Типы источников излучения.

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптиче­ских системах, предназначены для преобразова­ния электрических сигналов в опти­ческие. Послед­ние должны быть введены в волокно с минимальными потерями.

Типы и характеристики источников излуче­ния

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Основные требова­ния, которым дол­жен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС:

• излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В тра­диционных оптических волокнах сущест­вует три окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении: 850, 1300, 1550 нм;

• источник излучения должен выдержи­вать необходимую частоту модуляции для обес­пе­чения передачи информации на требуе­мой скорости;

• источник излучения должен быть эффек­тивным, в том смысле, что большая часть излу­чения источника попадала в во­локно с минимальными потерями;

• источник излучения должен иметь доста­точно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстоя­ния, но и не на столько, чтобы излучение приво­ди­ло к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический при­емник;

• температурные вариации не должны ска­зываться на функционировании источника излучения;

• стоимость производства источника излуче­ния должна быть относительно невысо­кой.

Два основных типа источников излучения, удов­летворяющие перечисленным требовани­ям, используются в настоящее время – свето­диоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (LD).

Главная отличительная черта м/у LED и LD – это ширина спектра излучения Cветоизлучающие диоды имеют более широ­кий спектр излучения, рис. 4.1

 

 

Светоизлучающие диоды

Благодаря своей простоте и низкой стоимо­сти, светодиоды распространены значитель­но шире, чем лазерные диоды.

Принцип работы светодиода основан на излуча­тельной рекомбинации носителей за­ряда в активной области гетерогенной струк­туры при пропускании через нее тока, рис. 4.2 Но­сители заряда - электроны и дырки - прони­кают в активный слой (гетеропереход) из приле­гающих пассивных слоев (p- и n-слоя) вследствие подачи напряжения на p-n структуру и за­тем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излуче­нием света.

Показатель преломления активного слоя выше показателя преломления ограничиваю­щих пассивных слоев, благодаря чему рекомби­национное излучение может распро­страняться в пределах активного слоя, испыты­вая многократное отражение, что значи­тельно повышает КПД источника излуче­ния.

Обычно в качестве подложки используются GaAs и InP.

Лазерные диоды

Два главных конструктивных отличия есть у лазерного диода по сравнению со светодио­дом. Первое, лазерный диод имеет встроен­ный оптический резонатор. Второе, лазерный диод работает при значительно больших значе­ниях токов накачки, чем светодиод, что позво­ляет при превышении некоторого порого­вого значения получить режим индуциро­ванного из­лучения. Именно такое излучение характеризуется высокой когерентно­стью, благодаря чему лазерные диоды имеют значительно меньше ширину спек­тра излучения (1-2 нм) против 30-50 нм у светодиодов, рис. 4.1.

Зависимость мощности излучения от тока на­качки описывается ватт-амперной хар-­кой лазерного диода. При малых токах накачки лазер испытывает слабое спонтанное излучение, работая как малоэффективный свето­диод. При превышении некоторого порого­во­го значения тока накачки I_thres, излуче­ние становится индуцированным, что приводит к резко­му росту мощности излуче­ния и его когерентности, рис. 4.3.

 

Мощность выходного излучения P_out или выход­ная мощность излучения светодиода (out­put power) отражает мощность вводимого в волокно излучения. Наряду с традиционной единицей измерения Вт она может изме­ряться в дБм.

Четыре основных типа лазерных диодов полу­чили наибольшее распространение: с ре­зонато­ром Фабри-Перо; с распределенной об­ратной связью; с распределенным брэггов­ским отражением; с внешним резонатором.

Лазерные диоды с резонатором Фабри-Перо (FP). Резонатор в та­ком ла­зерном диоде образуется торцевыми поверх­ностями, окружающими с обеих сто­рон гетерогенный переход. Одна из поверхно­стей отражает свет с коэффициентом отраже­ния, близким к 100%, другая является полупро­зрачной, обеспечивая, таким образом, выход излу­чения наружу.

На рис. 4.1 б показан спектр излучения промыш­ленного лазерного диода с использова­нием резонатора Фабри-Перо. Как видно из рисунка, наряду с главным пиком, в котором со­средоточена основная мощность излучения, существуют побочные макси­мумы. Причина их возникновения связана с условиями образования стоячих волн.

Лазерные диоды с распределенной обратной связью (DFB лазер) и с распределенным брэггов­ским отражением (DBR лазер). Резона­торы у этих двух довольно схожих ти­пов пред­ставляют собой модификацию плос­кого резонатора Фабри-Перо, в которой добав­лена пе­риодическая пространственная модуляционная структура. Так, преимущест­вами DFB и DBR ла­зеров по сравнению с FP лазером являются: уменьшение зависимости длины волны лазера от тока инжекции и темпе­ратуры, высокая стабильность одномодо­вости и практически 100-%ая глу­бина модуляции.

Лазерный диод с внешним резонатором (EC лазер). В EC лазерах один или оба торца покры­ваются специальным слоем, уменьшаю­щим отражение, и соответственно, одно или два зеркала ставятся вокруг активной области полупроводниковой структуры. Антиотража­тельное покрытие умень­шает коэффициент от­ражения примерно на четыре порядка, в то время как другой торец ак­тивного слоя отра­жает до 30% светового потока благодаря френе­левскому отражению. Зер­кало, как пра­вило, совмещает функции дифракционной ре­шетки. Для улучшения обратной связи между зеркалом и активным элементом устанавлива­ется линза.

Другие характеристики

Также важными характеристиками источни­ков излучения являются: быстродействие ис­точника излучения; деградация и время нара­ботки на отказ.

Быстродействие источника излучения. Экспе­риментально измеряемым параметром, от­ражающим быстродействие источника излу­чения, является максимальная частота мо­дуляции.

Деградация и время наработки на отказ. По мере эксплуатации оптического пере­датчи­ка его характеристики постепенно ухудшаются – падает мощность излучения, и, в конце кон­цов, он выходит из строя. Это свя­зано с деградацией полупроводникового слоя.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: