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]

токе 50 мА. При этом использован светодиод не «типа Барраса» с высоким тепловым импедансом активного слоя. Тем не менее в течение 1000 ч при окружающей температуре 25 и плотности тока 50 А/мм* деградация была мала.

На рис. 9.16 показан светодиод на основе двойной гетероструктуры GalnAs/InP, работающий на длине волны 1,3 мкм. Подложка из InP прозрачна для излучения. Как видно из этого рисунка, в данном приборе используется сферическая линза, изготовленная из стекла с высоким показателем преломления. Коэффициент связи зайисит от точности юстировки и правильности усечения лиизы. Около 100 мкВт может быть передано в световод 0,16 ЛЛ с диаметром сердцевины 85 мкм при плотности тока 50 А/мм. Спектральный диапазон такого светодиода составляет около 100 нм при длине волны 1,3 мкм, что соответствует, величине 3 kT.

Использование работающих в таком диапазоне светодиодов обусловлено малым значением дисперсии волокна на этой длине волиы (см. § 3.3 и 17.3.2). В диапазоне 1,5 ... 1,6 мкм оптическое волокно имеет минимальное поглощение. Можно изготовить светодиоды на основе двой-


Волокмо -п-контант

N-InP

Золотой поглотитель тепла Активная оолость а)

Минроликза (ПОуЗЮстекло п-1,9)

ti-lr\V подлатна p-GalnfisP P-lnP

-контакт


Рис. 9.16. Светодиод на основе двойной гетероструктуры для длинноволнового диапазона: а - схематическое поперечное сечение; б - микрофотография, полученная на сканирующем электронном микроскопе [Воспроизведено с разрешения Plessey Research (Caswell Ltd.)]




Волокно со ссрери -ческим концом 1п9 линза Покрытие (51 Огнистый для анализа)

п - контакт

И~1пРподлотна

N-InP п-1пвай$Р

---р-1п6айзР

Пластина Да

Ввлонно в непрерыднь/м звнонвм изменения пв~ •казателя прелемлеу- ния пе авпвремвм > 5д сеченин),еерВцв-/ х euHaSOMHM, длина 1м

Поглотитель тепла а)

р-контакт


Рис. 9.17. Вариант светоднода иа основе двойной гетероструктуры для длинноволнового диапазона:

а - схематическое поперечное сечение; б - зависимость связанной мощности от тока

0. Wada et ai. Perfomance and reliability of high radiance InGaAsP DH LEDs operating in the 1,15-1,5 \i m wavelength region.- IEEE Jnl. of Qn. Ets. QE-18., 368-74; ©, 1982, IEEE.]

НОЙ гетероструктуры InGaAsP/InP с различным составом активного слоя, что позволит перекрыть диапазон 1,05 ...1.,6 мкм. Источники излучения, типа схематически показанного на рис. 9.17, о, имеют спектральные характеристики, приведенные на рис. 8.5. Поскольку подложка из 1пР прозрачна для излучения светоднода, имеется возможность изготовить методом травления монолитную микролинзу. При этом диаметр контакта составляет 40 мкм, а толщина активного слоя 1,5 мкм. Основные характеристики при токе смещения 100 мА (80 А/мм) представлены в табл. 9.1. Выходная мощность на длине волны 1,5 мкм нелинейно зависит от тока, как это заметно на рис. 9.17, б. Причины этого могут быть следующие: рекомбииационный безызлучательиый процесс (см. рис. 8.1); инверсия населенностей (см. § 10.1); утечка тока через потенциальный барьер; аномальные тепловые эффекты. Проблемы такого типа будут разрешаться по мере совершенствования технологии изготовления приборов, работающих на длинных волнах. Это относится и к наблюдаемой температурной зависимости выходной мощности при постоянном токе питания. Она аппроксимируется соотношением вида

Ф(Г)/Ф (T-i) = ехр [- {Т - Г,)/Го1. (9.3.1)

Значение Го меняется от 80 до 145 К для светодиодов различного производства, работающих на длине волны 1,3 мкм. Оно уменьшается при переходе к более длинноволновым приборам, что указывает на увеличение температурной чувствительности.

9* 259



Зависимость оптической мощности от времени с ростом температуры описывается экспоненциально падающей кривой

ФИО = Фг(0) ехр (- РО- (9.3.2)

Постоянная времени экспоненциально зависит от температуры

Р = Ро ехр (- г„1кТ), (9.3.3)

где k - постоянная Больцмана, Ро и ба - эмпирические коэффициенты. Эти выражения указывают на термический механизм деградации при энергии активации Измерения на GaAlAs/GaAs диодах показали е„ ж 0,6 эВ, Ро » 10 ч-, тогда как для InGaAsP/InP приборов Е„ = I эВ, Ро ж 2 X10 ч-Ч Такое высокое значение Ьа является .полезным свойством четверных соединений. Эти результаты можно экстраполировать для более низких температур, что дает возможность предсказать срок службы приборов до спада мощности вдвое xi/a = -0,69/р З". 10" чдля InGa AsP диодов и т,/а « 10* ... 10 ч для GaAlAs диодов при 6Г С.

Светодиод с торцевым излучением на основе двойной гетероструктуры, показанный на рис. 9.18, дает увеличение излучения с очень малой излучающей поверхности. Он имеет целый ряд интересных особенностей. Благодаря полному внутреннему отражению оптическое излучение распространяется вдоль перехода. Активная область ограничивается полосковым контактом и щелью на задней части активного слоя. Это позволяет сделать активную область достаточно короткой, чтобы не возникали лазерные колебания (см. § 10.3). Световое излучение может самопоглощаться в активном слое, но он сделан очень тонким, в результате чего большая часть оптической мощности распространяется в слое, который ее не поглощает, так как имеет более широкую запрещенную зону. Поглощение оказывается максимальным для коротковолнового излучения. Это существенно сужает спектральную ширину линии - от 35 до 25 нм на длине волны 0,9 мкм и от 100 до 70 нм на 1,3 мкм. Действие оптического волновода приводит к сужению диаграммы направленности излучения до 30°. Это, а также малая площадь излучателя, делает светодиод с краевым излучением хорошо приспособленным для работы с линзовым согласующим устройством. Хоро-

Таблица 9.1. Основные характеристики светодиодов, конструкция которых показана на рис. 9.17

к, мки

Ак. ИИ

Мощность, нкВт. в волокнах

/м = 1/2лт, МГц

(50 мки; 0,2 NA)

(85 мкм: 0,16 NA)

1,15

1,27

1,50



[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]

0.0011