Budeme se zabývat pouze a jedině zdroji pro optické komunikace, to znamená led a laser

je dána pouze a jedině jeho kmitočtem (kmitočtem toho fotonu).

W = f * h

W – energie

f – kmitočet

h – Planckova konstanta

hvězdička mezi – násobení

Planckova konstanta se většinou značí jako h přeškrtnuté, někde si to najděte, já to neumím napsat.

Nyní si vypočteme tabulku

barva	vlnová délka	kmitočet Hz	energie J	energie eV
	1310 nm
	1550 nm
	1620 nm
R
G
B

Jen hezky počítejte ! výsledkem je energie fotonu v elektronvoltech , mělo by to vyjít nějaké jednotky eV

Dále na diodu přivedeme napětí v propustném směru. Protože teď už krystal není v rovnováze, posunou se Fermiho hladiny o hodnotu e * U

posuv = e * U

e – náboj elektronu

U – napětí na přechodu

hvězdička – násobení

Posuv je samozřejmě energie, je to na svislé ose.

Budeme si nyní myslet, že máme křemíkovou diodu. Hladina donorů je skoro u vodivostního pásu, hladina akceptorů je skoro u valenčního pásu. Pokud má dioda vést proud, musí být oba pásy v polovodiči N i P téměř vyrovnány. To ale znamená, že posuv Fermiho hladin má téměř hodnotu zakázaného pásu pro křemík. Tak, a teď vypočtěte hodnotu napětí na diodě v propustném směru ! Jako myslím opravdu vypočtěte , tedy dosaďte do výše uvedených vztahů a vypočtěte U . Nevyjde vám úplně přesně to, co je v katalogu, ale skoro.

Pokračujeme dále. Pokud je dioda v propustném směru, je na polovodiči N záporný pól a na polovodiči P kladný pól. Je tam tedy elektrostatické pole, které žene elektrony z oblasti N do oblasti P. Elektronu nic nebrání v pohybu – je ve vodivostním pásu, to znamená, že se urval z vazby a toulá se materiálem. Z pásmového modelu vidíme, že po cestě nemusí měnit energii, takže prostě běží do oblasti P. Ale v oblasti P číhají díry. Díra je místo, které má kladný náboj. Díra tedy elektron přitáhne. Elektron se zapojí do vazební slupky, začne obíhat v orbitu kolem jádra, a tím ztratil energii. Na obrázku se to znázorní tím, že elektron „spadne“ z vodivostního pásu do valenčního. Vy si ale stále opakujte: tady elektron ztratil energii. Možná si teď řeknete: no ale tak po nějaké době elektrony zaplní všechny díry v oblasti P, a tím polovodič mizí ! To ale není pravda, protože polovodič P je připojen na zdroj, který elektrony neustále odcucává. A tím vyrábí nové díry.

Obdobně se dá nakreslit pohyb děr, ty zase putují z P do N , jsouce taženy elektrickým polem. Ale díry fakt moc neumím, ask google. A hlavně, nám to dál bude jedno.

Žlutá – cesta elektronu (na vodorovné ose je poloha v krystalu) . Červená – snížení energie elektronu. V tomto místě elektron mizí z vodivostního pásu, tedy se přestává toulat krystalem, protože ho shltla nějaká díra. A projeví se to snížením jeho energie.

Energie, kterou elektron ztratil, se samozřejmě musí někde projevit. Buď tím, že se krystal ohřeje (to nejčastěji) , nebo tím, že se promění ve foton. A energie fotonu přímo udává jeho kmitočet, tedy vlnovou délku.

A my si to teď spočítáme ! Úvaha je stejná jako u usměrňovací diody: donorová a akceptorová hladina jsou blízko u valenčního a vodivostního pásu, takže ten rozdíl jde zanedbat. Fermiho hladiny jsou posunuty, takže jejich posuv skoro odpovídá šířce zakázaného pásu. Posuv Fermiho hladin odpovídá napětí v propustném směru. Výpočet tedy půjde tímto směrem: Barva světla – energie fotonu – šíře zakázaného pásu – posuv Fermiho hladin – napětí na přechodu v propustném směru . Tabulku si klidně udělejte v Excelu nebo tak nějak, asi budete potřebovat ještě kmitočet, ale poradíte si. Najděte si také nějaké LED a podívejte se na jejich napětí. Nevyjde to přesně, ale jakžtakž ano.

Protože při svícení LED elektrony zapadají do děr a ztrácejí energii dost chaoticky, tak vyráběné světlo není koherentní.

O LED si dále přečtete u Ing. Tučka na http://ozeas.sdb.cz/panska/2A/kazi/19%20Optoelektrick%25c3%25a9%20jevy.doc

je to na konci dokumentu