Источники оптического излучения

Оптич. пер-ки и прием-ки ВОСП выполн. в виде модулей, в сост. к-х входят ист-ки и пр-ки оптич. изл-я, а также эл. схемы обработки эл.сигналов. Структурная схема ПОМ (передающего оптического модуля).

ФМС — формирователь многоканального сигнала.

ИОИ — источник оптического излучения.

МОИ — модулятор оптического излучения.

СВД — система встроенной диагностики.

ОР — оптической разветвитель.

СРРИОИ— стабилизатор режима работы ИОИ.

ЛОС — линейный оптический сигнал.

СУ — согласующее устройство.

ОС — оптической соединитель.

Требования к ИОИ: длина волны ИОИ должна совпадать с одним из окон прозрачности ОВ, необходимая мощность ИОИ, большой срок службы, высокий КПД, простота технологии изготовления, минимальное потребление энергии и другие.

Основные параметры ИОИ:длина волны излучения (мкм), ширина спектра излучения, мощность (мВт), абсолютный уровень мощности (дБм), минимальный ток возбуждения (инжекции, накачки) ИОИ, КПД, время нарастания импульса (от 0,1 до 0,9 от номинального значения),максимальная частота модуляции, коэффициент шумов ИОИ

Основные характеристики ИОИ: Ватт-Амперная характеристика (рисунок !), Спектральная характеристика излучения (у лазерного диода гораздо уже), Диаграмма направленности (у СИД близка к сферической, у ЛД — близка к эллиптической форме)

Нашли применение ИОИ на основе СИД и ЛД.

СИД излучают свет, близкий к ИК-области. Они не дороги, излучают свет в широком конусе, имеет большую числовую аппартуру (NA), и эффективно используются только с МОВ. По структуре различают СИД с излучающей поверхностью и излучающим срезом. Поверхностно-излучающий СИД передает в ОВ не более 1% мощности.

Существует несколько типов ЛД: многомодовые (MLM) продольного излучения или с резонаторами Фабри-Перо, одномодовые (OLM), одномодовые с распределенной обратной связью (DFB), DFB-лазеры с внешним модулятором, Лазеры с вертикальной резонансной полостью и излучающей поверхностью (VCSEL).

LML-лазеры излучают несколько мод, отделенных примерно на одни нанометр в результате полная ширина спектра ОИ составляет 4-5 нм. SLM-лазеры сконструированы так, что потери различны для различных мод, при этом основная мода становится преобладающей. Структура DFB-лазера имеет возможности выбора длины волны излучения благодаря наличию распределенной обратной связи. DBL-лазеры с выбранными решетками (SG-DBL)- Отражательные дифракционные решетки на концах пассивной области обеспечивают создание гребенчатого спектра. Меняя ток в секциях этих двух решеток можно получить нужную длину излучения. Лазеры с внешней резонаторной полостью (ECL)Внешняя резонаторная полость позволяет обеспечить настройку длины волны, механически за счет настройки самой полости.

 

34. Приёмники оптического излучения.

Оптич. пер-ки и прием-ки ВОСП выпон. в виде модулей, в сост. к-х входят ист-ки и пр-ки оптич. изл-я, а также эл. схемы обработки эл.сигналов.Структурная схема ПРОМ (приемный оптический модуль)

ОС — оптический соединитель,

ПМШУ — предварительный малошумящий усилитель,

МУсАРУ — мощный усилитель с АРУ,

ФК — фильтр-корректор.

 

ФД реализуется на основе фото-диодов с обратно смещенными p-n-переходами, работающими на принципах внутреннего фотоэффекта. В ВОЛС нашли применение два типа ФД: p-i-n и лавинный.

p-i-n -диоды состоят из сильно-легированного n+ слоя, слабо легированного i-слоя и тонкого сильно легированного p+ слоя.

Так как сильное легирование p- и n-слоев увеличивает из проводимость, то обратное напряжение смещения, приложенное к ним создает сильное поле E. При этом образуется широкая обедненная зона, что приводит к увеличению интенсивности поглощения фотонов в обедненном слое. В результате чего по внешней цепи создается ток.

Каждый поглощенный квант создает пару электрон-дырка. Фототок, протекающий через нагрузку будет равен

I_ф = q * N, где q — заряд носителя,N — число носителей.

Или I_ф = q * W / (hf) , где W — мощность излучения , h — постоянная Бройля

Однако не все поглощенные кванты света приводят к появлению импульсов тока. Это обстоятельство учитывается коэффициентом, который называется квантовой эффективность ФД. Тогда Iф = nu_ф * q * W / (hf)

КПД ФД определяемый отношением Iф / W называется токовой чувствительностью.

S = Iф / W = nu_ф * q / (hf) , S тем выше, чем больше nu_ф. S зависит от lambda_ИОИ.

Эта зависимость определяется спектральной характеристикой квантового выхода (nu_ф).

p-i-n -ФД отличается простотой изготовления, достаточно хорошей временной и температурной стабильностью, относительно широкой полосой частот, дают хорошей линейностью в широком динамическом диапазоне.

Для изготовления p-i-n-ФД используют: кремний (Si), германий (Ge), арсенид галия GaAs, соединения вида (InAs, InGaAs, AlGaSb, InGaAsP). Кремниевые ФД работают от λ от 0,6 до 1 мкм. Германиевые — от 1 мкм до 1,8 мкм. Соединения на основе InGaAs используются на λ от 0,9 до 1,6 мкм. Квантовую эффективность ФД можно повысить путем использования лавинного усиления, реализуемую лавинным ФД.

В основе работы ЛФД лежит процесс ударной ионизации в сильном электрическом поле. В результате один фотон порождает большой количество электродов.

Сильное поле Е создается добавлением в структуру p-i-n -ФД дополнительного n+—p перехода с обратным смещением. Электроны в зоне проводимости приобретают кинетическую энергию большую, чем ширина запрещенной зоны и выбирают электроны из валентной зоны. В валентной зоне образуются дырки, в зоне проводимости — между каждого быстрого электрона образуется два медленных. Ускоряясь в сильном поле Е они становятся сильными и вызывают повторную ударную ионизацию.

Процесс лавинного умножения достигается увеличением напряжения обратного смещения до значения чуть меньшего напряжения пробоя ПП. При этом коэффициент умножения может достигать 10^3—10^4. При низком напряжении смещения ЛФД работает как p-i-n -ФД. Коэффициент умножения сильно зависит от температуры.