Лазерные и световые диоды

Лазерные диоды – полупроводниковые устройства, служащие для генерации светового потока в качестве переносчика информационного сигнала. Конструируются для работы в различных диапазонах световых частот. В настоящее время наиболее перспективными лазерными диодами, работающими в диапазоне длин волн 1300-1550 нм. Соединения типа InGaAs/InP являются основными материалами, подходящими для этого диапазона длин световых волн. Помимо этих полупроводниковых соединений GaInNAs материал в настоящее время также является одним из наиболее перспективных для работы в оптоволоконных линиях связи.

рис.5. Развитие оптоэлектронных линий информационных коммуникаций.

Современные настраиваемые лазерные структуры могут работать в различном диапазоне длин волн, позволяющем мультиплексировать передаваемый сигнал по различным ветвям светового диапазона. Используя квантовые ямы в качестве активных областей лазерных устройств, возможна разбивка диапазона рабочих длин волн в соседних каналах с чередованием 45 нм. Это обеспечивает подавление сигнала в параллельном канале передачи сообщения 45 дБ, что обеспечивает одновременную работу в 120 частотных каналах. Структуры позволяют обеспечивать работу коммуникационной системы со скоростями 10 Гбит/с (рис.5).

Оптические волокна

Служат как среда для передачи световых сигналов. Свет, излучаемый лазером или светодиодом, сопрягается с сердечником оптоволокна и распространяется вдоль его оптической оси. Оптический сигнал монотонно ослабляется по мере прохождения, но в случае применение оптоволоконных линий связи затухание сигнала существенно меньше, чем в случае применения обычных проводных линий. В этом состоит основное преимущество оптоволоконных линий. Другим преимуществом является недостижимая для проводных линий скорость передачи информационных потоков. Одномодовые волокна имеют существенно меньший диаметр сердцевины волокна, поэтому они работают в узком диапазоне световых частот. Многомодовые волокна, вследствие большего диаметра сердцевины волокна, работают в более широком диапазоне частот и могут вполне сопрягаться со светоизлучающими диодами. В отличие от обычной схемы передачи информации – последовательном преобразовании оптического сигнала в электрические сигналы через определенные пространственные интервалы в настоящее время разработаны более гибкие схемы управления большими потоками сообщений. Применение волокон, легированных эрбием позволяет регенерировать и усиливать оптический сигнал без применения традиционной схемы передачи сообщений, за счет обеспечения внутреннего усиления светового сигнала в оптоволокне. Процедура фильтрации светового сигнала за счет встраивания в оптоволоконные линии брегговских решеток позволяет исправлять искажения в оптоволоконных линиях.

Преобразователи длин волн

Встроенные конверторы длины световой волны также обеспечивают целенаправленное изменение формы и коэффициента дисперсии оптоволоконных линий передачи сообщений за счет двух InP усилителей света в конструкции усилителей Маха-Цандера.

Фотодетекторы

Кремниевые фотодиоды наиболее удобны для детектирования световых сигналов в диапазоне длин волн 800-900 нм. Однако для надежного детектирования световых сигналов, лежащих в диапазоне 1300-1500 нм германиевые диоды или диоды на основе тройных или четверных твердых растворов на основе GaAs, являются наиболее предпочтительными. Это либо PIN (р-область – i-тип полупроводника – n-тип) диоды, либо лавинно-пролетные диоды, обладающие внутренним усилением детектируемого сигнала. Эффективность PIN диодов достигает 80%, емкость диода для оптической связи диаметром 200 мкм составляет 0.2 пФ, что позволяет надежно детектировать световой сигнал в любом частотном диапазоне.