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

Bài giảng thông tin quang nâng cao - Phần 3

Chia sẻ: Dead Point | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

86
lượt xem
13
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo bài thuyết trình 'bài giảng thông tin quang nâng cao - phần 3', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng thông tin quang nâng cao - Phần 3

  1. Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao PhÇn 1 : Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 3: c¬ së kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 4: hÖ thèng th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m PhÇn 5: mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m 1
  2. PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang 1. Sîi quang 2. C¸c phÇn tö biÕn ®æi ®iÖn - quang (ph¸t quang) 3. C¸c phÇn tö biÕn ®æi quang - ®iÖn (thu quang) 2
  3. BỘ PHÁT QUANG 1. Mô hình và chức năng của bộ phát quang 2. Một số yêu cầu đối với các phần tử phát quang 3. Một số khái niệm cơ bản 4. Các phần tử phát quang 5. Các bộ phát quang 3
  4. 1. Mô hình và chức năng của bộ phát quang  Mô hình bộ phát quang Pp(t) iD(t) Bé ph¸t quang H×nh 3.1. M« h×nh bé ph¸t quang • Chøc n¨ng: BiÕn ®æi tÝn hiÖu vµo iD (t) thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng Pp (t) ®Ó ghÐp vµo sîi quang. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ ®iÒu biÕn quang hay ®iÒu chÕ quang. 4
  5. 2. Một số yêu cầu đối với các phần tử phát quang Một số yêu cầu đối với các phần tử phát quang sử dụng trong kỹ thuật thông tin quang: - Ánh sáng được bức xạ ra phải có độ rộng phổ hẹp, - Công suất ánh sáng phát xạ cao, - Mật độ công suất lớn, - Có khả năng điều chế trực tiếp, - Hệ số biến đổi cao, - Có khả năng điều chế với tín hiệu tốc độ cao (băng tần điều chế lớn), - Điều kiện ghép với sợi quang thuận tiện, - Hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi quang cao. 5
  6. 2. Một số yêu cầu đối với các phần tử phát quang Để đáp ứng các yêu cầu trên, trong kỹ thuật thông tin quang, người ta thường sử dụng các phần tử phát quang là: - LED (Light Emitting Diode) và - LD (Laser Diode). Các phần tử phát quang LED (Light Emitting Diode) và LD (Laser Diode) là các phần tử phát quang bán dẫn 6
  7. 3. Một số khái niệm cơ bản  TiÕp gi¸p p-n: Vïng ®iÖn tÝch B¸n dÉn n B¸n dÉn p kh«ng gian C¸c phÇn C¸c phÇn tö ®a sè: e tö ®a sè: p Ec E Ef H×nh 3.2. TiÕp gi¸p p-n vµ gi¶n ®å n¨ng l-îng EV khi kh«ng cã ®iÖn ¸p E ngoµi t¸c ®éng 7
  8. 3. Một số khái niệm cơ bản  TiÕp gi¸p p-n: Vïng ®iÖn tÝch B¸n dÉn n B¸n dÉn p kh«ng gian C¸c phÇn C¸c phÇn - + tö ®a sè: e tö ®a sè: p E Ec H×nh 3.3. TiÕp gi¸p p-n vµ gi¶n ®å n¨ng l-îng Ef khi cã ®iÖn ¸p ngoµi E EV t¸c ®éng 8
  9. 3. Một số khái niệm cơ bản  TiÕp gi¸p p-n: Khi một tiếp giáp p-n được tạo ra, các hạt tải đa số sẽ khuếch tán qua nó, tức là các điện tử trong lớp bán dẫn n được khuếch tán qua tiếp giáp và lấp đầy các lỗ trống trong lớp bán dẫn p và do vậy sẽ để lại lỗ trống trong lớp bán dẫn n của tiếp giáp. Kết quả là một điện trường tiếp xúc hay một điện thế tiếp xúc sẽ xuất hiện tại vùng tiếp giáp. Điện trường này sẽ ngăn cản việc chuyển động tự do của các hạt tải cho đến khi cân bằng được thiết lập. Tại vùng tiếp giáp lúc này sẽ không còn hạt mang điện tự do do các điện tử và lỗ trống đã bị giữ lại trong các liên kết đồng hóa trị. Khi đó, vùng tiếp giáp được gọi là vùng nghèo hoặc vùng không có điện tử tự do. 9
