II –BOB . ZAHARLI GAZLAR KONSENTRATSIYASINI ANIQLOVCHI ELEKTRON QURILMA UChUN LAZER DIODI VA FOTOPRIYoMNIKNI TANLASh.
3.1. Lazer diodi (LD), uning tavsif va parametrlari.
Lazer diodlar (LD) odatda uzoq masofali va yuqori tezlikli (155 Mbit/s dan yuqori) optik tizimlarida qo‘llanniladi.
LDlarning tavsiflari. LDlar xizmat muddati, nurlanish quvvati va uni tashqi injeksiya tokiga bog‘liqligi, nurlanishni yo‘nalganlik diagrammasi Ө va nurlanish spektri, xizmat muddati bilan tavsiflanadi. LD YoD ga qaraganda tashqi injeksiya tokini katta qiymatlarida ishlaydi. Tashqi injeksiya toki Iu oshib, chegaraviy Ich qiymatga yetgach, generatsiya, qachonki tuzilishdagi yÿqotishlar kuchayishlarga teng bÿlganda yoki lazer effekti yuzaga keladi, ya’ni indutsiyalangan (majburiy) nurlanish hosil bo‘ladi. Bu nurlanish yuqori kogerent bo‘lgani uchun, LDni nurlanish spektri kengligi YoD ga nisbatan tor. LDni nurlanish spektri 1-2 nm, YoD ni nurlanish spektri esa 30-50 nm. Nurlanish quvvatini tashqi injeksiya tokiga bog‘liqligini LDni vatt-amper xarakteristikasidan ko‘rish mumkin. 3.1-rasmda LD va YoD larni vatt-amper xarakteristikalari ko‘rsatilgan. Kichik tok qiymatlarida LDda kuchsiz spontan nurlanish yuzaga keladi, u samarasiz yorug‘lik diodi sifatida ishlaydi. Yuqorida aytib o‘tilgandek, tok qiymati chegaraviy tok Ich qiymatidan oshganda nurlanish quvvati Rnur keskin o shib, kogerent majburiy nurlanish hosil bo‘ladi.LDning nurlanish quvvati 1-100 mVtni tashkil etadi[11].
3.1-rasm. Vatt-amper xarakteristikalar: 1 - lazer diodi uchun; 2 - yorug‘lik diodi uchun.
Rasmdan ko‘rinib turibdiki vatt – amper tavsifi nochiziqdir. Shu sababli, vatt – amper tavsifini chiziqlashtirishning maxsus choralarini qo‘llamasdan, lazerning injeksiya tokini analog signal bilan o‘zgartirish yo‘li bilan chiqish nurlanishini modulyatsiyalash amaliy qo‘llanilmaydi.
Odatda injeksiya tokini va mos ravishda lazerning chiqish optik quvvatini modulyatsiyalashning qo‘llaniladi. Shuni alohida aytish kerakli, lazer chegaralangan pik quvvatli nurlanish manbai hisoblanadi. Bu nakachka tokining katta qiymatlarida quvvatni kamayib borishi bilan bog‘liq. LD ga xos yana bir muhim xususiyatni aytib o‘tamiz: atrof muhit temperaturasi o‘zgarsa, vatt – amper xarakteristikasi suriladi (3.2 – rasm).
3.2-rasm. Lazer diodning vatt-amper xarakteristikasining temperaturaga bog‘liq ravishda ÿzgarishi.
Bu chegaraviy tok va chiqish quvvati qiymatlarining o‘zgarishiga olib keladi.
Bu kamchilikni bartaraf etish uchun kompensatsiyalashning elektr sxemalari, shuningdek mikrosovutgichning ishini boshqaruvchi, termokompensatsiyalash sxemalaridan foydalaniladi.
3.3 – rasmda LD optik nurlanishining yo‘nalganlik diagrammasi ko‘rsatilgan.
Rasmdan ko‘rinib turibdiki, lazer nurlanishining diagrammasi nosimmetrik. quvvatning yarim sathida o‘lchanganda uning kengligi o‘tishga parallel yuzada 200 dan kichik va perpendikulyar yuzada 400 dan katta (3.3,a–rasm). 3.3,b–rasmda o‘zaro perpendikulyar yo‘nalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi ko‘rsatilgan.
