định tại P = 0,5 Pđỉnh (hay giảm 3 dB so với công suất đỉnh) -  trung tâm thay đổi theo to Đặc tính phổ của LED Tran Thuy Binh Hoc vien Cong nghe Buu chinh Vien thongCác tham số của LED (4) Đặc tính phổ (tiếp) Vật liệu bán dẫn khác nhau có năng lượng dải cấm khác nhau và độ rộng vùng năng lượng khác nhau  Độ rộng phổ và bước sóng hoạt động của LED phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo nguồn quang: - LED chế tạo từ InGaAsP có 0 là 1,3 m và  = 50-60 nm - LED chế tạo từ GaAs có 0 là 850 nm và  hẹp hơn 1,7 lầnMột số cấu trúc LED cơ bản LED phát xạ mặt (Surface Light Emitting Diode - SLED) LED phát xạ cạnh (Edge Light Emitting Diode)SLED – Cấu tạo Vùng tích cực dạng phiến tròn, 50 m, d22,5m. Đô rộng chùm sáng (1/2) P : 120o Cực - Cực - n p  Cực + Cấu trúc SLED (Burrus type) Hiệu suất ghép AS vào sợi của SLED thấp hơn ELED.ELED – Cấu tạo 25-35o AS được lấy ra từ cạnh của LED. 120o Độ rộng dải tiếp xúc: 50-70m Chiều dài vùng tích cực: 100- 150m ...