Egwyddor weithredol deuod sy'n allyrru golau
Deuodau-allyrru golau (LEDs) a ddefnyddir ynffibr optigmae cyfathrebu yn allyrru golau isgoch anweledig, tra bod LEDs a ddefnyddir mewn arddangosfeydd yn allyrru golau gweladwy, fel golau coch a gwyrdd. Fodd bynnag, mae eu mecanweithiau allyrru golau yr un peth yn y bôn. Mae proses allyrru LED yn cyfateb yn bennaf i'r broses allyrru golau yn ddigymell. Pan fydd cerrynt ymlaen yn cael ei chwistrellu, mae'r cludwyr nad ydynt yn ecwilibriwm wedi'u chwistrellu yn ailgyfuno yn ystod trylediad, gan allyrru golau. Felly, mae LEDs yn ffynonellau golau anghydlynol ac nid ydynt yn ddyfeisiau trothwy; mae eu pŵer allbwn yn y bôn yn gymesur â'r cerrynt wedi'i chwistrellu.
Mae gan LEDs led sbectrol eang (30-60 nm) ac ongl ymbelydredd mawr. Mewn systemau cyfathrebu digidol cyflymder isel a-lled band cul, LEDs yw'r ffynhonnell golau optimaidd. O'u cymharu â laserau, mae cylchedau gyrru LED yn symlach, ac maent yn cynnig cyfaint cynhyrchu uwch a chost is.
Y gwahaniaeth rhwng LEDs a lasers yw nad oes gan LEDs geudod soniarus optegol ac ni allant gynhyrchu golau laser. Maent yn gyfyngedig i allyriadau digymell, gan allyrru golau anghydlynol. Mae laserau, ar y llaw arall, yn cael eu hysgogi allyriadau, gan allyrru golau cydlynol.
Strwythur LED
Mae LEDs hefyd yn defnyddio sglodion heterojunction dwbl yn bennaf. Y gwahaniaeth yw nad oes gan LEDs arwynebau holltiad, sy'n golygu nad oes ganddyn nhw geudodau atseiniol optegol, ac oherwydd nad ydyn nhw'n pendilio fel laserau, nid oes ganddyn nhw unrhyw gyseiniant optegol. Mae LEDs wedi'u rhannu'n ddau brif gategori: LEDau sy'n allyrru ar yr wyneb a LEDau sy'n allyrru ymyl. Dangosir strwythur LED sy'n allyrru arwyneb yn Ffigur 3-11, a dangosir strwythur LED sy'n allyrru ymyl yn Ffigur 3-12.
Ffigur 3-11 Adeiledd LE sy'n allyrru arwynebD
Mae LEDau sy'n allyrru ymyl- hefyd yn defnyddio strwythur heterojunction dwbl. Gan ddefnyddio technoleg mwgwd SiO2, mae stribed-electrod cyswllt siâp (40-50mm) yn berpendicwlar i'r wyneb diwedd yn cael ei ffurfio ar wyneb cyswllt siâp y stribed, gan ddiffinio lled yr haen weithredol. Ar yr un pryd, mae haen canllaw tonnau optegol yn cael ei ychwanegu i wella cyfyngiad golau ymhellach, gan arwain yr ymbelydredd golau a gynhyrchir yn y rhanbarth gweithredol i'r wyneb allyrru, a thrwy hynny wella effeithlonrwydd cyfuno â'r ffibr optegol. Mae un pen yr haen weithredol wedi'i orchuddio â -ffilm adlewyrchiad uchel, a'r pen arall â ffilm gwrth-fyfyrio i gyflawni allyriadau golau un cyfeiriad. Yn y cyfeiriad sy'n berpendicwlar i'r awyren gyffordd, mae'r ongl dargyfeirio tua 30 gradd, gan arddangos effeithlonrwydd cyplu allbwn uwch na LEDs sy'n allyrru arwyneb.
Mae Ffigur 3-12 yn dangos strwythur LED allyrru ymyl
Nodweddion gweithredu LED
(1) Nodweddion sbectrol: Mae llinell sbectrol ΔA LEDs yn llawer ehangach na laserau. Dangosir sbectrwm allyriadau LEDau InGaAsP yn Ffigur 3-13.
Ffigur 3-13 Sbectrwm allyriadau InGaAsP LED
Gan nad oes gan LEDs geudod atseiniol optegol i ddewis tonfeddi, mae eu sbectrwm yn seiliedig yn bennaf ar allyriadau digymell, gan arwain at linell sbectrol eang. Gelwir y donfedd sy'n cyfateb i'r dwyster goleuol uchaf ar y gromlin sbectrol yn donfedd brig allyriadau λp, a gelwir y gwahaniaeth tonfedd Δλ rhwng y ddau hanner pwynt dwyster ar y gromlin sbectrol yn linewidth sbectrol LED (neu'n syml lled sbectrol), sef maint sy'n gysylltiedig â thymheredd T a thonfedd.