  10. 3. Một số khái niệm cơ bản  TiÕp gi¸p p-n: Khi một điện thế ngoài được đưa vào tiếp giáp p-n, nếu cực dương của nguồn nối với bán dẫn n và cực âm nối với bán dẫn p thì tiếp giáp khi đó được phân cực ngược. Dưới tác dụng của điện áp phân cực ngược, độ rộng lớp nghèo sẽ mở rộng ra ở cả hai phía lớp p và lớp n hay điện trường lớp tiếp giáp được tăng cường. Điện trường tiếp giáp tiếp tục ngăn cản chuyển động của các hạt tải đa số nhưng lại trở thành điện trường thuận với các hạt tải thiểu số khi đi qua lơp tiếp giáp. Dòng của các hạt tải thiểu số tạo ra được gọi là dòng dò. 10
  11. 3. Một số khái niệm cơ bản  TiÕp gi¸p p-n: Trong trường hợp cực dương của nguồn nối với bán dẫn p và cực âm nối với bán dẫn n thì tiếp giáp khi đó phân cực thuận. Lúc này, điện trường tiếp giáp và điện trường ngoài sẽ ngược chiều nhau, nếu điện trường ngoài đủ lớn, sẽ phá vỡ liên kết cộng hóa trị tại lớp tiếp giáp và các hạt mang điện đa số sẽ được khuếch tán ồ ạt qua lớp tiếp giáp. Đồng thời, các hạt tải đa số tái hợp với nhau và phát xạ ra ánh sáng. 11
  12. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cấu trúc dị thể kép Các hiện tượng vừa trình bày trên đây xảy ra với tiếp giáp giữa hai miền vật liệu p và n còn được gọi là tiếp giáp đơn. Có một vấn đề với tiếp giáp đơn đó là hiện tượng tái hợp điện tử và lỗ trống xảy ra trong vùng nghèo khá rộng (~ 1 – 10 µm) do phụ thuộc vào chiều dài khuếch tán của điện tử và lỗ trống. Do vậy, các hạt tải không tập trung hết vào quanh lớp tiếp giáp nên không tạo ra được khả năng phát xạ lớn. Giải quyết vấn đề này bằng cách đưa vào giữa hai lớp p và lớp n một lớp bán dẫn có năng lượng giải cấm nhỏ hơn năng lượng giải cấm của lớp p và lớp n hai bên. Lớp bán dẫn ở giữa có thể là bán dẫn không pha tạp hoặc có pha tạp ít tùy theo thiết kế, và nó đóng vai trò giam giữ các hạt tải trong trường hợp phân cực thuận. Cấu trúc ba lớp như vậy được gọi là cấu trúc dị thể kép. 12
  13. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng Mét ®iÖn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l-îng E1 ®-îc kÝch thÝch bëi mét nguån n¨ng l-îng (vÝ dô: dßng ®iÖn, ¸nh s¸ng,...) sÏ nh¶y lªn møc n¨ng l-îng cao h¬n (E2). Trong qu¸ tr×nh trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l-îng ¸nh s¸ng d-íi d¹ng sãng ®iÖn tõ ®óng b»ng n¨ng l-îng mµ nã ®· hÊp thô. E E2 N¨ng l-îng kÝch thÝch ¸nh s¸ng Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh ph¸t ra hÊp thô ph¸t x¹ E1 §iÖn tö H×nh 3.4. Qóa tr×nh ph¸t x¹ ¸nh s¸ng 13
  14. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng N¨ng l-îng ¸nh s¸ng ph¸t x¹ E PX ®-îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: E PX = E2 - E1 = h. (2-1) h lµ h»ng sè Planck (b»ng 6,625.10-34 J.s) Trong ®ã:  lµ tÇn sè ¸nh s¸ng ph¸t ra. B-íc sãng cña ¸nh s¸ng ph¸t ra ®-îc x¸c ®Þnh theo: BX = c/  = h.c. / (E2 - E1) (2-2) Trong ®ã: c lµ vËn tèc ¸nh trong kh«ng gian tù do ( b»ng 3.108 m/s) 14
