kiti optinös elektronikos Įtaisai. optiniai … skaidres/kiti oe...elektronikos Įtaisai 2009 vgtu...
TRANSCRIPT
![Page 1: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/1.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
1
KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI.
Optiniai retransliatoriai
1. Pagal schemą fotodetektorius-elektrinių impulsų stiprintuvas-formuotuvas-optinis moduliatorius.
2. Jei nedidel÷ dispersija, naudojami optiniai stiprintuvai.
Erbiu legiruota skaidula veikia kai optinis stiprintuvas.
Kai kaupinimo galia 100 mW ir skaidulos ilgis 10–20 m, gaunamas apie 20 dB stiprinimas.
![Page 2: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/2.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
2
• Fotorezistoriai• Fotodiodai• Fotovoltiniai elementai• Fototranzistoriai ir fototiristoriai• Optinio ryšio fotodetektoriai• Kiti optin÷s elektronikos įtaisai• Optonai
PUSLAIDININKINIAI FOTOELEKTRINIAI IR KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI
Daugumos puslaidininkinių fotoelektrinių įtaisų veikimas pagrįstas vidiniu fotoefektu, kuris pasireiškia tada, kai fotonų energijos didesn÷s už puslaidininkio draudžiamosios juostos plotį.
![Page 3: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/3.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
3
Fotorezistoriai
Fotorezistoriaus voltamperin÷s charakteristikos ir liuksamperin÷charakteristika
Neapšviesto fotorezistoriaus tamsin÷ varža yra didel÷. Veikiant šviesai, padid÷ja krūvininkų koncentracija, ir fotorezistoriaus varža sumaž÷ja.
![Page 4: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/4.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
4
Fotorezistoriai
Fotorezistoriai taikomi nuolatin÷s ir kintamosios srov÷s grandin÷se. Jų trūkumas – didelis inertiškumas.
![Page 5: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/5.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
5
Fotodiodai
Fotodiodai į elektrinę grandinę jungiami atgaline kryptimi. Šviesos srautas valdo atgalinę diodo srovę.
Fotodiodas ir jo voltamperin÷scharakteristikos
Puslaidininkinis fotovoltiniselementas ir jo voltamperiniųcharakteristikų šeima
![Page 6: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/6.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
6
Fotodiodai
Schematic drawing of a p-i-nphotodiode
![Page 9: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/9.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
9
Fototranzistoriai
Fototranzistoriaus sandara tokia, kad šviesa gali veikti bazę.
Fototranzistoriuje gaunamas fotosrov÷s stiprinimas. Tod÷l fototranzistoriųfotojautris yra daug didesnis nei fotodiodų. Tačiau baz÷je krūvininkai užtrunka. Tod÷l fototranzistoriai yra inertiškesni nei fotodiodai.
![Page 10: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/10.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
10
Optinio ryšio (puslaidininkiniai) fotodetektoriai (FD)
Kvantinis našumas:
λγ
λη
q
hc
q
hc
/
q/ f
f
f ===P
I
WP
I
hc
qf ληγ ==
P
I
24,1
ληγ =
)exp()0()( xPxP α−=
Jautris:
( ) ( )( )( )[ ]21
10
exp1
exp1/
xx
xRPP
−−−×
×−−=
α
α
Jei absorbuojama šviesa, jos galia maž÷ja:
Aktyviajame sluoksnyje absorbuojamos šviesos galios dalis:
Sandūra turi būti arti paviršiaus, nuskurdęs sluoksnis – storas, ...atsiradę krūvininkai turi sp÷ti įveikti nuskurdintąjį sluoksnį (krūvininkų gyvavimo trukm÷ turi būti ilgesn÷ už jų l÷kio trukmę).
![Page 11: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/11.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
11
Optinio ryšio (puslaidininkiniai) fotodetektoriai (FD)
1. Germanio FD.
2. InGaAs-InPheterostrukturiniai FD.
3. Šotkio FD.
4. Griūtiniai FD.
Medžiagos – atsižvelgiant į šviesos bangos ilgį.
Griūtiniuose FD – fotosrov÷s stiprinimas, bet ... didesni savieji triukšmai ir mažesn÷ veikimo sparta.
