Optik aloqa asoslari - bet 42

AX, nm 200r
3.6-rasm. Yorug'Iik diodi spektral diapazoni AX ning kengligi va to‘Iqin uzunligi A
orasidagi bog‘lanish (uzluksiz chiziq (3.8) munosabat bo‘yicha hisoblash yo‘li
bilan olingan natijalarni ifodalaydi)
Keyingi vaqtda shisha (kvarts) tolali yorug‘lik uzatgichlaridagi yo‘qotishlar juda kichik bo‘lgan uzun to‘lqinli spektral diapazonni o‘zlashtirishga katta e’tibor berilmoqda. Jumladan, GalnAsP/ InP tarkibli murakkab birikma tolali optik aloqa tizimlarida foydalanish mumkin bo‘lgan yorag‘lik manbalari uchun juda mos kelishi, undagi kimyoviy elementlarning tarkibini o‘zgartirish yo'li bilan nurlanish to‘lqin uzunligini keng oraliqda ~1 mkm dan 1,6 mkm gacha o'zgartirish mumkinligi aniqlandi.
92
www.ziyouz.com kutubxonasi
Yorug‘Iik diodi nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi
Yorug‘lik diodi nuqtaviy yorug‘lik manbayi sifatida yo‘nalganlik diagrammasi bilan tavsiflanadi. Bu diagrammaning ko'rinishi yorug‘lik diodining tuzilish xususiyatlari, shuningdek, p- va и-tur materiallaming xossalari bilan aniqlanadi.
Quyidagi chizmalarda (3.7-rasm) sferik tuzilishli GaAs (uzluksiz chiziqli) va yassi planar — epitaksial tuzilishli GaP (uzlukli chiziqlar) yorug'lik diodlarining yo'nalganlik diagrammalari keltirilgan. Ulardan ko‘rinadiki, tuzilishi xususiyatlariga qarab, nuqtaviy yorug'lik diodining nurlanishi ± 10° fazoviy burchak oralig'ida o‘tkir yo‘nalgan bo‘lishi ham, (130-140°) burchak oralig‘ida tekis taqsimlangan bo‘lishi ham mumkin.
Yorug‘lik diodining u yoki bu ko‘rinishdagi yo'nalganlik diagrammasiga yorug'lik manbayi bilan yaxlit tuzilishga ega bo'lgan qaytargichlar vositasida erishiladi.
20° 10° o°
3.7-rasm. Yorug‘lik diodlarining yo'nalganlik diagrammalari:
1,1' — qaytargichsiz, 2,2' — qaytargichli GaAs va GaP diodlari
93
www.ziyouz.com kutubxonasi
Gap shundaki, past haroratlarda va tokning yetarli darajada katta qiymatlarida p-n o'tishda rekombinatsiyalangan har bir elektron-kovak jufti bittadan foton hosil qiladi, boshqacha ayt- ganda, nurlanishning kvant samaradorligi birga yaqin bo'ladi.
Biroq yassi tuzilishli diodlarda bu fotonlarning barchasi ham tashqariga chiqa olmaydi. Ularning ko‘pchiligi to‘la ichki qaytish hodisasiga ko‘ra, diod chegarasidan qaytadi va yarimo'tkazgich materialli tomonidan qayta yutiladi.
Fizika kursidan ma’lumki, ikki muhit chegarasidan ohayotgan nurlar konusini cheklovchi kritik fazoviy burchak quyidagi muno- sabat bilan aniqlanadi:
0k=arcsin(n1/n2), (3.9)
bunda nt va n2 — tegishli muhitlarning sindirish ko'rsatkichlari. GaAs va havo o‘rtasidagi chegara burchak (U taxminan 16° ga teng va bu konusga nurlanayotgan yorug‘likning atigi 3,9% tushadi. Bundan tashqari, bu yorug‘likning 35 foizi odatdagi Frenel qaytishiga duchor bo‘ladi. Natijada havoga nurlanishning eng ko‘pi bilan 2,6 foizi chiqadi. Bunda tashqariga chiqqan nurlanish taxminan kosinus qonuni bo'yicha taqsimlanadi.
