🗊Презентация Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства. Светодиоды

Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства Лекция: Светодиоды В.М. Шандаров Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

История создания

К чему приводит прямое смещение

Светодиод

Светодиоды

Светодиод

Квантовый выход

Потери

Светодиоды

Светодиоды

Светодиоды

    На рис. показаны поперечные разрезы других светодиодов, которые имеют параболическую, полусферическую и усечённо сферическую геометрию.     На рис. показаны поперечные разрезы других светодиодов, которые имеют параболическую, полусферическую и усечённо сферическую геометрию.

Светодиоды

Структура поверхностно излучающего светодиода

Светодиоды

Edge-emitting LED

LED spectral patterns

Светодиоды

Light-emission cone

Drawbacks of LED Large line width (30-40 nm) Large beam width (Little optical power coupled in to the fiber) Incoherency Low E/O conversion efficiency Advantages Robust Linear

Различают два основных типа светодиодов, обеспечивающих ввод излучения в оптические волокна малого диаметра: светодиоды с излучающей поверхностью (рис.4) и с излучающей гранью (рис.). Различают два основных типа светодиодов, обеспечивающих ввод излучения в оптические волокна малого диаметра: светодиоды с излучающей поверхностью (рис.4) и с излучающей гранью (рис.).

Фотоэлементы

Фоторезисторы Это светочувствительные элементы, принцип действия которых основан на изменении проводимости полупроводникового материала под действием света. Он представляет собой пленку из полупроводникового материала (сернистый свинец, селенид кремния, сернистый кадмий), обладающего очень высокой чувствительностью к свету, которую наносят на стекло или керамику. В цепи источника постоянного или переменного напряжения фоторезистор изменяет свое сопротивление и ток в цепи в зависимости от интенсивности света.

Фотодиоды Принцип действия: под действием оптического излучения образуется электронно-дырочная пара и в области пространственного заряда p-n перехода резко возрастает обратный ток фотодиода. Схема фотодиода:

ВАХ диода на основе p-n – перехода

p-n-фотодиод в оптической связи Две характеристики p-n-фотодиодов ограничивают их применение в волоконно-оптической связи. Во-первых, обедненная зона составляет достаточно малую часть всего объема диода, и большая часть поглощенных фотонов не приводит к генерации тока во внешнем контуре. Возникающие при этом электроны и дырки рекомбинируют на пути к области сильного поля. Для генерации тока достаточной силы требуется мощный световой источник. Во-вторых, наличие медленного отклика, обусловленного медленной диффузией, замедляет работу диода, делая его непригодным для средне- и высокоскоростных применений. Это позволяет использовать фотодиод на основе p-n – перехода только в килогерцовом диапазоне.

P-i-n фотодиод

Принцип работы

Основные параметры чувствительность (в современных p-i-n-фотодиодах чувствительнось составляет величину от 10 нВт до 100 пВт , что соответствует -50 дБм - -70 дБм); квантовая эффективность (в p-i-n-фотодиодах обычно достигает 80%, для фотодиодов, сконструированных для применения в оптоволоконных линиях, емкость перехода равна 0,2 пФ при рабочей поверхности диода 200 мкм); время отклика (фотогенерированные носители в i-слое будут разделяться в сильном электрическом поле, и фотоотклик таких диодов будет быстрым).

Схема конструкции p-i-n ФД

Кремниевые p-i-n-фотодиоды

Схема включения фотодиода

Спектральная чувствительность Ge (1) и Si (2) приборов

Лавинный фотодиод

Схема лавинного ФД

Схема конструкции лавинного ФД

Светодиоды