3.3-rasm. Optik nurning lazer dioddagi yÿnalganlik diagrammasi: a) parallel va perpendikulyar yuzalardagi nurlanish kengligi; b) ÿzaro perpendikulyar yÿnalishlarda nurlanish quvvatining burchakka bog‘liqligi.
Yo‘nalganlik diagrammasi ellips konus ko‘rinishiga ega. Generatsiyalanadigan nurlanishning yetarli katta yoyilganligi, uni kichik sonli aperaturali optik tolaga samarali kiritishga to‘sqinlik qiladi. Buning uchun maxsus moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash talab etiladi.
Magistral TOA liniyalarida asosan signallar 1,3 va 1,55 mkm to‘lqin uzunliklarida uzatiladi. 1,55 mkm to‘lqin uzunligida so‘nish qiymatlari kichik bo‘lgani uchun retranslyatsiyasiz (L=100km) uzun uchastkalarda ana shu to‘lqin uzunlikdagi optik uzatish manbalaridan foydalanish samaralidir. Magistral aloqa liniyalari kabellari bir modali tolalardan iborat bo‘lgani uchun ham LDdan foydalanish kerak. Chunki YoD ga qaraganda LDning nurlanishini yo‘nalganlik diagrammasi tor. Bu nurlanishni tolaga kiritishni osonlashtiradi [1].
Rossiyaning «Nolatex» kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilayotgan LDlarning asosiy parametrlari 3.1-jadvalda berilgan. 3.2-jadvalda esa 1shaffoflik oynasida qo‘llaniladigan LDlarning asosiy parametrlari keltirilgan (11).
3.1-jadval
Lazer diodlarning parametrlari
LD turlari
|
R0,mVt
|
Ich,mA
|
Iishchi,mA
|
Tÿqin uzunligi, nm
|
LD- 1064- 10
|
10
|
20
|
50
|
1064
|
LD- 1064-20
|
20
|
20
|
70
|
1064
|
LD- 1064-30
|
30
|
20
|
100
|
1064
|
LD- 1064-40
|
40
|
20
|
130
|
1064
|
LD- 1064-50
|
50
|
20
|
150
|
1064
|
LD-1064-100 impulsli
rejimda
|
100
|
30
|
500
|
1064
|
VD- 1300-5
|
5
|
10
|
35
|
1310
|
LD- 1300- 10
|
10
|
10
|
40
|
1310
|
LD- 1300-20
|
20
|
10
|
60
|
1310
|
LD- 1300-30
|
30
|
10
|
90
|
1310
|
LD- 1300-30
|
30
|
10
|
90
|
1310
|
LD- 1300-40
|
40
|
10
|
150
|
1310
|
LD- 1300-50
|
50
|
20
|
200
|
1310
|
LD-1300-100, impulsli rejimda
|
100
|
30
|
700
|
1310
|
LD-1550-5
|
5
|
15
|
50
|
1550
|
LD- 1550- 10
|
10
|
15
|
70
|
1550
|
LD- 1550-20
|
20
|
15
|
100
|
1550
|
LD-1550-30
|
30
|
30
|
150
|
1550
|
LD-1550-100, impulsli rejimda
|
100
|
30
|
700
|
1550
|
3.2-jadval
Birinchi shaffoflik oynasi uchun LDlarining asosiy parametrlari
Model
|
Tÿlqin uzunligi, nm
|
Chiqishdagi quvvati, mkVt
|
Ishchi tok, mA
|
ishchi kuchlanish, V
|
Chegaraviy tok, mA
|
Spektr uzunligi, nm
|
Ishchi temperatura, 0S
|
ILPN-780A
|
770-800
|
30-35
|
60-80
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-780B
|
770-800
|
40-45
|
70-100
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-780V
|
770-800
|
30-35
|
90-140
|
1,8-2,4"
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-820A
|
800-870
|
30-35
|
60-80
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-820B
|
800-870
|
40-45
|
70-100
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-820V
|
800-870
|
30-35
|
90-140
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-820-80
|
800-870
|
80-85
|
120-160
|
1,8-2,4'
|
15-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-820-100