Aktiv (ishchi) sohada generatsiyalangan nurlanishning tashqi muhitga chiqishini oshirish va uning yo‘nalganlik diagrammasini yaxshilash uchun yorug‘lik diodini tayyorlash chog'ida unga u yoki bu ko‘rinishdagi shakl beriladi.
3.8-rasmda ana shunday konstruktiv yechimlardan uch xili keltirilgan. 3.8-a rasmda л-sohasi yarimsferik va ^-sohasi yupqa yassi doira ko‘rinishida tayyorlangan yorug'lik diodining tuzilishi ko'rsatilgan.
Agar p-n o‘tish radiusining yarimsfera radiusiga nisbati sin0kr dan oshmasa, yarimsfera sirtiga yetib borgan barcha yorug‘lik unga o'tkazilgan perpendikulyar bilan ga nisbatan kichik burchak hosil qiladi va kristalldan tashqariga chiqishi mumkin. Natijada yorug'lik diodining tashqi kvant samaradorligi taxminan 10 — 20 martagacha ortib, tashqariga chiqqan nurlanish barcha yo'nalishlar bo'yicha bir xil intensivlik bilan tarqaladi.
3.8-b rasmda n soha kesik konus ko‘rinishida tayyorlangan yorug‘lik diodiining tuzilishi keltirilgan.
94
www.ziyouz.com kutubxonasi
г
3.8-rasm. YorugMik diodining turli xil ko‘rinishdagi tuzilishlari:
sferik ko‘rinishli tuzilish (a); kesik konus shakldagi tuzilish (b) va parabolik
tuzilish (d) (1-n turdagi yarimo'tkazgich; 2-p turdagi meza tuzilish;
3-kontraktlar; 4-p—n o'tish sohasining radiusi)
Yorug'likning konussimon yon sirtlardan to‘liq ichki qaytishi bu holda p-n o‘tish tekisligiga o‘tkazilgan perpendikulyar bilan katta burchak hosil qiluvchi nurlanishlardan ham foydalanish imkonini beradi.
Hisoblashlarning koYsatishicha, konussimon sirtning og‘ish burchagi 45° ga teng qilib olingan maqbullashtirilgan variantda tashqariga chiqadigan nurlanish intensivligi taxminan bir tartibga ortadi. Konussimon sirt yaxshilab tekislansa, bu hoi nurlanish yo‘nalganligining ortishiga ham olib keladi.
Yorug‘lik diodining sirtiga parabolik shakl berish yo‘li bilan nokogerent nurlanish yo‘nalganlik darajasining yanada yuqori bo‘lishiga erishish mumkin (3.8-d rasm). Bu holda p-n oYish parabolik sirtning fokusiga joylashtiriladi va nisbatan kichik o‘lchamli qilib tayyorlanadi. Natijada generatsiyalangan nurlanish orqa sirtdan to'liq ichki qaytib, old sirtga deyarli parallel ravishda chiqadi.
Yuqorida ko‘rib chiqilgan, maxsus shakl berilgan yoritkich diod- larining umumiy kamchiligi shundaki, ularni tayyorlash nisbatan murakkab va shu sababli qo‘shimcha sarf-xarajat talab qilinadi.
Agar tashqi muhit sifatida havodan emas, sindirish koYsatkichi yoritkich diodi materialining sindirish koYsatkichiga yaqin shaffof modalardan foydalanilsa yoki diod sirti ravshanlantiruvchi maxsus qatlam bilan qoplansa, yassi tuzilishga ega bo‘lgan yoritkich diodlarida ham kristall tashqarisiga chiqadigan yorug'lik intensivligini anchaga oshirish mumkin. Optik tolali uzatish tizimlarining uza- tuvchi modulida aynan shu usuldan foydalaniladi.
95
www.ziyouz.com kutubxonasi
b rasmda tolali optik aloqa tizimlarida ishlatish uchun mo‘ljallangan, infraqizil diapazonda nurlanuvchi, katta tezkorlikka ega bo‘lgan ana shunday yoritkich diodining tuzilishi ko‘rsatilgan.
|