Основні характеристики і параметри лазерів

Пороговий струм – величина прямого струму через p-n-перехід, при якому відбувається випромінювання при інжекції носіїв з емітера в базу.

Спектральна характеристика випромінювання – залежність інтенсивності випромінювання від довжини хвилі.

При струмі через лазер менше граничного в переході відбувається некероване випромінювання, і він працює як світло діод, тому характеристика набагато ширше і захоплює великий діапазон випромінювання. І якщо струм більше порогового, то примусова рекомбінація набагато більша спонтанної, і спектральна характеристика стає вузькою, тому що практично підсилюється випромінювання хвилі з однією довжиною.

Рисунок 76 Спектральна характеристика випромінювання

Діаграма направленості випромінювання лазера характеризує просторове розповсюдження інтенсивності випромінювання. Для напівпровідникового лазера кут розбіжності світлового пучка складає декілька градусів. І по відношенню до газових, цей параметр у напівпровідникового лазера набагато більший. Це пов’язано з малим розміром напівпровідника, в якому відбувається процес підсилення.

Характеристика яскравості лазера – це залежність інтенсивності випромінювання від струму, який проходить через лазер. Крім цього до параметрів відносяться;

Коефіцієнт корисної дії

коефіцієнт внутрішнього виходу – 99-100%

коефіцієнт зовнішнього виходу – 35-100%

Фотоприймачі

Фотоприймачі в системах оптоелектроніки призначені для перетворення світлових сигналів в електричні. Принцип дії базується на явищах фотоефекту. У напівпровідникових фотоприймачів використовується внутрішній фотоефект, який характеризується тим, що при опроміненні електрони напівпровідникового тіла отримують додаткову енергію і можуть звільнятися від міжатомних зв’язків.

До напівпровідникових фотоприймачів належать фото резистори, фото діоди, фото транзистори фото тиристори. За рахунок того, що від дії квантів світлової енергії частина електронів отримує додаткову енергію, достатню для переходу їх із валентної зони в зону провідності, кількість вільних носіїв в напівпровідникові зростає, а відповідно може зменшитися провідність напівпровідника. Частота, на якій виконується умова, називається граничною частотою опромінення.

Фото діод Фото резистор

Фото транзистор Фото тиристор

Рисунок 74 Умовні позначення фотоприймачів

Енергію яку отримує електрон можна визначити із наступної умови

де h стала Планка

частота опромінювання

q заряд електрона

Так, наприклад, для кремнію, у якого заборонена зона = 1,12еВ , межа фотоефекту лежить в інфрачервоній області з довжиною хвилі λ=1,1А.

Для фотоприймачів необхідно забезпечити наступні умови:

спектральну чутливість до опромінення, швидкодію, велике співвідношення сигнал-шум

При цьому важливо, щоб максимальна чутливість фотоприймача була максимальною на робочій довжині хвилі джерела випромінювання.

Фото резистори

Рисунок 77 Структура фото резистора

Фото резистор – це напівпровідниковий прилад, електричний опір якого змінюється під дією світлового потоку, або проникаючого випромінювання. При опроміненні напівпровідника в ньому з’являється надлишкові носії, що приводить до збільшення струму, а це значить, що змінюється його внутрішній опір.

Фото резистори виготовляються із напівпровідників сульфіду кадмію, або сульфіду свинцю в вигляді монокристалу, об’єм якого біля 1мм², або в вигляді пластинок чи плівки, нанесеної на діелектричну підкладку. На поверхню фото чутливого шару наносять два металевих виводи. Конструкція виготовляється так, щоб максимально освітлювався фото чутливий шар напівпровідника, який знаходиться між електродами. Цей фото чутливий шар називається робочою поверхнею. Підкладку разом із фото чутливим шаром поміщують в пластмасовий або металевий корпус.

Принцип роботи фото резистора заснований на фотоефекті, який відбувається в напівпровідникові при опроміненні його світловим потоком. В залежності від проникнення квантів світла в середину напівпровідника залежить кількість електронів, які із валентної зони переходять в зону провідності. Відповідно до цього змінюється струм, який проходить в електричному колі із фото резистором.