3. Yorug‘lik diodlari.Yorug‘lik diodlarining turlari, xarakteristika va parametrlari
Yorug‘lik diodini tayyorlashda yorug‘likni oson nurlantiradigan,GaAs, GaAlAs, InGaAsP, GaP, SiC kabi to‘g‘ri zonali yarim o‘tkazgich materiallardan foydalaniladi. Agar 3-4 turdagi elementlardan foydalanilsa, komponentlarning o‘zaro nisbatiga mos holda taqiqlangan zona Yeqenergiyasi o‘zgaradi. Bu bilan turli to‘lqin uzunliklarini nurlantiruvchi manbalarni yaratishga imkon tug‘iladi. Komponentlarning o‘zaro nisbatini o‘zgarishidan sindirish koeffitsiyenti ham o‘zgaradi.
Uch elementli kimyoviy birikmalar quyidagicha tasvirlanishi mumkin:
AlxGa1-xAs, 0x1,
bu yerda x – komponent qism (molyar massa).
p-n o‘tishli turli materiallardan tuzilgan bunday yarim o‘tkazgichlar geterotuzilish yoki geteroo‘tish deyiladi.
YoD larning parametrlari:
- nurlanishning to‘lqin uzunligi λ,
- nurlanish spektrining kengligi Δλ,
- nurlanish quvvati Rnur,
- noasosiy zaryad tashuvchilarning yashash vaqti va
- nurlanish quvvatining yo‘nalganlik diagrammasi Ө.
YoD yo‘nalganlik diagrammasi kengligi yuza tekisligida 1200 ni tashkil etadi (4.3-rasm).
4.3-rasm. Yorug‘lik diodining yo‘nalganlik diagrammasi.
Optik tolaga kiritish mumkin bo‘lgan maksimal quvvat Rs, sonli aperturadan aniqlanadi va quyidagi formuladan xisoblanadi:
Rs= Po (NA)2. (4.3)
Ro - manba uchun to‘liq nurlanish quvvati.
YoDdan optik tolaga kiritiladigan quvvat, uning sonli aperturasi kvadratiga proporsional. NA qiymati 0,15...0,24 oraliqda tanlanadi. Agar NA=0,2 ga teng bo‘lsa, unda tolaga kiritish samaradorligi 4% dan oshmaydi, bu quvvatni 14 dBga yo‘qotilishiga mos keladi.
Shu tariqa YoDdan foydalanish nurlanishni tolaga samarali kiritish muammosini yuzaga keltiradi. Bu muammo nurlanishni tolaga kiritishni yuqori koeffitsiyentini ta’minlovchi maxsus yorug‘lik diodlarini qayta ishlash, shuningdek mikrolinzalarni qo‘llash yordamida hal qilinadi.
YoDni asosiy ikki turi mavjud:
1. Sirtdan nurlantiruvchi YoD,
2. Yonidan nurlantiruvchi YoD.
OA tizimlarida qo‘llaniladigan GaAs asosidagi sirtdan nurlantiruvchi YoDining odatiy tuzilishi ko‘rsatilgan 4.4-rasmda ko‘rsatilgan.
Optik tola bilan fizik moslashuv va yorug‘likni kuchli yutilishini oldini olish uchun GaAs li soxaga chuqurcha o‘yiladi. Nurlanuvchi sirt yuzasi nisbatan kichik o‘lchamli (d ≈50 mkm) bo‘lib, optik tola diametriga mos ravishda tanlanadi. Nurni optik tolaga kiritishdagi yo‘qotishlar moslashtiruvchi qurilma qo‘llanilmagan xolda tolani NA sonli aperturasiga bog‘liq bo‘ladi va 14...20 dB ni tashkil etadi. Moslashtiruvchi qurilmalarni qo‘llash bu yo‘qotishlarni kamaytirishga imkon beradi.
4.4-rasm. Sirtdan nurlantiruvchi YoD tuzilishi: 1-optik tola; 2-yopishtiruvchi tarkib; 3-elektrod.
Yonidan nurlantiruvchi YoD tuzilishi 4.5-rasmda ko‘rsatilgan. Yonidan nurlantiruvchi(yonidan nurlantiruvchi) YoDlarda ikkitalik geterotuzilish ishlatiladi.
4.5-rasm. Yonidan nurlantiruvchi YoDning tuzilishi.
