Download - KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK [email protected] 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai

ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009

VGTU EF ESK [email protected]

1

KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI.

Optiniai retransliatoriai

1. Pagal schemą fotodetektorius-elektrinių impulsų stiprintuvas-formuotuvas-optinis moduliatorius.

2. Jei nedidel÷ dispersija, naudojami optiniai stiprintuvai.

Erbiu legiruota skaidula veikia kai optinis stiprintuvas.

Kai kaupinimo galia 100 mW ir skaidulos ilgis 10–20 m, gaunamas apie 20 dB stiprinimas.



2

• Fotorezistoriai• Fotodiodai• Fotovoltiniai elementai• Fototranzistoriai ir fototiristoriai• Optinio ryšio fotodetektoriai• Kiti optin÷s elektronikos įtaisai• Optonai

PUSLAIDININKINIAI FOTOELEKTRINIAI IR KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI

Daugumos puslaidininkinių fotoelektrinių įtaisų veikimas pagrįstas vidiniu fotoefektu, kuris pasireiškia tada, kai fotonų energijos didesn÷s už puslaidininkio draudžiamosios juostos plotį.



3

Fotorezistoriai

Fotorezistoriaus voltamperin÷s charakteristikos ir liuksamperin÷charakteristika

Neapšviesto fotorezistoriaus tamsin÷ varža yra didel÷. Veikiant šviesai, padid÷ja krūvininkų koncentracija, ir fotorezistoriaus varža sumaž÷ja.



4

Fotorezistoriai

Fotorezistoriai taikomi nuolatin÷s ir kintamosios srov÷s grandin÷se. Jų trūkumas – didelis inertiškumas.



5

Fotodiodai

Fotodiodai į elektrinę grandinę jungiami atgaline kryptimi. Šviesos srautas valdo atgalinę diodo srovę.

Fotodiodas ir jo voltamperin÷scharakteristikos

Puslaidininkinis fotovoltiniselementas ir jo voltamperiniųcharakteristikų šeima



6

Fotodiodai

Schematic drawing of a p-i-nphotodiode



7

Saul÷s baterijos



8

Saul÷s baterijos



9

Fototranzistoriai

Fototranzistoriaus sandara tokia, kad šviesa gali veikti bazę.

Fototranzistoriuje gaunamas fotosrov÷s stiprinimas. Tod÷l fototranzistoriųfotojautris yra daug didesnis nei fotodiodų. Tačiau baz÷je krūvininkai užtrunka. Tod÷l fototranzistoriai yra inertiškesni nei fotodiodai.



10

Optinio ryšio (puslaidininkiniai) fotodetektoriai (FD)

Kvantinis našumas:

λγ

λη

q

hc

q

hc

/

q/ f

f

f ===P

I

WP

I

hc

qf ληγ ==

P

I

24,1

ληγ =

)exp()0()( xPxP α−=

Jautris:

( ) ( )( )( )[ ]21

10

exp1

exp1/

xx

xRPP

−−−×

×−−=

α

α

Jei absorbuojama šviesa, jos galia maž÷ja:

Aktyviajame sluoksnyje absorbuojamos šviesos galios dalis:

Sandūra turi būti arti paviršiaus, nuskurdęs sluoksnis – storas, ...atsiradę krūvininkai turi sp÷ti įveikti nuskurdintąjį sluoksnį (krūvininkų gyvavimo trukm÷ turi būti ilgesn÷ už jų l÷kio trukmę).



11

Optinio ryšio (puslaidininkiniai) fotodetektoriai (FD)

1. Germanio FD.

2. InGaAs-InPheterostrukturiniai FD.

3. Šotkio FD.

4. Griūtiniai FD.

Medžiagos – atsižvelgiant į šviesos bangos ilgį.

Griūtiniuose FD – fotosrov÷s stiprinimas, bet ... didesni savieji triukšmai ir mažesn÷ veikimo sparta.



