Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 124
Текст из файла (страница 124)
В результате рекомбинации носителей заряда происходит исчезновение пары свободных противоположно заряженных носителей с ол- Часть И Квантовая и оптическая электроника 592 повременным выделением избыточной энергии порядка ширины запрещенной зоны а виде кванта света. Может происходить и процесс безызлучательной рекомбинации, при которой происходит рождение фононов. Процесс инжекции наиболее эффективен в гстероструктурах, где имеются разрывы в ва лентной зоне и зоне проводимости, и при смегцении гетероперехода в прямом направле нии наблюдается эффективная инжекция носителей заряда. При этом инжекция проис ходит из широкозонного материача в узкозонный.
Вывод излучения осуществляется перпендикулярно плоскости гетсроструктуры через верхний широкозонный слой. Макси матьный квантовый выход или отношение числа вышелших фотонов к числу рожденных составляет — 40%. Быстродействие достигает — 1О' — 1О ' с, ударная ионизация возникает при обратном смещении р — и-перехода ло напряжения электрического пробоя. Этот механизм менее эффективен, чем инжекционный.
Излучательная рекомбинация осуществляется в прямозонных полупроводниках СаАз 1пАз, твердых растворах СаАз, „Р„Ва, „А1,.Аз. Условием инжскции является прямое сме. щение и соблюдение условия равенства квазиимпульса минимума зоны проводимости и максимума валентной зоны. Этот перехол с сохранением квазиимпульса является излучательным (см. рис. 3.3). Светодиоды на основе гомопереходов в прямозонных полупроводниках имеют сильное поглощение внутри кристалла. В связи с низким квантовым выходом светодиоды этого типа применяются редко. В непрямозонных полупроводниках излучательная рекомбинация происходит при наличии определенных примссных центров, на которых локализуются электроны. После захвата элек1рона к центру кулоновскими силами подтягивается и дырка.
В результате реализуется излучательный переход. Рис. ВЛ. Типичные спектры излучении светодиодов В. Веедение е оптоэлектронику В целях расширения спектразьиого диапазона излучения применяют тройные и четвериые соединения. Зги соединения характеризуются изовазеитиым замещением элементов Ш и зг групп периодической системы элементов. Типичные спектры излучения светодиодов приведены иа рис. 8.1. 8.1.2. Кегерентные излучатели Когерентные излучателя получают иа основе тех же р — и-переходов и создания условий для вынужденного излучения. Зто можно достигнуть, создавая положительную обратную связь путем помещения инверсной активной среды в резонатор.
Рассмотренные ранее полупроводниковые лазеры, которые могут быть изготовлены иа основе одного полупроводникового материата (гомолазеры 8 являются мазоэффективиы- ми. Гстеролазеры изготавливаются иа основе гетероперехолов двух и более полупровод- никовых материалов с отличными друг от друга энергиями запрещенных зои. Гетеролазеры для оптоэлектроники используют, как правило, твердые растворы типа !и- СаАзР в различном сочетании. Комбинации четвериых и тройных соединений А В по- 3 5 зволяют получать когереитиые излучатели в диапазоне длин волн 0,66 — 4 мкм, Лазерные структуры выращиваются по зпитаксиачьиой технологии. Разли <ают жидко- фазиую, газофазиую и молекулярно-лучевую эпитаксию !сгь часть П "Микроэлектроника" ).
Иижекциоииые лазеры являются высокоскоростными приборами, у которых максималь- ная частота модуляции излучения можетдостигать значения 2х10 Гц, ~о Для хорошего согласования излучения лазера с каналами передачи информации необхо- димо введение лазера в одномодовый режим работы, Одномодовые лазеры отличаются низким уровнем шумов и стабильностью. В большинстве инжекциопиых лазеров в качестве резонатора Фабри — Перо использу- ются сколотые грани лазерного кристалла, полупрозрачные зеркала. Это упрощает конст- рукцию, ио затрудняет интеграцию источника когереитиого излучения с другими элемен- тами.
