Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Національний авіаційний університет.docx
Скачиваний:
11
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
350.93 Кб
Скачать

Національний авіаційний університет

Інститут інформаційно діагностичних систем

Кафедра біокібернетики та аерокосмічної медицини

Курсова робота

з фізико-хімічних властивостей структурних елементів

на тему : «Розрахунок параметрів структурних елементів РЕА»

Студентки 3 курсу , БМ-361 групи

напрям підготовки 6.050902

спеціальності «Радіоелектронні апарати»

Тур М.В.

Керівник :викладач Головко М.В.

Національна шкала___________________

Кількість балів:______ Оцінка:ECTS____

Київ 2013

Зміст

Умовні позначення: 2

1.2. Модулятори. 8

1.3.Світлопроводи 10

1.4. Фотодіоди. 12

Висновок: 20

Умовні позначення:

t - час , х - координата (товщина), S - площа перерізу;

с = 3 • 10 м/с - швидкість світла;

е = 1,602-10'19 Кл - модуль заряду електрона, заряд дірки;

g - швидкість генерації носіїв струму;

h = 6,63 • 10'34 Дж с - стала Планка, v - частота світлових квантів;

k = 1,38 - 10‘23Дж/К = 8,62 -10° еВ/К - стала Больцмана,

Т - температура;

Е - напруженість електричного поля, U - різниця потенціалів;

η 3 - зовнішній квантовий вихід;

ε - відносна діелектрична проникність;

ε 0= 8,85 -10’ Ф/м - електрична стала;

J- густина струму, Js- густина струму насичення;

m0 = 9,11 -10'31кг - маса спокою вільного електрона;

Еg - ширина забороненої зони, Е - енергія електрона (дірки);

n - концентрація електронів, р - концентрація дірок;

τn - час життя електронів, τр - час життя дірок;

ρ - питомий опір, ρт - темновий опір;

γ - питома електропровідність;

γт - питома темнова електропровідність, Δу - питома фотопровідність;

Dп - коефіцієнт дифузії електронів,Dp - коефіцієнт дифузії дірок;

Δn - концентрація нерівноважних електронів,

Δр - концентрація нерівноважних дірок;

Δα - коефіцієнт поглинання світла, R - коефіцієнт відбивання світла;

ϕ - квантова інтенсивність випромінювання (густина потоку фотонів);

LОПТ- ефективна довжина поглинання світла;

η - квантовий вихід фотоефекту.

Результатом виконання курсової роботи є побудова волоконно-оптичної лінії передачі сигналу з використанням структурних елементів радіоелектронних апаратів, параметри яких розраховуються на основі дослідження фізико-хімічних властивостей: світловипромінюючого діода (СВД), модулятора, оптичного волокна та фотодетектора. Параметри кожного зі структурних елементів повинні задовольняти умовам:

  1. Необхідно, щоб довжина хвилі випромінювання СВД відповідала вікну прозорості оптоволокна, а фотодетектор ефективно поглинав таке випромінювання. За довжиною хвилі підбирається робоча напруга модулятора.

  2. Електричний струм, який живить СВД, повинен забезпечити генерування випромінювання такої інтенсивності, якої з урахуванням втрат у модуляторі і оптоволоконні вистачило б для створення фотоструму фотодетектора заданої величини.

  3. Частота модулюючого сигналу не повинна перевищувати граничну частоту роботи кожного з чотирьох структурних елементів волоконно-оптичної лінії передачі сигналу, визначальних елементів волоконно-оптичних ліній передачі сигналу.

Теоретична частина

1.1. Світловипромінюючі діоди (свд).

При вивченні оптичних властивостей напівпровідникових приладів найбільш вдалою формою представлення випромінювального р-n переходу є його зонна діаграма, яка показана на рис. 1. Позначення енергетичних рівнів наступні: Ес - дно зони провідності, Еv - потолок валентної зони. Різниця енергій Ес - Еv є шириною забороненої зони Еg.

пп - концентрація електронів в n-області, рр - концентрація дірок в р-області. U - величина прямої напруги, І - сила струму через СВД, Фи- кількість випромінених СВД фотонів, Np і Nn- кількість дірок і електронів, інжектованих через р-n- перехід.

Основною фізичної величиною, що характеризує якість СВД, є зовнішній квантовий вихід ηв - відношення кількості випромінених СВД фотонів Фи, до повної кількості дірок і електронів, що протікають через р-n-перехід Nр + Nn:

(1)

Рис. 1. Зонна діаграма світлодіода

Якщо прийняти, що величини Фи і Nр + Nn вимірюються за одиницю часу, то сила струму через СВД дорівнює І = е (Nр + Nn) (2).

Тоді потужність випромінюваного ним світла визначається як

Рвипр = Фи hv = ηв (Nр + Nn) hv = ηв (І/е) hv = I ηв hv(3)

У співвідношенні (3) і далі h і е - константи (див. умовні позначення). Максимальна гранична частота роботи світлодіода (частота модулюючого

сигналу при внутрішньому способі модуляції випромінювання) визначається часом життя інжектованих в р-базу електронів τn:

(4)

В дані лабораторні роботі я беру склад СВД – InPy As1-y

Ширина забороненої зони Еg таких напівпровідників залежить від параметрів складу:

Еg = ( 0,36+0,97у) (5)

Параметр складу у підбирається з умови того, що довжина хвилі випромінювання (6) повинна збігатися з довжиною хвилі одного з вікон прозорості кварцового оптоволокна (рис. 2), номер якого задається. Вікна прозорості кварцового оптоволокна в ближній інфрачервоній області спектра: 0,85, 1,15, 1,33 і 1,55 мкм. Цій довжині хвилі повинен відповідати максимум потужності випромінювання. Довжина хвилі пов'язана з енергією фотонаhv виразом (7)

Смуга випромінювання в енергетичних одиницях визначає інтервал енергій випромінюваних фотонів, квантова інтенсивність яких більша половини максимальної квантової інтенсивності;

(hv) -напівширина смуги випромінювання в енергетичних одиницях.

а) б) в)

Рис.2. Електрооптичний модулятор на базі комірки Поккельса.

а) вхідний потік випромінювання;

б) зовнішнє електричне поле;

в) вихідний потік випромінювання.

Враховуючи, що енергія випромінюваних фотонів ку набагато більша різниці енергій d(hv) у смузі випромінювання ∆(hv), можна продиферинціювати формулу (7):

(8)

Звідки, замінивши знак диференціала d на знак приросту , отримаємо вираз для смуги випромінювання в одиницях довжини хвилі (напівширини спектру)

(9)

Тоді смуга випромінювання в одиницях довжини хвилі визначається як інтервал .

Смугу випромінювання в одиницях частоти можна отримати, розрахувавши частоту випромінювання з виразу (7), а напівширину спектру в одиницях частоти - з (9)

(10)