Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [ 75 ] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

му, составляет {NA)Vnl = (nf - nDlnl. Используя этот результат, формулу (8.5.2) и положив = 1, получаем выражение для полного коэффициента связи:

„ f уч-Ч1 (8 6 4»

Чвнут/ „2 - Лвнут (.o.D.t;

в нашем числовом примере это дает цол = 0,00053 и = 74 мкВт, т. е. получаем улучшение примерно на 50 %.

В приложении 5 показано, что линзовые устройства, подобные показанным на рис. 8.12, б, в, могут улучшить эффективность связи только в том случае, когда диаметр сердцевины волокна увеличен или излучающая поверхность диода уменьшена. Показанный на рис. 8.12, б сферический конец волокна может быть легко изготовлен плавлением. Радиус кривизны может соответствовать заостренному волокну, как показано, или можно сформировать сферическую поверхность, диаметр которой больше, чем у волокна. Используемый в такой конструкции клей должен иметь низкий коэффициент преломления. Конструкция, показанная на рис. 8.12, а, дает наилучший результат при использовании для урезанной сферической линзы материала с высоким показателем преломления (1,9 или 2,0). В обоих случаях френелевские потери должны быть снижены путем использования просветления.

В любом из этих устройств максимальная мощность, которая может быть передана от диффузного источника в волокно, ограничивается, как показано в Приложении 5, значением

\ е J \ Лволн /

где Лист и Л вол - площади источника и волокна соответственно. При энергетической яркости источника Lhct

Фг < nLcT -вол (п\-пХ)1п\ (8.6.6)

Хотя коэффициент связи можно увеличить при использовании диффузного источника меньшего размера и линзового согласующего устройства, полная передаваемая мощность не может быть увеличена до тех пор, пока нет возможности поднять плотность тока инжекции. Если то же самое значение полного тока (/ = УЛист) остается неизменным, в случае источника меньших размеров может быть реализован выигрыш в (Лвол/ист) раз. Однако если остается неизменной плотность тока /, то преимущества получить не удается. Поэтому приходится при разработке источника малой площади и высокой яркости придавать особое значение диодам с торцевым излучением и инжекционным лазерам, которые рассматриваются в гл. 9...И и обеспечивают высокую направленность излучения.



8.7. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Рассмотрим выходное излучение люминесцентного диода при наличии электрической высокочастотной модуляции. Будем предполагать, что небольшая синусоидальная модуляция наложена на положительно смещающее напряжение. Ограничим обсуждение случаем п+-р-дио-да, в котором электроны инжекции преобладают в потоке носителей и концентрация избыточных электронов падает до нуля вдали от перехода. В § 7.5 была рассмотрена эквивалентная схема светоизлучающего диода, здесь же рассмотрим элементы го и Со этой схемы, чтобы выяснить временные характеристики диода на высоких частотах. Нас будет также интересовать отношение выходной оптической мощности к входной электрической в зависимости от частоты.

Соответствующее стационарному случаю решение для диффузной области получено в § 7.4.2. Если концентрация носителей в элементе объема 6/4 Ьх (рис. 7.10) меняется со временем, полученное ранее уравнение (7.4.10) для концентрации носителей преобразуется к виду

р дп(х, t) \п(х, t)-npal- , dn{x,t) (8 7 1)

дх Xj, dt У )

Как и ранее, предполагаем, что концентрация электронов на краю обедненного с;юя в области р-типа (л; = 0) определяется концентрацией основных электронов в области п-типа и изменением потенциала в обедненном слое. Положим его равным Vo + Vi cos (at, тогда из формулы (7.5.3) получим

п(0. 0 = Проехр1е(Уо + У, cosu)) sT) =

- Про ехр (eVn/kT) ехр [{eVi cos й)) гТ]. (8.7.2)

Здесь 0) - угловая частота, / - частота модуляции. Представим зависящую от времени часть напряжения как действительную часть Vi х хехр joat, считая eVi<kT. Тогда

п (О, t) » Про ехр (eVjkT)

1 + -£exp(/W)

(8.7.3)

Не зависящая от времени часть решения

п (0) =. Про ехр (eVjkT), (8.7.4)

а решение, зависящее от времени,

п, (О, t) п (0) ехр (/«О - п, (0) ехр (/со/). (8.7.5)

"i(0) = npo(-)exp(-j. (8.7.6)



Аналогично и решение уравнения (8.7.1) можно представить в виде двух частей:

п{х, t) --- п{х) + щ (X, t). (8.7.7)

Если обозначить концентрацию избыточных носителей An (х, t),

Art (х, t) -- п {х, t) Про = п (х) - п ;- щ (х, t) -- Ап{х) АгПу(х, t). (8.7.8)

Тогда уравнение (8.7.1) приобретает вид

(Р \п (.у, t) (-У, /) . д,\п (х. О g.

Этому уравнению должны удовлетворять обе части выражения (8.7.8). Таким образом, пе зависящая от времени часть

dx т,,

откуда

An {X) -- Л/1 (0) ехр I - xi V D,x,,]. (7.4.12)

Зависящая от времени часть

Зп. (.г, /) nt (X. !) , ()tu {X, t) g j Q

t,, d/ v • ;

Поскольку граничное условие прн х О определяется (8.7.5), можно записать

п, (Л-, t) rii (х) ехр (jbit). (8.7.11)

Подставляя (8.7.11) в (8.7.10), получаем

-lii I /соп, (х), (8.7.12)

Ц==0,Тр1/Ц-/.йт„. (8.7.14)

Итак,

п, (л;) == п, (0) ехр ( -л;/;). (8.7.15)

Эффективная зависящая от времени диффузионная длина является комплексной функцией частоты. Будем исполь.зовать (8.7.15) для расчета зависящей от времени части пютности тока /, и плотности выходной оптической мощности Р.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [ 75 ] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0014