|
800-870
|
30-35
|
90-140
|
1.8-2,4
|
15-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-1 12-250
|
808-812
|
250-300
|
650-800
|
1,9-2.2
|
250-350
|
0,1-3
|
-40…+50
|
ILPN-1 12-500
|
808-812
|
500-600
|
900-1000
|
1,9-2,2
|
250-350
|
0,1-3
|
-40…+50
|
ILPN-I2-1000
|
808-812
|
1000-1100
|
1450-1650
|
1,9-2,2
|
250-350
|
0,1-3
|
-40…+50
|
ILPN-900A
|
930-970
|
40-45
|
70-90
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-900B
|
930-970
|
60-65
|
100-120
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-900V
|
930-970
|
80-85
|
110-150
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-900-100
|
930-970
|
100-105
|
160-200
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-980A
|
975-985
|
50-55
|
80-100
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
ILPN-980B
|
975-985
|
100-105
|
140-200
|
1,8-2,4
|
20-40
|
0,1-2
|
-40…+50
|
3.2. LDning turlari
LDning bir necha turlari mavjud:
- ko‘p modali yoki Fabri-Pero rezonatorli lazerlar;
- bir modali lazerlar;
- bir modali taqsimlangan teskari aloqali (DFB) lazerlar;
- taqsimlangan Bregg aks etishli lazerlar;
- tashqi rezonatorli lazerlar.
3.2.1. Ko‘p modali yoki Fabri-Pero
rezonatorli lazerlar
GaAs yoki InP yarim o‘tkazgich turlaridan biri asosida tayyorlangan, kristallning ikki qarama-qarshi ko‘ndalang kesimiga perpendikulyar bo‘lgan p-n o‘tishli parallelepiped ko‘rinishidagi oddiy LD tuzilishi 3.4-rasmda tasvirlangan.
3.4-rasm. p-n o‘tishli, Fabri-Pero rezonatorli
lazer diodi.
Aks ettiruvchi parallel, ko‘ndalang yuzalar Fabri-Pero rezonatorlarini tashkil etadi. Tashuvchilar rekombinatsiyasi o‘tish tekisligi yaqinida amalga oshadi va Fabri-Pero rezonatorlari hisobiga musbat teskari aloqa hosil qilinadi. Ko‘ndalang yuzalardan aks etish xavoning va yarim o‘tkazgichning n sindirish ko‘rsatkichlarini farqlanishi bilan tushuntiriladi. Nomaqbul yo‘nalishlarda generatsiya yuzaga kelmasligi uchun nurlantirmaydigan yuzalarning g‘adir-budirligi ta’minlanib, ularning dag‘allashuviga erishiladi [4].
3.1-rasmda ko‘rsatilgandek nurlanish manbalarining vatt – amper tavsifida injeksiya toki qiymati chegaraviy qiymatga yetib generatsiya, ya’ni lazer effekti hosil bo‘lganda tuzilishda to‘liq optik kuchayish to‘liq yo‘qotishlarga tenglashadi.
To‘liq yo‘qotishlar uzunlik birligida α koeffitsient bilan tavsiflanadigan ichki yo‘qotishlardan va ko‘zgudan aks etish koeffitsientlari r1 va r2 bilan aniqlanadigan, rezonator oxirlaridagi yo‘qotishlardan iborat. Rezonatorning L uzunligida generatsiyaning yuzaga kelishi uchun, muhit uzunlik birligida quyidagi shart bilan aniqlanadigan S kuchayishga ega bo‘lishi kerak:
Odatda Ga As asosidagi injeksion lazer uchun r1=r2 =0,3. Tokning chegaraviy zichligini quyidagi ifoda orqali baxolash mumkin, A/sm2
bu yerda DE – spontan nurlanish liniyasining energiyasi; d-aktiv soha qalinligi;
DEq - yarim o‘tkazgich ta’qiqlangan zonasining energiyasi; g - muhitning kuchayish koeffitsientini temperaturaviy bog‘lanishini hisobga oluvchi, ko‘paytuvchi.
