KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU...
Transcript of KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU...
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
4
Fotorezistoriai
Fotorezistoriai taikomi nuolatin÷s ir kintamosios srov÷s grandin÷se. Jų trūkumas – didelis inertiškumas.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
6
Fotodiodai
Schematic drawing of a p-i-nphotodiode
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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).
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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.
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
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