Princip rada{0}}svjetleće diode
Svjetleće{0}}diode (LED) koje se koriste uoptička vlaknakomunikacija emituje nevidljivo infracrveno svjetlo, dok LED diode koje se koriste u displejima emituju vidljivo svjetlo, poput crvene i zelene svjetlosti. Međutim, njihovi-mehanizmi emitiranja svjetlosti su u suštini isti. Proces emisije LED-a uglavnom odgovara procesu spontane emisije svjetlosti. Kada se ubrizgava struja naprijed, ubrizgani ne-nosioci se rekombinuju tokom difuzije, emitujući svjetlost. Stoga su LED diode nekoherentni izvori svjetlosti i nisu uređaji za pragove; njihova izlazna snaga je u osnovi proporcionalna injektiranoj struji.
LED diode imaju široku spektralnu širinu (30-60 nm) i veliki ugao zračenja. U digitalnim komunikacijskim sistemima male{3}}brzine i analognim komunikacijskim sistemima uskog propusnog opsega-, LED diode su optimalan izvor svjetlosti. U poređenju sa laserima, LED pogonska kola su jednostavnija i nude veći obim proizvodnje i niže troškove.
Razlika između LED-a i lasera je u tome što LED-i nemaju optičku rezonantnu šupljinu i ne mogu generirati lasersko svjetlo. Oni su ograničeni na spontano emitovanje, emitujući nekoherentno svetlo. Laseri su, s druge strane, stimulisana emisija, koja emituje koherentnu svjetlost.
LED struktura
LED diode također uglavnom koriste dvostruke heterospojnice. Razlika je u tome što LED diode nemaju površine cijepanja, što znači da nemaju optičke rezonantne šupljine, a budući da ne osciliraju kao laseri, nemaju optičku rezonanciju. LED diode su podijeljene u dvije glavne kategorije: površinske-LED diode koje emituju i ivice{3}} LED diode koje emituju. Struktura LED diode koja emituje površinu prikazana je na slici 3-11, a struktura LED diode koja emituje ivice prikazana je na slici 3-12.
Slika 3-11 Struktura LE koji emituje površinuD
LED diode koje emituju ivice{0}} također koriste strukturu dvostruke heterospojnice. Koristeći SiO2 masku tehnologiju, na kontaktnoj površini u obliku trake- formira se kontaktna elektroda u obliku trake (40-50 mm) (40-50 mm) (40-50 mm), čime se definira širina aktivnog sloja. Istovremeno, dodaje se sloj optičkog talasovoda kako bi se dodatno poboljšalo ograničenje svjetlosti, usmjeravajući svjetlosno zračenje generirano u aktivnom području do površine emitiranja, čime se poboljšava efikasnost kombiniranja s optičkim vlaknom. Jedan kraj aktivnog sloja je obložen filmom visoke{9}}refleksije, a drugi kraj anti-filmom kako bi se postigla jednosmjerna emisija svjetlosti. U smjeru okomitom na spojnu ravan, ugao divergencije je približno 30 stepeni, pokazujući veću izlaznu efikasnost spajanja od LED dioda koje emituju površinu.
Slika 3-12 prikazuje strukturu LED diode koja emituje ivice
LED radne karakteristike
(1) Spektralne karakteristike: Širina spektralne linije ΔA LED dioda je mnogo šira od širine lasera. Spektar emisije InGaAsP LED dioda prikazan je na slici 3-13.
Slika 3-13 Emisioni spektar InGaAsP LED
Pošto LED diode nemaju optičku rezonantnu šupljinu za odabir talasnih dužina, njihov spektar se prvenstveno zasniva na spontanoj emisiji, što rezultira širokom spektralnom širinom linije. Talasna dužina koja odgovara maksimalnom intenzitetu svjetlosti na spektralnoj krivulji naziva se vršna talasna dužina emisije λp, a razlika talasne dužine Δλ između dvije tačke polu- intenziteta na spektralnoj krivulji naziva se širina spektralne linije LED-a (ili jednostavno spektralna širina), što je vezana za temperaturu i talasnu dužinu Tλ.
U formuli, c je brzina svjetlosti u vakuumu; h je Plankova konstanta, h=6.625 × 10⁻³⁴ J·s; i k je Boltzmannova konstanta, k=1.38 × 10⁻ J/K.
Kao što se može vidjeti iz jednačine (3-10), širina spektra raste sa povećanjem talasne dužine zračenja λ prema λ². Općenito, spektralna širina LED dioda kratke{3}}talasne dužine (GaAlAs-GaAs) je 10~50nm, a širina spektra LED dioda dugih-talasa (InGaAsP-InP) je 50~120nm.
Širina spektra raste sa povećanjem koncentracije dopinga aktivnog sloja. Površinske{1}}LED diode koje emituju uglavnom su jako dopirane, dok su LED diode koje emituju ivice{2}} lagano dopirane; stoga, LED diode koje emituju površine{3}}imaju širu spektralnu širinu. Nadalje, teški doping pomiče talasnu dužinu emisije prema dužim talasnim dužinama. Dodatno, promjene temperature i varijacije u distribuciji energije nosioca također uzrokuju promjene spektralne širine.
(2) Karakteristike izlazne optičke snage P-I karakteristika LED se odnosi na odnos između izlazne optičke snage i struje ubrizgavanja, kao što je prikazano na slici 3-14. Kao što se može vidjeti na slici 3-14, uređaji koji emituju površinu-imaju veću snagu, ali su skloni zasićenju pri visokim strujama ubrizgavanja; dok uređaji{10}}koji emituju ivice imaju relativno nižu snagu. Uopšteno govoreći, pod istom strujom ubrizgavanja, izlazna optička snaga LED diode koja emituje površinu-je 2,5 do 3 puta veća od one LED diode koja emituje ivice. To je zato što su LED diode koje emituju ivice podložne većoj apsorpciji i rekombinaciji interfejsa.
Slika 3-14 PI karakteristike LED-a
(3) Temperaturne karakteristike Pošto su LED diode uređaji bez praga, imaju dobre temperaturne karakteristike i ne zahtijevaju krugove za kontrolu temperature.
(4) Efikasnost spajanja U normalnim uslovima primene, radna struja LED je 50-150mA, a izlazna snaga je nekoliko milivata. Budući da je ugao divergencije zraka koji emituje LED velik, efikasnost spajanja sa optičkim vlaknom je niska, a snaga vlakna je mnogo manja. Općenito je pogodan samo za prijenos na kratke udaljenosti.
(5) Karakteristike modulacije: LED diode imaju niske frekvencije modulacije. U normalnim radnim uslovima, granična frekvencija LED dioda koje emituju površine-je 20-30MHz, a granična frekvencija LED dioda koje emituju ivice je 100-150MHz, uglavnom zbog ograničenja vijeka trajanja nosioca.
Poređenje lasera (LD) i LED dioda
U poređenju sa optičkim diodama (LD), LED diode imaju manju izlaznu snagu, širu spektralnu širinu linije i nižu frekvenciju modulacije. Međutim, LED diode nude stabilne performanse, dug životni vijek, jednostavnu upotrebu, širok linearni raspon izlazne snage, jednostavnije su za proizvodnju i jeftinije.
LED diode su obično uparene sa višemodnim optičkim vlaknima za optičke komunikacione sisteme malog-kapaciteta, kratke-odmake sa talasnim dužinama od 1,31 μm ili 0,85 μm.
Laserske diode (LD) se obično spajaju sa jednim-modnim vlaknom za optičke komunikacione sisteme velikog-kapaciteta-na daljinu na talasnim dužinama od 1,31 μm ili 1,55 μm.
Laseri sa distribucijom povratne sprege (DFB-LDs) su također prvenstveno povezani sa jednim-modnim vlaknom ili posebno dizajniranim single-modnim vlaknom za nove sisteme optičkih vlakana velikog-kapaciteta na talasnoj dužini od 1,55 μm, što je trenutno glavni trend u razvoju komunikacija optičkim vlaknima.
