5.3 Расчет и обоснование схемы модуляции излучения сид

На рисунке 5.8 изображена схема модуляции излучения СИД.

Рисунок 5.8 – Схема модуляции излучения

Выбор транзистора:

Исходя из того, что ток транзистора был задан 300мА, возьмем транзистор NXP BSR19A.

Его характеристики указаны в таблице 5.3

Таблица 5.3 – Характеристики транзистора NXP BSR19A

Параметр	Значение
Тип проводимости и конфигурация	PNP
Напряжение КЭ максимальное	160В
Ток коллектора	300мА
Мощность	250мВт
Граничная рабочая частота	100МГц
Коэффициент усиления по току	80
Корпус	SOT23
Монтаж	SMD

Рассчитаем номиналы элементов:

Сопротивление R_Э (на схеме R3), определяют из следующего соотношения:

(5.23)

где, I_КП – ток покоя коллектора. Обычно находится в пределах 0,5 – 2,0 мA, для расчетов принимаем I_КП = 1 мA;

Е_КЭ – напряжение коллектор-эмиттер, В;

тогда:

(5.24)

Теперь выбираем R2 и R1. Обычно сопротивление R1 в несколько раз больше R2. R2 выбирается в 2-5 раз больше R3:

(5.25)

Значит:

(5.26)

R₂ = 5кОм; (5.27)

Конденсатор С1 является разделительным. Он позволяют отделить усилительный каскад по постоянному току от источника входного сигнала. Емкость разделительного конденсаторов выбирают такой, чтобы его сопротивление на самых низких усиливаемых частотах,  было меньше входного сопротивления последующего каскада или, конечной нагрузки по

крайней мере в 5-6 раз; тогда его сопротивлением для усиливаемых переменных сигналов можно пренебречь.

Емкость выбирают из соотношения: С 1000 / F_Н · R_ВХ, где R_ВХ – входное сопротивление последующего усилительного каскада или нагрузки (кОм). Номинал конденсатора выберем равным 17мкФ.[18]

5.4 Расчет полупроводникового лазера

В основе успехов развития мощных полупроводниковых лазеров лежит идея уменьшения внутренних оптических потерь.

Применение модифицированного метода жидкофазной эпитаксии позволило успешно ее реализовать.

Различие в рекордных значениях в основном определяется энергетической зонной структурой полупроводниковых твердых растворов в системах AlGaAs/GaAs, InGaAsP/GaAs и InGaAlP/InP.[21]

Произведем расчет основных параметров и характеристик лазера. Для этого исходим из следующих данных:

• длинна инверсной активной области p-n перехода может находиться в пределах , ее ширина (толщина) , глубина ;

• квантовая эффективность в зависимости от рабочей температуры ;

• плотность подвижных носителей заряда (электронов в n-области, дырок в p-области) ;

• коэффициент отражения параллельных граней , образующие зеркала резонатора , ;

• коэффициент потерь резонатора (рассеяние, рекомбинация, спонтанное излучение) ;

• коэффициент преломления света в p-n переходе n=3.6;

• коэффициент, пропорциональный поперечнику рекомбинации электронов с дырками ;

• ширина запрещенной зоны GaAs ;

• время жизни электронов зоны проводимости ;

• среднее значение начальной плотности тока .

Найдем оптимальное значение плотности тока накачки:

( 5.28)

(5.29)

Вычислим пороговую плотность тока накачки и коэффициент накачки:

i_{пор =} (5.30)

+ =4.87· ; (5.31)

Рассчитаем частоту колебаний излучения в режиме генерации:

(5.32)

(5.33)

Определим энергетические характеристики. Мощность излучения внутри резонатора:

(5.34)

(5.35)

Мощность поглощения энергии накачки:

(5.36)

Вт; (5.37)

Полезная мощность излучения:

(5.38)

(5.39)

Мощность потерь на рассеяние и поглощение:

(5.40)

(5.41)

Мощность тепловых потерь:

(5.42)

(5.43)

Коэффициент полезного действия:

(5.44)

(5.45)

Определим пространственные характеристики.

Ширина лазерного луча (по уровню половинной мощности) по углу места:

(5.46)

Азимутная ширина лазерного луча

(5.47)

Выбор диода:

Выберем Лазерный диод L63K4S-A/B/C-L (InGaAlP). Его параметры указаны в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Характеристики диода L63K4S-A/B/C-L

Параметр	Значение
Тип корпуса	TO18 (диаметр 5.6 мм)
Обратное напряжение	2 В
Обратное напряжение фотодиода	30 В
Рабочая температура	минус 10…плюс 40 °C
Мощность светоотдачи	45 мВт
Рабочий ток	105 мА
Длина волны	1,3 мкм