4.15 Структурная схема пом.
Для организации передачи оптических сигналов не достаточно иметь только источник излучения. В любой конструкции предающего оптоэлектронного модуля (ПОМ) есть специальный держатель, который позволяет закрепить и защитить основные элементы передатчика: источник излучения (ЛД или СИД), узел электрического интерфейса и место сопряжения с волокном.
Иногда требуются дополнительные внутренние устройства для оптимального присоединения волокна. Важным элементом лазерных диодов является цепь тока накачки и узел контроля температуры. Для сложных оптических систем добавляют мониторинг выходного оптического сигнала.
Рисунок
4.15 – Структурная схема ПОМ
Здесь не все элементы являются обязательными.
ПОМ состоит из оптической части и электронной схемы, нужной для модуляции излучаемого света. В оптической головке с СИД размещается диод и модулятор тока накачки, а в оптической головке с ЛД - лазер, модулятор, фотодиод обратной связи и электронная схема, которая стабилизирует режим работы лазера. Необходимый для стабилизации сигнал поступает на вход схемы от фотодиода, регистрирующего интенсивность излучения лазера.
4.16 Принципиальная схема простейшего пом.
Принципиальная схема простейшего ПОМ с ЛД или СИД приведена на рисунке 4.16.
Рисунок
4.16 – Принципиальная схема простейшего
ПОМ
Электрические импульсы напряжением 5В поступают с формирователя цифрового кода на полевой транзистор с барьером Шоттки V1 ( например IRF530). Модулированный ток с транзистора через стабилизирующий резистор R (15Ом, 1Вт) управляет излучением диода D1. Схема питается от источника постоянного напряжения U=5В. Диод установлен на теплопроводящем радиаторе, излучение выводится из оптической головки наружу через отрезок оптического волокна, к которому в свою очередь присоединяется внешнее оптическое волокно.
Часть 5:
5.1. Процесс перехода электрона в зону проводимости.
Функция детектора волоконно-оптической системы передачи - преобразование входного оптического сигнала в электрический, который затем подвергается усилению и обработке электронными схемами фотоприёмника. Предназначенный для этих целей фотодетектор должен точно воспроизводить форму оптического сигнала, не внося дополнительного шума.
Требования, предъявляемые к фотодетектору: высокая чувствительность на рабочей длине волны, малые уровни шумов, малогабаритность, низкая стоимость и т.д. Наиболее полно указанным требованиям удовлетворяют полупроводниковые фотодиоды.
В полупроводниковых фотоприёмниках две формы внутреннего фотоэффекта:
фотопроводимость или увеличение проводимости образца под влиянием освещения в области спектральной чувствительности полупроводника;
фотовольтаический эффект, обусловленный тем, что поле p-n-перехода пространственно разделяет генерируемые светом электроны и дырки и создаёт тем самым между смежными областями кристалла полупроводника фото-ЭДС, благодаря чему по нагрузке во внешней цепи течёт фототок.
Для создания чувствительных, быстродействующих фотодетекторов используются как внешние, так и внутренние фотоэффекты. Внешний фотоэффект используется в вакуумных приборах – фотоэлементах, когда падающий на катод свет вызывает эмиссию электронов. При внутреннем фотоэффекте (но только при фотовольтаическом эффекте) в области p-n-перехода полупроводника образуются носители заряда внутри полупроводника.
Существуют материалы, носители заряда в которых не проводят ток в отсутствие воздействия светового потока. Это происходит по ряду причин: либо носители заряда находятся в зоне, где они не могут принимать участие в проводимости (например, в заполненной валентной зоне), либо они блокированы потенциальным барьером, как в детекторе Шоттки, или захвачены связанными квантовыми состояниями. В основе работы ФД лежит эффект поглощения фотонов в полупроводниковом материале и рождение за счёт этого электронно-дырочных пар. Это происходит благодаря переходу электронов из валентной зоны на более высокий энергетический уровень в зону проводимости. Если на переход не подано внешнее напряжение и цепь разомкнута (рисунок 5.1), то освещение приводит к накопление фотоэлектронов в n-области и дырок в р-области. В результате образуется разность потенциалов Uф , т.е. появляется фото-ЭДС. Если внешняя цепь замкнута - возникает фототок. В таких условиях диод работает как фотоэлемент.
Рисунок
5.1 – Процесс перехода электрона в зону
проводимости
Для регистрации потока фотонов необходимы условия, при которых электронно-дырочные пары не рекомбинируют за счёт перехода электрона обратно в валентную зону. Эти условия в ФД создаются внутренним электрическим полем перехода. В области перехода концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне меньше, чем в прилегающих полупроводниках n- и p-типа, соответственно. Поэтому область в окрестности перехода называется обеднённым слоем. Именно здесь вероятность поглощения фотона велика, а среднее время, за которое созданная электронно-дырочная пара рекомбинирует, может быть сделано большим. Процессу разделения подвергаются носители заряда, генерируемые в обеднённой области перехода и прилегающей к ней областях размером, примерно равным диффузионной длине неосновных носителей.