Gomolazer uchun, uy temperaturasida generatsiya chegarasiga erishish uchun, Ich ning chegaraviy zichligi 30 ... 100 A/sm2 bo‘lishi kerak. Bu quyidagi sabablar bilan tushuntiriladi:
n turdagi yarim o‘tkazgichdan r-p o‘tishga injeksiyalanadigan elektronlarni bir qismi, o‘zining katta diffuziya uzunligidan aktiv soxaga sakrab o‘tadi va induksiyalangan (majburiy) nurlanishning hosil bo‘lish jarayonida qatnashmaydi;
aktiv soxadagi rekombinatsiya natijasida hosil bo‘lgan nurlanish, o‘lchamlari aktiv soxadan oshadigan quyi sifatli yorug‘lik o‘tkazgichda tarqaladi. Aktiv soxadan tashqarida egallanganlik inversiyasi (inversiya naselennosti) sharti bajarilmaydi va nurlanish intensiv yutiladi.
Tok zichligining juda kattaligi kristallning ortiq qizib ketishiga va uning tezda buzilishiga olib keladi. Kristall temperaturasi suyuq azot temperaturasigacha kamaytirilganda lazer uzoq muddat xizmat qilishi mumkin.
Gomolazer misolida faqatgina majburiy nurlanish mexanizminigina ko‘rib chiqish mumkin, lekin uni TOA tizimlarida qo‘llash amaliy mumkin emas. TOA tizimlari uchun lazer diodi normal tashqi sharoitlarda modulyatsiyalaydigan tok bilan barqaror, mustahkam ishlashi kerak. Tok zichligining tashqi sovitishni talab etmay, kamayishi va boshqa tavsiflarni yaxshilanishi ko‘p qatlamli yarim o‘tkazgichlar – geterotuzilishlar hisobiga erishilgan. IGT li LDda Ich qiymatini 1...2 A/sm2 gacha kamayishiga erishiladi.
Agar hamma yuzasi bo‘ylab keng kontaktli BGT li va IGT li LD da tok zichligi oshirilsa, u holda generatsiya avval 3...5 mkm kenglikli kichik soxada yuzaga keladi. Tok oshirilishi bilan bunday soxalar ko‘payib boradi, ulardan har biri mustaqil generatsiyalanadigandek hisoblanadi. Bu shovqinlarning ortishiga, nurlanishni nostabilligiga va yoyilib ketishiga olib keladi.
Amaliyotda bitta generatsiya kanaliga ega bo‘lish maqsadga muvofiq. Bunga rezonator bo‘ylab aktiv soxani ingichka poloskaday chegaralash hisobiga erishish mumkin. Bunday LD Ich lar poloska geometriyali lazerlar deyiladi. Ularda Ich tok 500 mA/sm2 gacha kamayadi, nurlantiruvchi yuzani kichik sonli apertura – NA li ga optik tolaga nurlanishi samarali kiritishni ta’minlovchi o‘lchamlargacha tayyorlash mumkin va nurlanish stabilligini oshirish mumkin. Poloskali kontaktni bir necha usullar yordamida tayyorlash mumkin. 3.5 – rasmda poloskali kontaktni tayyorlash misollari keltirilgan.
3.5-rasm. Poloskali kontaktni tayyorlash usullari: a- mezapoloska tuzilishli lazer; v- proton portlatish bilan hosil qilingan kontakt; d)cho‘ktirilgan strukturali lazer.
Rasmda ko‘rsatilgan tuzilishlarning hammasi n va r turdagi Ga As aktiv qatlamga ega, Ga As li aktiv qatlam bir tomondan r turdagi AlGa As qatlam bilan chegaralangan. r- turdagi AlGa As qatlam boshqa n turdagi chegaralovchi qatlamdan injeksiyalanadigan elektronlar uchun potensial to‘siq hosil qiladi. r va n turdagi Ga As qatlamlar omik va issiqlik kontaktlarini yaxshilash uchun mo‘ljallangan. 3.5,a – rasm da mezapoloska tuzilishli lazer tasvirlangan. Bunday tuzilish bir necha qatlamlarni yemirish (stravlenie), so‘ng ularni izolyatsiyalash va metall kontaktni changitib yuborish bilan hosil qilinadi. 3.5,b – rasmda, poloskadan tashqarida aktiv soxani buzadigan, protonli portlatish bilan hosil qilingan poloskali kontakt tasvirlangan. 3.5,v – rasmda cho‘ktirilgan (pogrujennыy) tuzilishli poloskali kontakt ko‘rsatilgan. Bunday tuzilish n turdagi qatlamga mezotuzilishlarni cho‘ktirish yo‘li bilan yaratiladi. Cho‘ktirilgan tuzilishli LD larda chegaraviy tokning kichik qiymatlari (Ich = 5…10 mA/sm2) va kichik chiqish quvvatlari (Pchiq = 0,5…2 mVt) kuzatiladi. Bunday kichik qiymatlar nurlantiruvchi yuza o‘lchamlarining kichikligi, 1...2 mkm dan oshmasligidandir.