4.6 a va b rasmlarda mos ravishda bir tomonlama chegarali geterotuzilish BGT va ikki tomonlama chegarali geterotuzilish IGT ko‘rsatilgan. BGTli YoDlarda to‘g‘ri siljitish ta’sirida elektronlar r-n o‘tish orqali injeksiyalanadi, so‘ng r(GaAs) - p(AlxGa1-xAs) o‘tishni potensial bareri bilan tutib qolinadi.
Nurlanish rekombinatsiyasi ko‘pincha d qalinlikli aktiv soxada ro‘y beradi.
IGT ancha yuqori xususiyatlarga ega. Bunday tuzilishda aktiv nurlanish rekombinatsiyasi (4.6-rasm) o‘ng va chapdagi potensial barerlar evaziga r-sohada (GaAs) kuzatiladi va nurlanishni amalda d soha doirasida yuzaga kelishiga yordam beradi.
4.6-rasm. Bir (a) va ikki tomonlama (b) chegarali
geterotuzilishlar.
Yonidan nurlantiruvchi BGT va IGTlarni ishlatish nurlanishni yuzada tarqalishini kamaytiradi. Normal p-n o‘tishda taxminan 300 gacha kamaytiradi.
Sirtdan nurlantiruvchi YoDlarga nisbatan yonidan nurlantiruvchi YoDlarni nurlanish quvvati 2-5 marta kichik bo‘ladi. Biroq, yonidan nurlantiruvchi YoDda yo‘nalganlik diagrammasining torligi evaziga nurni optik tolaga kiritishda yo‘qotishlar kam bo‘ladi va NA ga bog‘liq ravishda 10...16 dB ni tashkil etadi.
YoDlarda nurlanish quvvati 0,01...0,1 mVt ga teng.
Yorug‘lik diodi quyidagi asosiyxarakteristikalarbilan tafsivlanadi:
- volt – amper xarakteristikasi;
- vatt – amper xarakteristikasi;
- spektral xarakteristikasi.
4.7-rasmda YoDning nurlanishining spektral xarakteristikasi berilgan. Sirtdan nurlantiruvchi YoDda λ=0,85 mkm da nurlanish spektri kengligi Δλ=40 nm ga, nurlantiruvchi kesimli YoDda λ=1,3 mkm da nurlanish spektri kengligi Δλ=90 nm ga teng.
4.7-rasm. Sirtdan nurlantiruvchi va yonidan nurlantiruvchi YoDning nurlanish spektrlari.
YoDni eng muhim parametrlari bu uning ishonchliligi va xizmat qilish muddatlaridir. Yorug‘lik diodlaridan uzoq vaqt foydalanish natijasida nurlanish quvvati kamayadi. Xarorat 10-200 S ga oshsa, xizmat muddati ikki barobar qisqaradi. Aloqa tizimlarida foydalanish uchun xizmat muddati yer aloqa liniyalari uchun 105 soatni va suv osti aloqa liniyalari uchun 106 soatni tashkil etishi kerak.
YoDlar uchta tiniqlik oynalari 850, 1310 va 1550 nm da ishlatish uchun ishlab chiqariladi. Lekin, ular ko‘proq 850 va 1310 nm da qo‘llaniladi. YoDlarni ishlab chiqarish lazer diodlariga qaraganda arzon.
YoDlarning asosiy parametrlari
Parametrlari
|
Birligi
|
850 nm
|
1310 nm
|
1310 nm
|
1550nm
|
Nurlanish spektrining kengligi
|
nm
|
40
|
50
|
40
|
60
|
Chiqishdagi quvvat
|
mkVt
|
50
|
60
|
20
|
40
|
Optik tola ÿzagining diametri
|
mkm
|
50
|
50
|
9
|
9
|
Sonli apertura
|
b/r
|
0,2
|
0,2
|
0,16
|
0,16
|
Tuzilishininig taqqosiy soddaligi, yuqori ishonchliligi va nurlanish tavsiflarining temperaturaga kuchsiz bog‘liqligi, nurlanish spektrining kengligi (60 nm gacha), nurlantiruvchi chastota oralig‘ining torligi (100-200 MGts) va tezkor emasligi sababli YoDlar asosan past tezlikli tizimlarda axborotlarni yaqin masofaga uzatishda qo‘llaniladi.
|
