« Эрудиция » Российская электронная библиотека

Все темы рефератов / Охрана окружающей среды, экология /


Версия для печати

Реферат: Источники излучения в интегрально-оптических схемах


РК—5—92

Шашло М.В.

Источники излучения в интегрально-оптических схемах.Характеристики

Светодиоды,их свойства и технология изготовления.

Конструкции полупроводниковых лазерных диодов и светодиодов (СД) ,
применяемых в ВОСП,

весьма разнообразны.Конструкции СД выбирают с таким расчетом,чтобы
уменьшить собственное

самопоглощение излучения,обеспечить режим работы при высокой плотности
тока инжекции и увеличить эффективность ввода излучения в волокно.Для
повышения эффективности ввода используют микролинзы как формируемые
непосредственно на поверхности прибора,так и внешние.

В настоящее время получили распространение две основные модификации
СД:поверхностные и торцевые.В поверхностных СД излучение выводится в
направлении,перпендикулярном плоскости активного слоя,а в торцевых из
активного слоя- в параллельной ему плоскости.Схематическое изображение
конструкции СД обоих типов приведено на рисунке.Для улучшения отвода
тепла от активного слоя при высокой плотности токанакачки применяют
теплоотводы.

Вывод излучения в СД поверхностного типа на арсениде галлия
осуществляют через круглое от-

верстие,вытравленное в обложке.В это отверстие вставляют оптическое
волокно и закрепляют его с помощью эпоксидной смолы.Такую конструкцию
светодиода называют диодом Барраса.Известны также конструкции
поверхностных СД с выводом излучения непосредственно через
подложку.Такие конструкции применяются в СД на четырехкомпонентном
соединении GaInAsP.В этом случае подложка из InP является прозрачным
окном.

В торцевых СД с двойной гетероструктурой вывод излучения активного
слоя осуществляют с торца,как и в лазерных диодах.Благодаря полному
внутреннему отражению оптическое излучение распространяется вдоль
перехода.С помощью полосковой конструкции нижнего омического контакта,а
также щели на задней части активного слоя активная область
ограничена,что позволяет избежать лазерной генерации.Так как
генерируемое излучение при выводе наружу проходит через активный слой,то
имеет место самопоглощение излучения в этом слое.Для уменьшения
самопоглощения активный слой выполняют очень тонким (0,03...0,1 мкм).В
результате излучение распространяется главным образом в ограничивающем
слое,который благодаря большой ширине

запрещенной зоны имеет небольшие потери на поглощение.

Излучение СД возникает в результате спонтанной излучательной
рекомбинации носителей заряда и поэтому является некогерентным,а
следовательно относительно широкополосным и слабонаправленным.

Особо следует выделить суперлюминесцентные СД.В этих диодах помимо
спонтанной рекомбинации с излучением используется процесс индуцированной
рекомбинации с излучением;

выходное излучение является усиленным в активной
среде.Суперлюминесцентные СД представляют собой торцевые СД,работающие
при таких высоких плотностях тока инжекции,что в материале активного
слоя начинает наблюдаться инверсная населенность энергетических уровней.



.

Принципиальным отличием лазерного диода от СД является наличие в
первом встроенного оптического резонатора,что позволяет при условии
превышения током инжекции некоторого порогового значения получить режим
индуцированного излучения,которое характеризуется высокой степенью
когерентности.Наиболее часто в качестве оптического резонатора
используют:плоский резонатор Фабри-Перо и его модификации,включая
составные и внешние резонаторы,резонаторы с распределенной обратной
связью (РОС-резонатор) и с распределенным брэгговским отражателем
(РБО-резонатор).Плоский резонатор образуется обычно параллельно сколотым
торцам полупроводника ,а РОС- и РБО-резонаторы --путем периодической
пространственной модуляции параметров структуры,влияющих на условия
распространения излучения.При совмещении периодической структуры с
активной областью получают РОС-диод,а при размещении периодической
структуры за пределами активной области -- РБО-лазерный диод.