Fabri-Pero rezonatorli LDlar ko‘p modali lazerlar ham deyiladi. Chunki ular bir necha modalarni nurlantiradi (3.6,a-rasm).
3.6,a-rasmdagi katta amplitudali moda – bu to‘lqin uzunligining asosiy modasi, kichik amplitudali modalar – yon modalari hisoblanadi. Yon modalar orasi taxminan 1 nm ga teng. Lazer nurlanish modulyatsiyasida nafaqat asosiy moda, shuningdek yon modalar ham modulyatsiyalanadi. Bunday lazerlarda optik nurlanishning to‘liq spektr kengligini yarmi 4-5 nm ga teng [6].
3.6-rasm. Lazer diodlarning nurlanish spektrlari: a) - ko‘p modali LD nurlanish spektri; b) - bir modali LD nurlanish spektri.
Spektrning kengligi dispersiyani oshishiga olib keladi. Fabri-Pero rezonatorli, ko‘p modali lazerlar juda yuqori texnik tavsiflarga ega emas. Lekin tuzilishi sodda bo‘lgani uchun narx-samaradorlik nuqtai nazaridan, bunday lazerlar juda yuqori tezliklar talab etilmaydigan OA tizimlarida qo‘llaniladi.
Aytib o‘tish joizki, bir modali nurlanish rejimida bo‘lib, Δλ kichik bo‘lsa ham uzatish tezligi oshishi bilan Fabri-Pero rezonatorli LD modalarida quvvatni qaytatdan taqsimlanishi kuzatiladi [1]. Bunda har bir alohida modani quvvati sezilarli darajada o‘zgarishi mumkin. Lazer signali tola bo‘ylab uzatilganda, to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘lgan guruhli kechikish (xromatik dispersiya)ni hisobga olsak, modalar bo‘ylab quvvatni taqsimlanishi chiqishda shovqin sathini oshishiga [6] va Δλ spektrni dinamik kengayishiga (1-2 GGs chastota modulyatsiyasida 10 nm gacha) [1] olib keladi. Yuqori tezlikli tizimlarida bu seksiya uzunligini chegaralovchi asosiy omil bo‘lishi mumkin [6].
Optik rezonatorlarni tashkil qilish usuli bilan farqlanuvchi, ma’lum darajada oddiy Fabri-Pero rezonatorlarining takomillashuvi hisoblangan boshqa mukammal LDlarda bu kamchiliklar mavjud emas[1].
3.2.2. Bir modali lazerlar
Yuqorida aytib o‘tilganidek, ko‘p modali lazerlarda nurlanish spektrining kengligi dispersiya qiymatini oshishiga olib keladi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun bir modali lazerlardan foydalanish talab etiladi. Bir modali lazerlarda modani o‘zini nurlanish spektri tor bo‘lib, Δλ=0,1-0,4 nm ni tashkil etadi (3.6,b-rasm). Bundan tashqari, agar bir modali lazer to‘g‘ri sozlangan bo‘lsa, unda birinchi yon moda asosiy modadan juda bo‘lmaganda 30 dB ga past bo‘lishi mumkin [6].
3.2.2.1. Taqsimlangan teskari aloqali
yarim o‘tkazgich lazerlar
Taqsimlangan teskari aloqali yarim o‘tkazgich lazer diodi (TTA-LD, DFB) Fabri-Pero yassi rezonatorining takomillashgan turi bo‘lib, ularning ikki qatlami o‘rtasida (odatda n-InP va n-InGaAsP qatlamlari o‘rtasida) davriy difraksion panjara joylashgan bo‘ladi (3.7-rasm).
