intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 3 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông

Chia sẻ: Cảnh Đặng Xuân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST
Báo xấu
185
lượt xem 31
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3 Bộ phát quang, nội dung trình bày trong chương này gồm: Nguyên lý chung về biến đổi quang điện; LED; Laser diode (LD); Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang; Các nguồn laser bán dẫn đơn mode; Bộ phát quang.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang: Chương 3 - Học viện CN Bưu chính Viễn thông

  1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp Bộ môn: ộ Thông Tin Q g Quang – Khoa Viễn thông 2 g g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn
  2. KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 3 BỘ PHÁT QUANG GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  3. NỘI DUNG CHƯƠNG 3 • Nguyên lý chung về biến đổi quang điện • LED • Laser diode (LD) • Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang • Các nguồn laser bán dẫn đơn mode á ồ á ẫ • Bộ phát quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  4. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Tính chất hạt của ánh sáng: • Eph = hf h: hằng số Plank (h= 6,625x10-34J.s) f : tần số của photon ánh sáng • Eánh sáng = Nph x Eph Nph: số photon p Tính lượng tử của vật chất: • Hat nhân: điện tích dương • Các điện tử: điện tích âm – Quay quanh hạt nhân theo các quỹ Q yq ạ q ỹ đạo ổn định – Mang một mức năng lượng nhất định GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  5. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Biểu đồ mức năng lượng (energy level diagram): Năng lượng E(eV) E4 E3 E2 E1 Dải cấm năng luợng (energy gap) ΔEij=Ej - Ei E0 Trạng thái nền (ground state) • Biểu diễn trạng thái năng lượng của điện tử trong một nguyên tử • Các mức năng lượng này không liên tục rời rạc nhau GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  6. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Hàm phân bố Boltzmann: Năng lượng E exp(-ΔEi/kBT) − [ ΔE i / k B T ] Ni = N0 × e Ei ΔEi: độ chênh lệch năng lượng giữa Ei và E0; kB: hằng số Boltzmann (1,38.10-23 (J/oK)) T: nhiệt độ tuyệt đối (oK). E0 Ni N0 Mật độ điện tử • Phân bố mật độ điện tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau • Khi “cân bằng về nhiệt” GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  7. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): Nhận xét: • Ni > Nj (với i 0oK: điện tử hấp thụ năng lượng nhiệt ệ p ụ g ợ g ệ thay đổi trạng thái y ạ g năng lượng chuyển từ E0 lên các mức năng lượng cao hơn • Số điện tử ở các mức năng lượng kích thích tăng lên khi To tăng • Trạng thái nền là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử – Xu hướng chuyển về các trạng thái năng lượng thấp – Thời gian sống (lifetime) của điện tử • Khi điện tử chuyển từ Ej Ei (với i
  8. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: Haáp thuï Phaùt xaï töï phaùt Phaùt xaï kích thích (Absortion) (Spontaneous emission) (Stimulated emission) Bieán ñoåi quang -ñieän Bieán ñoåi ñieän - quang Bieán ñoåi ñieän - quang Linh kieän thu quang LED Laser (Photo detector) (Light Emitting Diode) (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  9. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: a. Hiện tượng hấp thụ và phát xạ tự phát b. Hiện tượng phát xạ kích thích GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  10. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Ánh sáng kết hợp (Coherent Light) Các photon do hiện tượng phát xạ kích thích phát ra có: • Cùng pha • Cùng tần số • Cùng g phân cực p ự • Cùng hướng truyền Ánh sáng laser có tính kết hợp (coherent) Các photon ánh sáng do hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra một cách ngẫu nhiên theo thời gian và không gian Ánh sáng LED không có tính kết hợp GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  11. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) Nguồn quang: là linh kiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh á hiệ á h sáng có công suất tỷ lệ với dò điệ chạy qua ó ô ấ ỷ ới dòng điện h nó. Có hai loại nguồn quang được sử dụng trong thông tin quang: • Diode phát quang LED (Light Emitting Diode) • L Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) (Li ht A lifi ti b Sti l t d E i i f R di ti ) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  12. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) Được sử dụng trong thông tin quang vì có thể đáp ứng được các yêu cầu: đ á ê ầ • Kích thuớc nhỏ tương ứng với sợi quang • Thu nhận tín hiệu điện ngõ vào một cách chính xác ậ ệ ệ g ộ • Bước sóng phù hợp với vùng bước sóng hoạt động của sợi quang • Điều chế tín hiệu một cách đơn giản trên dải tần rộng trải dài từ tần số âm thanh tới dải tần gigahezt gigahezt. • Hiệu suất ghép quang cao • Độ rộng phổ hẹp • Duy trì ứ ô D t ì mức công suất ngõ ra ổ đị h ất õ ổn định • Giá thành thấp và có độ tin cậy cao GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  13. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) Chất bán dẫn được sử dụng cần phải có • Dải cấm năng lượng trực tiếp • Độ rộng của dải cấm năng lượng phù hợp để tạo ra ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng bước sóng hoạt động của TTQ Vật liệu nhóm IV (Si, Ge,…) không thỏa điều kiện Bước sóng của ánh sáng do nguồn quang phát ra chỉ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nguồn quang quang. GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  14. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) (a). (a) Dải cấm năng lượng trực tiếp (b) Dải cấm năng lượng gián tiếp (b). GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  15. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) Kết hợp vật liệu nhóm III (Ga, Al, …) và nhóm V (As, P, In, ) I …) InGaAsP GaAs/InP AlGaAs GaAsP GaAs 0,5 0,6 0,7 0,85 1,0 1,3 1,55 λ(μm) Bước sóng ánh sáng phát xạ của một số loại bán dẫn nhóm III kết hợp với nhóm V GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  16. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Vùng năng lượng (Energy Band): E Vuøng daãn (Conduction band) Dải cấm năng lượng (Energy band gap) Vuøng hoaù trò ò (Valence band) Trong chất bán dẫn: • Các mức năng lượng rất gần nhau vùng năng lượng • Hai vùng năng lượng tách biệt nhau: vùng hóa trị (valence band) và vùng dẫ ( à ù dẫn (conduction band). d i b d) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  17. LED • Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Hoạt động dựa trên tiếp giáp pn phân cực thuận và hiện tượng phát xạ tự phát há há I V - + Vuøng hieám p (Depletion region) n - + Phaùt xaïï töïï phaùt p - - + + V>VD - + + - - - + - - + - + - + photon - + - - + + - VD + Ec - + Loã troáng E g = E c - Ev Eph = hν E - Ñieän töû Ev + GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  18. LED • Đặc tính P-I của LED: Mối quan hệ giữa công suất phát quang và dòng điện: • Công suất quang: P = E/t = Nph.Eph /t= (Ne.ηint.Eph)/t • Hiệu suất lượng tử nội: ệ ợ g ộ P(mW) ηint = Nph / Ne 10 • Dòng điện: I = Ne.e/t e/t 5 P = [(ηint.Eph)/e].I I(mA) 0 100 200 • Nếu Eph được tính bằng đv (eV): P(mW) = [(ηint.Eph(eV)].I(mA) ợ g ( ) ( ) )] ( GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  19. LED • Đặc tính phổ của LED: E Vuøng daãn Công suất (Conduction band) ( ) c uẩ óa chuẩn hóa 1 λ1 λ2 λ3 λ4 0.5 Δλ Vuøng hoaù trò λp λ(nm) (Valence band) 1, 24 λijj ( μ m) = Với Eij = Ej - Ei Eij (eV ) V GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  20. LED • Đặc tính phổ của LED: Nguồn quang bán dẫn: vùng năng lượng Các photon được tạo ra có bước sóng: 1, 24 λijj ( μ m) = Với Eij = Ej - Ei Eij (eV ) V Nhiều mức NL nhiều bước sóng ás được tạo ra. Công suất phát quang tại các bước sóng khác nhau không đều nhau Bước sóng trung tâm: • Công suất lớn nhất • Thay đổi theo nhiệt độ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
6=>0