порядка 0,5...1 нм/(С.Кроме того РОС- и на отказ.Кроме того,для
РБО-структуры позволяют реализовать интегрально-оптические
схемы.Основным их недостатком является сложная технология изготовления.

Полупроводниковые излучатели в общем случае определяются комплексом
параметров и характеристик ,включая габаритные и присоединительные
размеры.Однако с точки зрения их применения в качестве компонентов ВОСП
важное значение имеет ограниченный набор параметров и
характеристик,которые чаще всего и приводятся в паспортных данных
конкретных приборов.

Наиболее важными для применения в ВОСП параметрами являются:средняя
мощность излучения,ширина излучаемого спектра,время нарастания и спада
импульса излучения при импульсном возбуждении тока накачки,падение
напряжения на диоде и наработка лазерных диодов и торцевых светодиодов
,обладающих узкой диаграммой направленности,существенное значение имеют
углы расходимости по уровню половинной мощности.Эти углы обычно
определяют по направлению излучения в параллельной и перпендикулярной
переходу плоскостях и обозначают соответственно и .Оба угла
характеризуют поле излучения в дальней зоне и обычно =10...30(

и =30...60(.

Средняя мощность излучения при работе при работе излучателя в
непрерывном режиме определяет полную мощность,излучаемую поверхностью
активной области прибора в направлении вывода излучения.

- как интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности
составляет половину максимальной. Огибающая спектрального распределения
излучения светодиода имеет примерно форму гауссовской кривой с

= 20.....50 нм. Для лазерных диодов с резонатором Фабри - Перо ширина
спектра значительно уже ( порядка 1.....4 нм ) и еще меньше для РОС -
и РБО - лазерных диодов, у которых в зависимости от конструкции она
может составлять 0,1.... 0,3 нм. Минимальная ширина спектра достигается
в лазерных диодах с внешними резонаторами, у которых она в зависимости
от типа резонатора лежит в пределах 1...1500 кГц.

(порядка 0,2 нм) при сохранениии высокой степени подавления побочных
мод.Поэтому эти лазерные диоды часто называют динамически одномодовыми.

).Для оценки и обычно используют уровни 0,1 и 0,9 от установившегося
значения мощности.Часто быстродействие определяется максимальной
частотой модуляции.Для светодиодов эта частота может достигать 200 Мгц ,
а у лазерных диодов - значительно больше (несколько Ггц).Ограничение
частоты модуляции светодиодов связано со времененм жизни неосновных
носителей, а лазерных диодов - с корреляцией между концентрацией
инжектируемых носителей и потоком фотонов ,возникающих вследствие их
рекомбинации.

д=dP/dIн,которая зависит от конструкции прибора и его
температуры.Типичные значения дифференциальной квантовой эффективности
лазерных диодов составляют 0,1...0,2 мВт/мА,а пороговый ток лежит в
пределах 10...100 мА.

Для лазерных диодов характерна температурная зависимость порогового
тока и дифференциальной квантовой эффективности.С ростом температуры
пороговый ток увеличивается,

а дифференциальная квантовая эффективность уменьшается.Изменение
температуры приводит также к изменению длины волны излучения.Наибольшей
температурной нестабильностью обладают лазерные диоды с резонатором
Фабри-Перо.Лазерные диоды с РОС- и РБО-резонаторами более
термостабильны.Для уменьшения температурных влияний применяют
специальные меры, например используют теплоотводы с элементом
Пелтье.Параметры и характеристики светодиодов имеют достаточно высокую
температурную стабильность,что делает их более простыми в эксплуатации.

Надежность полупроводниковых излучателей определяется наработкой на
отказ или интенсивностью отказов.Лазерные диоды, созданные в начале
80-х годов,обладали существенно меньшей надежностью по сравнению со
светодиодами.Однако в последнее время благодаря совершенствованию
конструкций и технологии изготовления ее удалось значительно повысить и
довести до приемлемой величины.



Версия для печати


Неправильная кодировка в тексте?
В работе не достает каких либо картинок?
Документ отформатирован некорректно?

Вы можете скачать правильно отформатированную работу
Скачать реферат