3.2Лазерные диоды. Принцип действия. Конструкция. Характеристики лазерных диодов.

Лазер – прибор, генерирующий оптическое когерентное излучение на основе эффекта вынужденного или стимулированного излучения.

Принцип действия лазерного диода основан на возникновении инверсии населенности (преобладания частиц с большими энергетическими уровнями) в области полупроводникового p-n перехода в процессе инжекции (увеличения концентрации) носителей электрического заряда: электронов или дырок.

Кристалл полупроводника в лазерном диоде выполнен в виде тонкой прямоугольной пластинки, являющейся, по сути, оптическим волноводом. Чтобы из пластины сделать полупроводниковый электронный компонент – его легируют с двух сторон таким образом, чтобы с одной стороны получилась n-область, а с другой – p-область. 

Торцевые стороны пластины очень тщательно полируются, чтобы получился оптический резонатор. В результате даже один фотон света, попавший внутрь пластины и имеющий направление движение, перпендикулярное этим отполированным торцам, будет многократно отражаться и создавать все больше и больше новых фотонов. И как только количество вновь созданных фотонов, которые также движутся перпендикулярно отполированным сторонам пластины, превысит количество новых фотонов, которые поодиноко вылетают из нее (теряются) – начнется генерация лазерного луча.

Лазерный луч на выходе из пластины достаточно тонок, но он сразу же начинает расходиться (рассеиваться). Чтобы собрать его снова производители лазерных диодов используют специальные собирающие линзы (рисунок в раздатке).

Характеристики ЛД

1)Ватт - амперная характеристика (ВтАХ, ВАХ) – это зависимость мощности излучения от тока инжекции или накачки.

2) Диаграмма направленности излучения показывает распределение мощности в пространстве (Для ЛД в параллельной и перпендикулярной =20-30° =30-60 °).

3)Спектральная характеристика- зависимость относительной мощности излучения от длины волны. По спектральной характеристике на уровне 0,5 от максимальной мощности (Pu_max) определяется ширина спектра излучения источника.

3.3Передающие оптические модули. Структурная схема. Назначения. Требования, предъявляемые к передающим оптическим модулям ВОСП.

ПОМ содержит оптические и электрические компоненты, заключенные в общий корпус и сопряженные со стандартным оптическим соединителем.

Простейший ПОМ включает источник излучения, электрические схемы для преобразования входных электрических сигналов и стабилизации режимов работы, оптический соединитель или отрезок ОВ, выполненные в едином конструктивном исполнении.

Состав ПОМ (рисунок в раздатке):

- Электрические интерфейсы по рекомендации G-703.

- Блок формирования тока накачки, содержащие электрические преобразователи и схему тока накачки. При прямой модуляции электрические преобразователи изменяют ток накачки в соответствии с передаваемым сигналом.

- Контроль оптического сигнала содержит фотодиод для контроля величины оптической мощности и устройства подстройки тока накачки и смещения.

- Температурный контроль содержит терморезисторы и охладитель.

- Дополнительные блоки оптического модулятора и аттенюатора.

В ВОСП в настоящее время большое распространение получили конструкции передающих модулей типа «ДИП» или «Баттерфляй».

Основные параметры и характеристики ПОМ:

Входное напряжение (рабочее напряжение) – значение напряжения электрического сигнала на входе модуля, работающего в заданном режиме эксплуатации.

1) Средняя мощность излучения – среднее значение мощности оптического излучения на выходном оптическом интерфейсе модуля за заданный интервал времени, при заданной диаграмме направленности и входном напряжении.

2 Рабочая длина волны – длина волны на выходе модуля, на которой нормированы его параметры.

3) Ширина спектра – определяемая спектральными компонентами уровень мощности, которых выше половины максимальной мощности излучения.

4) Скорость передачи - скорость передачи символов цифрового сигнала на входе ПОМ, при котором его параметры сохраняют заданные значения.

5) Напряжение (фототок) встроенного фотодиода.

6) Сопротивление терморезистора.

7) Максимальное напряжение (ток) термоохладителя.

Главным элементом передающего оптоэлектронного модуля (ПОМ) является источник излучения, к которому предъявляются следующие основные требования:

- излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна, где достигаются меньшие потери света при распространении,

- источник должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости,

- источник должен быть эффективным, т.е. большая часть излучения источника должна попадать в ОВ с минимальными потерями,

- должен иметь большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но не на столько, чтобы излучение приводило к нелинейным эффектам или могло повредить ОВ или оптический приемник,

‑ температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излучения, стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.