  15. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng  Ph¸t x¹ tù ph¸t Mét ®iÖn tö ë tr¹ng th¸i n¨ng l-îng E1 ®-îc kÝch thÝch bëi mét nguån n¨ng l-îng (vÝ dô: dßng ®iÖn, ¸nh s¸ng,...) sÏ nh¶y lªn møc n¨ng l-îng cao h¬n E2. Trong qu¸ tr×nh trë vÒ tr¹ng th¸i E1, nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l-îng ¸nh s¸ng d-íi d¹ng sãng ®iÖn tõ cã ®é lín b»ng E2- E1. HiÖn t-îng ph¸t x¹ nµy gäi lµ ph¸t x¹ tù ph¸t vµ ¸nh s¸ng ®-îc gi¶i phãng ra trong tr-êng hîp nµy gäi lµ ¸nh s¸ng ph¸t x¹ tù ph¸t. 15
  16. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng  Ph¸t x¹ tù ph¸t E E2 N¨ng l-îng ¸nh s¸ng kÝch thÝch ph¸t ra Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh hÊp thô ph¸t x¹ E1 §iÖn tö H×nh 3.5. Qóa tr×nh ph¸t x¹ tù ph¸t 16
  17. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng  Ph¸t x¹ kÝch thÝch Khi ¸nh s¸ng ph¸t ra trong qu¸ tr×nh ®iÖn tö trë vÒ tr¹ng th¸i E1 víi n¨ng l-îng E2- E1 tiÕp tôc kÝch thÝch mét ®iÖn tö kh¸c ®ang ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch. §iÖn tö nµy hÊp thô n¨ng l-îng ¸nh s¸ng tíi vµ trong qu¸ tr×nh ®iÖn tö nµy trë vÒ tr¹ng th¸i E1 nã sÏ gi¶i phãng ra mét n¨ng l-îng sãng ®iÖn tõ d-íi d¹ng ¸nh s¸ng. Khi ®ã, c«ng suÊt ¸nh s¸ng bøc x¹ sÏ lín h¬n nhiÒu ®é lín E2- E1 (n¨ng l-îng ph¸t x¹ tù ph¸t). HiÖn t-îng ph¸t x¹ nµy gäi lµ ph¸t x¹ kÝch thÝch hay ph¸t x¹ c-ìng bøc vµ ¸nh s¸ng ®-îc gi¶i phãng ra trong tr-êng hîp nµy gäi lµ ¸nh s¸ng ph¸t x¹ kÝch thÝch. 17
  18. 3. Một số khái niệm cơ bản  Cơ chế phát xạ ánh sáng  Ph¸t x¹ kÝch thÝch E E2 N¨ng l-îng kÝch thÝch ¸nh s¸ng Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh Qu¸ tr×nh hÊp thô ph¸t ra ph¸t x¹ ph¸t x¹ kÝch E1 thÝch §iÖn tö H×nh 3.6. Qóa tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch 18
  19. 3. Một số khái niệm cơ bản  Nguyên lý phát xạ ánh sáng của lớp tiếp giáp p-n Khi cã ®iÖn tr-êng ngoµi t¸c Ec ®éng, c¸c ®iÖn tö dÞch chuyÓn tõ b¸n dÉn n sang p vµ ng-îc E l¹i lç trèng dÞch chuyÓn tõ p sang n. a/s ph¸t x¹ Ef Trong qu¸ tr×nh dÞch chuyÓn, lç E trèng vµ ®iÖn tö t¸i hîp víi Ev nhau vµ gi¶i phãng ra n¨ng l-îng ¸nh s¸ng d-íi d¹ng sãng ®iÖn tõ Vïng ®iÖn tÝch B¸n dÉn n B¸n dÉn p kh«ng gian H×nh 3.7. TiÕp gi¸p pn vµ qu¸ tr×nh ph¸t x¹ a/s khi cã ®iÖn tr-êng ngoµi t¸c ®éng 19
  20. 3. Một số khái niệm cơ bản  Phát xạ ánh sáng kết hợp và không kết hợp  Phát xạ ánh sáng không kết hợp Trong phát xạ tự phát, ánh sáng phát xạ ra thường ngẫu nhiên, độc lập và không đồng pha với nhau. Ánh sáng phát xạ ra trong trường hợp này gọi là ánh sáng không kết hợp và sự phát xạ này gọi là phát xạ ánh sáng không kết hợp.  Phát xạ ánh sáng kết hợp Các ánh sáng phát xạ (của Laser) có cùng pha theo mặt phẳng thẳng đứng với phương truyền sóng của chúng gọi là ánh sáng kết hợp không gian. Ánh sáng phát xạ (của Laser) liên tục có bước sóng đơng hợp này gọi là ánh sáng kết hợp thời gian. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1