Для создания положительной обратной связи в лазерах с периодической модуляцией оптических характеристик необходимо менять направление волны, рассеиваемой иа неоднородностях, иа противоположное. Возникают две связанные волны одной частоты, распрощраияющихся в противоположных направлениях. Такое возможно, если параметры оптической среды промодулировать по периодическому закону в направлении распространения, Например, по закону, удовлетворяющему условию Брэгга: Л =-' вХд,' 2п н где Л вЂ” период, т — порядок брэгговского отражения, 2е — длина волны излучения, птя — - эффективный показатель преломления волновой моды. Такой брэгговский резонатор имеет только одну полосу резонансного усиления.
В итоге получается лазер с высокой спектрачьиой избирательностью (ЛХ, = 0,1 им). Различают два типа излучателей с периодической модуляцией оптических характеристик. В лазерах с распределенным брэгговским отражателем (РБО-лазеры) используются модулироваииые участки оптической среды, вынесенные из активной области (рис, 8.2, а). В лазерах с распределенной обратной связью !РОС-лазеры) модуляция среды осуществляется непосредственно в активной области !рис.
8.2, 6). Часть И!. Квантовая и оптическая электрона, а) б) Рис, В.2. Лазеры с периодической структурой обратной связи: а — РОС- лазеры; б — РБО-лазеры. 1 — активный волновод; 2 — область связи волновадов; Э вЂ” пассивный волновод Лазерные структуры с периодической модуляцией оптических характеристик различаются порядком дифракции. Этот порядок определяется целым числом полуволн лазерного излучения, которые можно уложить на периоде неоднородности. Конструктивно неоднородности выполняют в виде диэлектрика с гофрированной поверхностью.
Изменение толщины волновода определяет периодичность неоднородности. Коэффициент связи Сз определяет степень связи активной генераторной и пассивной волноводной компонент. Высокая эффективность РБО-лазеров достигается за счет малых потерь в областях брэгговского отражения и высокоэффективная связь между внешними и внутренними волноводами. В РОС-лвзерах качество связи в основном определяет эффективность ввода излучения в элементы оптической схемы. Для увеличения мощности когерентного излучения лазеры объединяют в лазерные решетки На рис. 8.3 привелена схема сопряжения в решетку двух гетеролазеров с распределенным брэгговским отражением.
Рис. в.з. два полосковых гетеролазера с распределенным брзгговским отражением 595 5, Введение в оптоэлектронику Дифракционная решетка в РОС-гетеролазерах используется для вывода излучения. Ото позволяет улучшить направленность излучения и повысить мощность. При использовании в устройствах оптоэлектроники когерентных источников излучения достигается наименьшая расходимость излучения, передается энергия излучения в заданную точку пространства с минимальными потерями, обеспечиваются более широкие функциональные возможности устройств фотоники и оптронных схем.
8.1.3. Приемники излучения В качестве приемников излучения в устройствах оптоэлектроники используются полупроводниковые фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фоторезисторы, которые были рассмотрены ранее, 8.2. Оптоэлектронные устройства обработки информации В оптоэлектронике разработаны различные устройства и системы для обработки информации. Прежле всего, это различные индикаторные устройства, оптроны, волоконнооптические системы связи, оптические процессоры.
Провести строгую классификацию и отнести то или иное устройство к оптронному или фотонному направлению в оптоэлектронике весьма затруднительно. Однако оптроны традиционно считаются изделиями оптоэлектроники. Эти устройства находят применение в устройствах связи в качестве элементов пшьванической развязки. 8.2.1. Оптроны Оптоэлек~л)гонньгб процессор или еле~рок представляет собой совокупность оптоэлектронных элементов, выполняющих операции в соответствии с заданной функцией и алгоритмом обработки информации.
С помощью оптронов удается осуществить связь между отдельными частямн электронных устройств прн условии обеспечения полной гальванической развязки между ними. Помехозащищенность обеспечивается достижением сопротивления изоляции более 10 Ом и емкости связи порялка 10 ' Ф. Оптрон конструктивно состоит из источника излучения, оптического канала передачи информации (световода) и приемника излучения.
управлениеможно осуществлять путем подачи соответствующего электрического импульса на светолиод, а такьхс изменением геометрии световода. В зависимости от совокупности характеристик генератора и детектора оптрон может выполнять различные процессы обработки информации: усиление, переключение, согласование, преобразование, индикация и т. п.(рис, 8.4). С помощью оптронов осуществляется гальваническая развязка электрических цепей, оптическая связь с помощью волоконнооптических линий связи большой информационной емкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
