Светоизлучающие диоды

Светоизлучающие диоды характеризуются большим сроком службы, меньшим временным дрейфом параметров, большей линейностью и меньшей температурной зависимостью излучаемой мощности, низкой стоимостью и простотой эксплуатации. Излучение возникает в процессе рекомбинации носителей заряда, которые образуются при прохождении тока через диод. Поскольку, оно имеет спонтанный характер, который определяется случайными характеристиками, можно использовать только модуляцию по интенсивности излучения. Мощность излучения светодиодов может достигать нескольких десятков мкВт, ширина спектра - до 200 нм, а ширина диаграммы направленности (ширина пучка) - до 120°. Для достижения максимальной эффективности было идеально, если бы все излучение от источника поступало в линию. Для светодиодов потери мощности при переходе в линию составляют 10 дБ. Кроме того, поскольку излучение - не когерентное, то есть оно происходит в некотором спектральном диапазоне, будет происходить дополнительное искажение передаваемого сигнала (уширение импульсов), за счет различий в распространении разных спектральных составляющих. Понятно, что не плохо было бы добиться сужения пучка излучения и его спектра. Направленность излучения можно улучшить путем применения линз.

Суперлюминисцентные светодиоды

Наиболее оптимальное решение для светоизлучающих диодов реализовано в суперлюминисцентных светодиодах, в которых происходит усиление спонтанного излучения за счет волноводного распространения вдоль p-n перехода. Пучок их излучения - уже, до 30°, а спектр - 20-80 нм. Эти диоды занимают промежуточное положение между обычными светодиодами и лазерными.

Лазерные диоды

Излучение лазера имеет вынужденную природу, оно образуется, когда падающий фотон вызывает переход электронов со второго энергетического уровня, на котором предварительно была сформирована инверсная заселенность, на первый. При этом выделяются фотоны излучения, направленного в одну сторону с одинаковыми длиной волны и поляризацией, то есть образуется когерентное излучение. При наличии отражающих торцов или других оптических резонаторов. Вынужденное излучение лазерных диодов позволяет использовать модуляцию по параметрам световой волны, например частотную. Кроме того, они характеризуются максимальной для полупроводниковых излучателей мощностью до нескольких сотен милливатт, минимальной шириной спектра и очень узкой направленностью. Поскольку лазерные диоды отличаются более сложной конструкцией и большими электрическими нагрузками, то они уступают в надежности, удобстве эксплуатации и стоимости. Это определяет их преимущественное применение для осуществления передачи на дальние расстояния в магистральных линиях.

Фотодиоды

Приемник излучения должен преобразовать оптический сигнал в электрический. Поскольку информационный сигнал содержится в модулированном световом потоке, этот поток должен быть принят как можно полнее и без искажений. Так как рабочая поверхность приемника - намного больше сечения световода, потери при переходе излучения в приемник будут намного меньше, чем при переходе от источника в линию. Для приема излучения могут использоваться фотодиоды. Это - полупроводниковые приборы на основе кремния, германия и соединений элементов третьей и пятой групп. В обычных фотодиодах формируется ток, зависящий от интенсивности падающего излучения, их отличают хорошая линейность и стабильность работы, малое время отклика, но они не обеспечивают усиление фототока.