Yn y fformiwla, c yw cyflymder golau mewn gwactod; h yw cysonyn Planck, h=6.625 × 10⁻³⁴ J·s; a k yw cysonyn Boltzmann, k=1.38 × 10⁻ J/K.
Fel y gwelir o hafaliad (3-10), mae'r lled sbectrol yn cynyddu gyda chynnydd y donfedd ymbelydredd λ yn ôl λ². Yn gyffredinol, lled sbectrol LEDs tonfedd byr (GaAlAs{{{{}}GaAs) yw 10~50nm, a lled sbectrol LEDs tonfedd hir (InGaAsP-InP) yw 50 ~ 120nm.
Mae'r lled sbectrol yn cynyddu gyda chrynodiad cynyddol dopio haen weithredol. Yn gyffredinol, mae LEDau sy'n allyrru arwyneb yn cael eu dopio'n drwm, tra bod LEDau sy'n allyrru ar yr ymylon yn cael eu dopio'n ysgafn; felly, mae gan -LEDs sy'n allyrru arwyneb led sbectrol ehangach. At hynny, mae dopio trwm yn symud y donfedd allyriadau tuag at donfeddi hirach. Yn ogystal, mae newidiadau tymheredd ac amrywiadau mewn dosbarthiad ynni cludwr hefyd yn achosi newidiadau lled sbectrol.
(2) Nodweddion Pŵer Optegol Allbwn Mae nodwedd P{1}}I LED yn cyfeirio at y berthynas rhwng y pŵer optegol allbwn a'r cerrynt pigiad, fel y dangosir yn Ffigur 3-14. Fel y gwelir yn Ffigur 3-14, mae gan ddyfeisiau sy'n allyrru arwynebau bŵer uwch, ond maent yn dueddol o ddirlawnder ar geryntau pigiad uchel; tra bod gan ddyfeisiau sy'n allyrru ymyl bŵer cymharol is. Yn gyffredinol, o dan yr un cerrynt pigiad, mae pŵer allbwn optegol LED sy'n allyrru arwyneb 2.5 i 3 gwaith yn fwy na LED sy'n allyrru ymyl. Mae hyn oherwydd bod LEDs sy'n allyrru ymyl yn destun mwy o amsugno ac ailgyfuno rhyngwyneb.
Ffigur 3-14 o nodweddion DP LED
(3) Nodweddion tymheredd Gan fod LEDs yn ddyfeisiau di-drothwy, mae ganddynt nodweddion tymheredd da ac nid oes angen cylchedau rheoli tymheredd arnynt.
(4) Effeithlonrwydd cyplu O dan amodau cymhwyso arferol, mae cerrynt gweithredu LED yn 50-150mA ac mae'r pŵer allbwn yn ychydig miliwat. Oherwydd bod ongl dargyfeirio'r trawst a allyrrir gan LED yn fawr, mae'r effeithlonrwydd cyplu â ffibr optegol yn isel, ac mae pŵer y ffibr yn llawer llai. Yn gyffredinol, dim ond ar gyfer trosglwyddo pellter byr y mae'n addas.
(5) Nodweddion modiwleiddio: Mae gan LEDs amleddau modiwleiddio isel. O dan amodau gweithredu arferol, amledd torri'r LEDau sy'n allyrru arwyneb yw 20- 30MHz, ac amlder torri'r LEDau sy'n allyrru ymyl yw 100-150MHz, yn bennaf oherwydd y cyfyngiad ar oes y cludwr.
Cymharu Laserau (LDs) a LEDs
O'i gymharu â deuodau optegol (LDs), mae gan LEDs bŵer allbwn is, llinell sbectrol ehangach, ac amlder modiwleiddio is. Fodd bynnag, mae LEDs yn cynnig perfformiad sefydlog, oes hir, rhwyddineb defnydd, ystod linellol eang o bŵer allbwn, ac maent yn symlach i'w cynhyrchu ac yn llai costus.
Mae LEDs fel arfer yn cael eu cyplysu â ffibrau optegol amlfodd ar gyfer systemau cyfathrebu optegol pellter isel, byr â thonfeddi o 1.31μm neu 0.85μm.
Mae deuodau laser (LDs) fel arfer yn cael eu cyplysu â-ffibr modd sengl ar gyfer systemau cyfathrebu optegol gallu uchel, pellter hir ar donfeddi o 1.31 μm neu 1.55 μm.
Mae laserau adborth wedi'u dosbarthu (DFB-LDs) hefyd yn cael eu cyplysu'n bennaf â ffibr modd sengl neu ffibr modd sengl wedi'i ddylunio'n arbennig ar gyfer systemau ffibr optegol gallu uchel newydd ar donfedd o 1.55 μm, sef y brif duedd ar hyn o bryd mewn datblygiad cyfathrebu ffibr optegol.
