Лазер имеет более узкую спектральную ширину излучения по сравнению с СИД.

Лазер работает быстрее чем СИД.

Одномодовое волокно необходимо использовать только совместно с лазерным источником.

Светодиоды дешевле и проще в эксплуатации по сравнению с лазерами.

Конструкция разъема источника важна с точки зрения эффективного ввода света в волокно.

Контрольные вопросы

1. Для чего нужен источник?

2. Назовите два основных вида источников в волоконной оптике.

3. Что излучается при рекомбинации электрона с дыркой в пол)шроводнике?

4. Из каких слов возникло слово лазер ?

5. Перечислите три конструкции разъемов источников, приводящие к повышению эффективности ввода света в волокно.

6. Если источник имеет время нарастания мощности в 7 не, то какова частотная полоса пропускания генерируемого им сигнала?

7. Перечислите три характеристики лазерного излучения, отличающие его от изл)ения светодиода.

8. Как выражаются потери, связанные с рассогласованием апертур источника и волокна?

Детекторы

Детектор выполняет противоположную функцию по сравнению с источником: он преобразует оптическую энергию в электрическую и является оп-тоэлектронным преобразователем. Существуют разнообразные детекторы. Наиболее известный тип детектора - фотодиод, вырабатывающий ток при попадании на него света. В волоконной оптике достаточно интенсивно используются два вида фотодиодов: рт-типа и лавинный. В данной главе будут описаны фотодиодные детекторы и их характеристики с точки зрения применения в волоконной оптике.

Основные принципы работы фотодиода

В главе 8 обсуждалась теория энергетических связей в полупроводниках. При перемещении электрона из зоны проводимости в валентную зону в процессе электронно-дырочной рекомбинации выделяется энергия. В СИД эта энергия уносится фотоном, чья длина волны определяется шириной щели между зонами. Излучение происходит при пропускании внешнего тока через пол)шроводниковый кристалла СИД.

В фотодиоде происходит обратный процесс: свет, падающий на диод, приводит к генерации тока во внешнем контуре. Поглощение фотона приводит к появлению возбужденных электронов, переходящих из валентной зоны в зону проводимости. Данный процесс, в результате которого образуется пара электрон-дырка, получил название внутреннего поглощения. Эти носители тока при наличии приложенного смещающего напряжения дрейфуют вдоль вещества и возбуждают ток во внешнем контуре. В возникшей паре электрон-дырка в образовании тока во внешней цепи )аствует электрон.

рп фотодиоды

Простейшим видом фотодиода является рп фотодиод, схематически изображенный на рис. 9.1. Данный вид фотодиода достаточно редко встречается в волоконной оптике. Он будет использоваться как основа для рассмотрения принципиального устройства полупроводникового фотодиода.

4

Рис. 9.1. рп фотодиод

Другие устройства - pin- и лавинный фотодиоды - были разработаны с учетом недостатков рп фотодиода.

Данный тип фотодиода является простым рп устройством. Когда к нему приложено напряжение с обратным знаком (отрицательная клемма батареи подключена к участку проводника р-типа), через него начинает течь слабый ток. Приложенное электрическое поле создает обедненное пространство по обе стороны рп перехода. Носители тока - электроны и дырки - уходят из области перехода. Другими словами, электроны смещаются к отрицательному участку пол)шроводника (положительному контакту батареи), а дырки движутся по направлению к положительному участку (отрицательному контакту батареи). Обедненная зона не имеет свободных носителей, поэтому ее сопротивление очень велико, и практически все падение напряжения приходится на зону контакта. В результате электрические силы очень велики в области контакта и пренебрежимо малы в других областях.

При поглощении падающего фотона связанному электрону передается достаточное количество энергии для перехода из валентной зоны в зону проводимости, при этом образуетя пара: свободный электрон + дырка. Если это происходит в обедненной зоне контакта, носители быстро разделяются и смещаются в противоположных направлениях. Это смещение возбуждает движение электронов и во внешнем контуре. Когда носители достигают границы обедненной зоны, где электрические поля становятся малыми, то их движение, а следовательно, и ток во внешнем контуре прекращаются.

Если генерация электронно-дырочной пары происходит вне обедненной зоны, то носители начинают медленное смещение в ее сторону. Многие носители рекомбинируют прежде, чем достигают обедненной зоны. Те из них, которые достигают обедненной зоны, быстро проходят ее под действием сильного электрического поля, возбуждая при этом ток во внешнем контуре. Данный ток возникает со сдвигом во времени по сравнению с поглощением