8. Инжекционная люминесценция . 212

8.1. Процессы рекомбинации............ 212

8.2. Спектры рекомбинационного излучения........ 214

8.3. Прямозоинне и непрямозонные полупроводники...... 218

8.4. Внутренияя квантовая эффективность......... 221

8.5. Внешняя квантовая эффективность.......... 224

8.6. Конструкции светоизлучающих диодов для оптической связи . . 227

8.7. Высокочастотные особенности........... 232

Задачи................... 236

Резюме................... 238

9. Использование гетероструктур........... 239

9.1. Гетеропереходы............... 239

9.1.1. Типы гетеропереходов............ 239

9.1.2. Полезные свойства гетеропереходов........ 244

9.1.3. Эффективность инжекции........... 246

9.1.4. Характеристики гетеропереходов......... 247

9.2. Двойная гетероструктура............. 249

9.2.1. Ограничение тока............. 249

9.2.2. Ширина полосы модуляции . ........ 253

9.3. Светоизлучающие диоды на основе двойной гетероструктуры . . 255

9.4. Изготовление гетероструктур........... 261

Задачи................... 263

Резюме................... 264

10. Работа полупроводникового лазера.......... 253

10.1. Основные принципы работы лазера......... 265

10.1.1. Спонтанное излучение, индуцированное излучение и поглощение 265

10.1.2. Условия работы лазера........... 267

10.2. Оптическое усиление в полупроводнике........ 269

10.2.1. Условия усиления............ 269

10.2.2. Скорости спонтанного и индуцированного излучения . . . 272

10.2.3. Влияние показателя преломления........ 273

10.2.4. Расчет коэффициента усиления......... 274

10.2.5. Отношение коэффициента усиления к плотности тока . . . 276

10.2.6. Конкретизация. Упрощения. Рабочие примеры..... 276

10.2.7. Полуэмпирический анализ........... 279

10.3. Лазерный порог............... 281

10.4. Характеристики лазеров.............. 284

Задачи................... 286

Резюме................... 287

11. Полупроводниковые лазеры для оптической связи...... 288

11.1. Разработка полосковых лазеров.......... 288

11.2. Оптические и электрические характеристики полосковых и зарошен-

ных гетероструктурных лазеров........... 292

11.2.1. Лазерные моды............. 292

11.2.2. Спектральные характеристики......... 296

11.2.3. Ватт-амперные и вольт-амперные характеристики . . .297

11.2.4. Частотные характеристики.......... 299.

11.3. Источинкн длинноволнового излучения . ...... 304

11.4. Надежность светодиодов и лазеров на основе двойных гетероструктур ................. 304

Задачи................... 307

Резюме................... 308

12. Полупроводниковые p-i-n-фотодиодиые детекторы..... 308

12.1. Общие сведения............... 308

12.2. Собственное поглощение............. 311

12.3. Квантовый выход.............. 312

12.3.1. Идеальный фотодиод............ 312

12.3.2. Отражение от поверхности......... 313

12.3.3. Повыщение поглощения внутри обедненного слоя .... 313

12.3.4. Снижение рекомбинации.......... 314

12.4. .Материалы и конструкции p-i-n-фотоднодов....... 314

12.4.1. Общие положения............. 314

12.4.2. Кремниевые p-i-л-фотодноды.......... 315

12.4.3. Гетероструктурные диоды и диоды с барьером Шотки . . . 316

12.4.4. Фотодиоды для длинноволнового диапазона...... 317

12.5. Импульсные и частотные характеристики p-i-n-фотодиодов . . . 319

12.5.1. Характеристика фотодиода.......... 319

12.5.2. Постоянная времени схемы.......... 320

12.5.3. Переходное время............. 321

12.6. Шум р-1-п-фотодиодов............. 324

Задачи................... 326

Резюме................... 327

3. Лавиииые фотодиодиые детекторы.......... 328

13.1. Лавинное умножение носителей.......... 328

13.1.1. Общие сведения............. 328

13.1.2. Теория лавинного умножения......... 330

13.1.3. Экспериментальное поведение......... 333

13.2. Устройство лавинных фотодиодов......... . 333

13.3. Ширина полосы пропускания лавинных фотодиодов..... 338

13.4. Шум лавинных фотодиодов............ 340

Задачи................... 345

Резюме . . . . •............... 345

14. Усилитель приемника оптических сигналов........ 346

14.1. Общие сведения............... 346

14.2. Источники щума в оптическом приемнике........ 347

14.3. Схемы усилителей и их элементная база........ 349,

14.4. Схема усилителя напряжения............351

14.4.1. Отношение снгиал-шум........... 351

14.4.2. Идеальный случай.............. 355

14.4.3. Усилитель с высоким входным сопротивлением или интегрирующий усилитель............ 356