Bu bilan sindirish ko‘rsatkichlarining davriy bir turda emasligi hosil qilinadi, bu esa to‘lqin tarqaladigan aktiv soha qalinligini davriy o‘zgarishiga olib keladi.
Injeksiya toki
3.7-rasm. Taqsimlangan teskari aloqali yarim o‘tkazgich lazer.
Teskari aloqa rezonatorlar yuzasi uzunligi bo‘yicha taqsimlangan bo‘ladi. Bu turdagi lazerlarni tuzilishi teskari aloqa mexanizmi evaziga to‘lqin uzunligini tanlash imkonini yaratadi. Difraksion panjara qadami bilan aniqlanadigan, qayd etilgan to‘lqin uzunliklaridagina teskari aloqa hosil bo‘ladi, ya’ni faqatgina panjara davridan qisqa bo‘lgan to‘lqin uzunliklar qoladi [4]. Bu bilan rezonatorlarda qo‘zg‘aladigan modalar soni kamayadi va faqatgina yuqori quvvatli, qisqa spektrli asosiy modali signalnigina uzatishga imkoniyat yaratiladi.
Difraksion panjara diod ichida joylashgan bu turdagi lazerlarni ishlab chiqarish texnologiyasi murakkabdir.
3.3 Fotopriyomniklar asosiy turlari va ularning spektralp xarakteristikalari.
Lazerli gazoanalizatorlarda qo‘llaniladigan nursimon energiya qabul qilgichlarni ikki guruxga bo‘lish mumkin: issiqlik va fotoelektrik.
Issiqlik qabul qilgichlar spektrning IQ xududida (< 30 mkm) nur tarqatishni detektorlashga xizmat qiladi. Bu qabul qilgichlar guruxiga qizdirishda qizdirish xaroratiga proporsional bo‘lgan EYuK xosil bo‘ladigan bimetalik qurilma ko‘rinishdagi termoelementlar, xamda kata xarorat koeffitsientli qarshilikli qarshilik ko‘rinishidagi bolometrlar kiradi. Ularning ijobiy xususiyatlari sifatida ishchi diapazondagi qayd etilayotgan nur to‘lqin uzunligiga sezgirlikning kuchsiz boliqligini va ishlatilishi qulayligini ko‘rsatish mumkin.
Fotoelektrik qabul qilgichlar spektrning UB, ko‘rinadigan va IQ xududlarida nur tarqatishni detektorlash uchun qo‘llaniladi. Bu qabul qilgichlar guruxini ichki va tashqi fotoeffektli fotoelementlarga bo‘lish mumkin.
Tashqi fotoeffektli fotoelementlar odatda spektrning UB va ko‘rinadigan xududlarida nur qabul qilgich sifatida xizmat qiladi. Fotoelektron ko‘paytirgichlar deb nomlanadigan bunday detektorlar ishlash xususiyati fotokatod sirti chiqish ishini oshiradigan, fotonlardan energiya oladigan fotokatod elektronlarining emissiyasiga asoslangan. Xosil bo‘lgan elektronlar elektr maydonda tezlatadi va elektrodlar turkumi – tezlashayotgan dinodlarda ko‘payadi. Shunday qilib, fotoelektron ko‘paytirgich signali qabul qilgich fotokatodiga tushayotgan nur intensivligiga proporsionaldir. Keng miqyosda tarqalgan fotoelektrik ko‘paytirgichlar 160650 nm xududdagi maksimal sezgirlikli Sb-Cs fotokatodli; 400 dan 870 nm gacha mulpti ishqor fotokatodli, 400 dan 1300 gacha Ag-Cs fotokatodlilardir. FEK ning vaqt doimiysi 10-8 – 10-10 s ni, sezgirligi 10-14 Vt ni tashkil etadi.
Ichki fotoeffektli fotoelektrik qabul qilgichlar odatda IQ spektr xududiga nurlarni qayd qilishda foydalaniladi. Ko‘rib chiqilayotgan detektorlarning ishlash prinsipi yarim o‘tkazgich elementlarning foton yutilishida o‘zini o‘tkazuvchanligini o‘zgarishi xususiyatiga asoslangan. Misol uchun, bunday qabul qilgichlar sifatida < 4 mkm xududdagi sezgirolikli RbS fotoqarshilik yoki xam xona xaroratida (293 K) va xam past xaroratda (273 K) ishlaydigan, <7,5 mkm xududdagi sezgirlikli InSb fotoqarshilik qo‘llaniladi. Kengroq spektralp oraliq (< 14 mkm) da RbSnTe yoki HgCdTe turdagi detektorlar ishlashi mumkin, lekin faqat kriogen (77 K) xaroratlarda.