12

Optronai

Optronais vadinami optin÷s elektronikos įtaisai, sudaryti iš šviesos spinduolio, optinio kanalo ir fotoimtuvo. Optronuose spinduolis yra elektriškai izoliuotas nuo fotoimtuvo. Optiniu kanalu informacija perduodama viena kryptimi. Tod÷l optronuose praktiškai nepasireiškia grįžtamasis ryšys, ir iš÷jimo grandin÷ neturi įtakos į÷jimo grandinei.



13

Užduotis

1. GaAs lazerinio diodo optinio rezonatoriaus ilgis – 0,5 mm,

n = 3,7. Spinduliuojamų virpesių spektro linijos plotis –

~1,5 nm. Galimai išsamiau apibūdinkime diodo

spinduliuojamos šviesos spektrą.



14

1. Puslaidininkinio lazerio aktyviosios srities ilgis l = 0,3 mm, storis – 2 µm, lūžio rodiklis n =3,6, spinduliuojamos šviesos bangos ilgis – 0,84 µm, slopinimo koeficientas α = 3,5⋅103 m-1. Raskime šviesos stiprinimo koeficientą, kuris būtinas, kad susižadintų virpesiai. Kaip pasikeistų gmin, jeigu vienas veidrodis pilnai atspind÷tų šviesą?

2. GaAs lazerinio diodo optinio rezonatoriaus ilgis – 0,5 mm, n = 3,7. Spinduliuojamų virpesių spektro linijos plotis – ~1,5 nm. Galimai išsamiau apibūdinkime diodo spinduliuojamos šviesos spektrą.

3. Puslaidininkinio lazerio λ = 1,3 µm. Jo rezonatorius yra stačiakampio gretasienio formos, l = 150 µm, w = 20 µm, 2d = 1 µm. Medžiagos lūžio rodiklis n ≅ 4. Apskaičiuokime išilgin÷s modos numerį ir nuotolį tarp artimiausių generuojamos šviesos bangos ilgių.

4. Pakomentuokite 2.16 ir 2.17 paveikslus.

5. Pagal 2.17 paveikslą raskime srov÷s tankį ir stiprumą, kurie užtikrina g > 0. Raskime charakteristikos gmax(Jef) statumą. Lazerinio diodo aktyviosios srities storis – 0,5 µm, plotis – 20 µm, ilgis – 0,4 mm. Vidinis kvantinis našumas ηvid = 0,5.

Užduotys



15

6. Raskime GaAlAs-GaAs lazerinio diodo aktyviuoju sluoksniu sklindančios šviesos galios dalį, jeigu galio arsenido n = 3,6, ∆n = 0,4, 2d = 0,5 µm.

7. Lazeriniam diodui panaudota GaAlAs-GaAs heterostruktūra. ηvid = 0,8, Γ = 0,8, 2d = 0,5 µm, l = 0,4 mm, b = 10 µm, R1 = 1, R2 = 0,33, α = 1 mm-1, (Jef)0 = 4,3⋅1013 A⋅m-3, S = 4,8⋅10-10 m2/A. Raskime slenkstinį srov÷s tankį ir stiprį.

8. Laikydami, kad lazerinio diodo aktyviajam sluoksniui panaudotas GaAs, pagal 2.19 paveikslą raskime diodo naudingumo koeficientą, kai I = 0,5 ir 0,6 A.

9. InGaAsP lazerinio diodo spinduliuojamos šviesos bangos ilgis yra ~1550 nm. Kaip galima rasti vienmodžio lazerinio diodo, sudaryto pagal 2.22 paveikslą, a, gardel÷s periodą?

10. Silicio fotodiodo n srityje priemaišų koncentracija yra Nd = 5⋅1021 m-3. Diodo atbulin÷ įtampa – 100 V. Kai bangos ilgis – 0,8 µm, šviesos absorbcijos koeficientas yra ~105

m-1, n = 3,5. Koks gali būti maksimalus diodo kvantinis našumas?

Užduotys



16