![Page 12: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/12.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
12
Optronai
Optronais vadinami optin÷s elektronikos įtaisai, sudaryti iš šviesos spinduolio, optinio kanalo ir fotoimtuvo. Optronuose spinduolis yra elektriškai izoliuotas nuo fotoimtuvo. Optiniu kanalu informacija perduodama viena kryptimi. Tod÷l optronuose praktiškai nepasireiškia grįžtamasis ryšys, ir iš÷jimo grandin÷ neturi įtakos į÷jimo grandinei.
![Page 13: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/13.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
13
Užduotis
1. GaAs lazerinio diodo optinio rezonatoriaus ilgis – 0,5 mm,
n = 3,7. Spinduliuojamų virpesių spektro linijos plotis –
~1,5 nm. Galimai išsamiau apibūdinkime diodo
spinduliuojamos šviesos spektrą.
![Page 14: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/14.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
14
1. Puslaidininkinio lazerio aktyviosios srities ilgis l = 0,3 mm, storis – 2 µm, lūžio rodiklis n =3,6, spinduliuojamos šviesos bangos ilgis – 0,84 µm, slopinimo koeficientas α = 3,5⋅103 m-1. Raskime šviesos stiprinimo koeficientą, kuris būtinas, kad susižadintų virpesiai. Kaip pasikeistų gmin, jeigu vienas veidrodis pilnai atspind÷tų šviesą?
2. GaAs lazerinio diodo optinio rezonatoriaus ilgis – 0,5 mm, n = 3,7. Spinduliuojamų virpesių spektro linijos plotis – ~1,5 nm. Galimai išsamiau apibūdinkime diodo spinduliuojamos šviesos spektrą.
3. Puslaidininkinio lazerio λ = 1,3 µm. Jo rezonatorius yra stačiakampio gretasienio formos, l = 150 µm, w = 20 µm, 2d = 1 µm. Medžiagos lūžio rodiklis n ≅ 4. Apskaičiuokime išilgin÷s modos numerį ir nuotolį tarp artimiausių generuojamos šviesos bangos ilgių.
4. Pakomentuokite 2.16 ir 2.17 paveikslus.
5. Pagal 2.17 paveikslą raskime srov÷s tankį ir stiprumą, kurie užtikrina g > 0. Raskime charakteristikos gmax(Jef) statumą. Lazerinio diodo aktyviosios srities storis – 0,5 µm, plotis – 20 µm, ilgis – 0,4 mm. Vidinis kvantinis našumas ηvid = 0,5.
Užduotys
![Page 15: KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai … skaidres/Kiti OE...ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009 VGTU EF ESK stanislovas.staras@el.vgtu.lt 1 KITI OPTINöS ELEKTRONIKOS ĮTAISAI. Optiniai](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040718/5e2732bbc58ecc4a5918cac7/html5/thumbnails/15.jpg)
ELEKTRONIKOS ĮTAISAI 2009
VGTU EF ESK [email protected]
15
6. Raskime GaAlAs-GaAs lazerinio diodo aktyviuoju sluoksniu sklindančios šviesos galios dalį, jeigu galio arsenido n = 3,6, ∆n = 0,4, 2d = 0,5 µm.
7. Lazeriniam diodui panaudota GaAlAs-GaAs heterostruktūra. ηvid = 0,8, Γ = 0,8, 2d = 0,5 µm, l = 0,4 mm, b = 10 µm, R1 = 1, R2 = 0,33, α = 1 mm-1, (Jef)0 = 4,3⋅1013 A⋅m-3, S = 4,8⋅10-10 m2/A. Raskime slenkstinį srov÷s tankį ir stiprį.
8. Laikydami, kad lazerinio diodo aktyviajam sluoksniui panaudotas GaAs, pagal 2.19 paveikslą raskime diodo naudingumo koeficientą, kai I = 0,5 ir 0,6 A.
9. InGaAsP lazerinio diodo spinduliuojamos šviesos bangos ilgis yra ~1550 nm. Kaip galima rasti vienmodžio lazerinio diodo, sudaryto pagal 2.22 paveikslą, a, gardel÷s periodą?
10. Silicio fotodiodo n srityje priemaišų koncentracija yra Nd = 5⋅1021 m-3. Diodo atbulin÷ įtampa – 100 V. Kai bangos ilgis – 0,8 µm, šviesos absorbcijos koeficientas yra ~105
m-1, n = 3,5. Koks gali būti maksimalus diodo kvantinis našumas?
Užduotys