Fotoqarshiliklarda fotoo‘tkazuvchanlik xususiyati, shu bilan birga moddalarning elektr o‘tkazuvchanligini elektromagnit nur ta’siri ostida o‘zgaishi xususiyati qo‘llaniladi; fotorezistorlar xususiy fotoo‘tkazuvchanlikka ega yarim o‘tkazgich materiallardan tayyorlanadi.
Birinchi guruxga indiy (InSb, InAs) va qo‘roshin (RbSe, RbS, RbTe) birikmalari asosidagi fotorezistorlar kiradi. Ikkinchi guruxga turli elementlar: oltin, surma, qo‘roshin, simob, bor, kadmiy, mis va boshqalarning legirlangan germaniy va kremniy asosidagilari kiradi. Keyingi paytlarda fotorezistorlar uch xil qattiq eritmalar asosida tayyorlanmoqda. Bunday fotorezistorlarning yaxshi xususiyatlari spektralp sezgirlikning keng chegaralarda o‘zgarishi xisoblanadi. [16]
Fotorezistorlarning asosiy xarakteristikalari Volpt – Amper, spektralp, Lyuks – Om va Lyuks – Amper xarakteristikalari xisoblanadi.
3.8 -rasmda baozi fotorezistorlar uchun spektralp xarakteristikalar keltirilgan.
Fotorezistorlarning asosiy kamchiliklari parametrlarning kuchli boliqligi va yuqori inersionligi xisoblanadi. Umuman amalda barcha fotorezistor quyidagi qisqartirilgan nochiziq Lyuks – Amper xarakteristikasini o‘z ichiga olgan [16]:
Bu yerda: If – fototok; s – maxsulot xususiyatlari bo‘yicha aniqlanadigan doimiy; U – fotorezistorga berilgan kuchlanish; F – fotorezistorning nur tarqatuvchi sirtiga tushayotgan nur oqimi; , - nochiziqlik koeffitsientlari.
3.8 -rasm. Fotorezistorlarning xususiy (a) va noxususiy (b) fotoo‘tkazuvchanlikdagi spektralp xarakteristikasi.
Fotorezistordan o‘tayotgan to‘liq tok In:
Bu yerda: Im – yoritilmagan fotorezistordan o‘tayotgan qoronulik tok:
Rm – qoronulik qarshiligi
Lyuks – Om xarakteristikasi quyidagi ko‘rinishda qabul qilingan:
Bu yerda: R0 – E0 yoritilmaganlikdagi fotorezistor qarshiligi.
Inersionlik yuqorida qayd etilganidek kamchiliklardan biri xisoblanadi, chunki nur diodlari qurilmalarida ko‘p xollarda impulpsli ish tizimidan foydalaniladi. Inersionlik fototokning tushishi s va ko‘tarilish n vaqt doimiysi bilan xarakterlanadi. Tez ishlashi bo‘yicha fotorezistorlarni tanlashda nur tarqatish impulps davomiyligi ko‘tarilish vaqti doimiysidan kata bo‘lishi kerak, chunki shu vaqt ichida fototok o‘zining maksimal ko‘rsatkichiga yetadi.
Yuqorida keltirilgan ma’lumotlardan xulosa qilib aytish mumkinki ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda fotopriemnik sifatida fotorezistor ishlatish maqsadga muvofiqdir. Ikki to‘lqinli optoelektron qurilmalarda tanlangan fotopremnik xar ikkala to‘lqin uzunligidagi yoruliklarni bir xilda sezishi kerak xuddi shu maqsadda yaratilayotgan optoelektron qurilma uchun PbSe- yarim o‘tkazgichli fotorezistor SF4–3D mos keladi. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi 3.9.- rasmda keltirilgan.
3.9- Rasm. SF4–3D fotorezistorining spektral xarakteristikasi.
|