14.4.4. Усилитель с низким входным сопротивлением..... 359

14.4.5. Точное решение для тока фотодиода...... 361

14.5. Усилитель с обратной связью, или трансимпедансиый усилитель 362

14.6. Практический пример............. 365

Задачи.................. 367

Резюме ................. 368

15. Регенерация цифровых сигналов ........ 369

15.1. Причины появления ошибок при регенерации цифровых сигналов 369

15.1.1. Идеальная цифровая система связи........ 369

15.1.2. Причины появления ошибок прн регенерации цифровых сигналов ................ 372

15.1.3. Характеристики фильтра, минимизирующего межснмвольные помехи............... 374

15.1.4. Глаз-диаграмма............. 377

15.2. Квантовый предел детектирования......... 378

15.3. Влияние шумов .усилителя н тепловых шумов на вероятность

ошибок............... 379

15.3.1. Вероятность ошибок нри пренебрежимо малом дробовом шуме 379

15.3.2. Вероятность ошибок для случая, когда усиленный дробовой

шум соизмерим с шумом от других источников .... 383

15.3.3. Оптимизация оптической системы связи...... 387

15.4. Штраф за шум в практических системах связи ... ... 388

15.4.1. Общие сведения............ 388

15.4.2. Ненулевой коэффициент затухания . .... 389

15.4.3. Конечная длительность импульса и неустойчивость синхронизации............... 389

15.4.4. Изменения уровня мощности: модовый шум..... 390

Задачи.................. 394

Резюме.................. 396

16. Открытые оптические системы связи ....... 397

16.1. Общие сведения.............. 397

16.2. Характеристики передачи........... 398

16.2.1. Расходимость пучка........... 398

16.2.2. Затухание оптического излучения в атмосфере .... 403

16.3. Источники излучения....... ..... 405

16.3.1. Общая характеристика источников излучения .... 405

16.3.2. Лазерные источники излучения на стекле с неодимом . . 406

16.3.3. Лазерные источники излучения иа углекислом газе . . . 410

16.4. Фотодетекторы.............. 414

16.4.1. Общая характеристика фотодетекторов.......414

16.4.2. Использование ФЭУ на более коротких длинах волн . . . 414

16.4.3. Фотодетекторы для более длинных волн...... 417

16.4.4. Использование гетеродинного детектирования..... 418

16.5. Примеры открытых оптических систем связи....... 422

16.5.1. Наземные системы связи........, . 422

16.5.2. Перспективная оптическая система для связи в ближнем космосе............... 424

Задачи.................. 427

Резюме.................. 428

17. Волоконно-оптические системы связи......... 429

17.1. Общие сведения.............. 429

17.2. Экономические преимущества волоконно-оптических систем связи . 430

17.2.1. Обзор............... 430

17.2.2. Свя1зь иа большие расстояния........ 432

17.2.3. Услуги местного распределения........ 436

17.2.4. Телеметрия и локальная передача данных...... 437

17.3. Цифровые волоконно-оптические системы связи...... 438

17.3.1. Системы первого поколения.......... 438

17.3.2. Системы второго поколения ..... 444

17.3.3. Другие применения........... 450

17.4. Аналоговые волоконно-оптические системы связи ..... 451

17.4.1. Преимущества и недостатки аналоговой модуляции . 451

17.4.2. Прямая модуляция по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала.......... 454

17.4.3. Использование частотио-модулированной поднесущей . 456

17.5. Применение ВОЛС в локальных сетях связи ...... 458

17.6. Городские сети связи............ 465

Задачи.................. 467

Резюме................. 468