LED : Light-emitting diode, dioda emitující záření.
Světelné zdroje se používají pro generování vstupního signálu v optických komunikačních systémech. Optické komunikační systémy často využívají polovodičové zdroje záření, jakými jsou diody, LED (light-emitting diode), a polovodičové laserové diody, LD (laser diode).
LASER: Light Amplification by Stimulated Emission and Radiation – angl. zesílení světla stimulovanou emisí záření.
Tyto druhy polovodičových optických součástek poskytují vysokou účinnost a spolehlivost. Kromě toho umožňují přesnou volbu rozmezí vlnových délek a emisní oblast kompatibilní s rozměrem jádra optického vlákna. Následující tabulka shrnuje hlavní charakteristiky a struktury LED a LD používané v optických komunikačních systémech s optickými vlákny.
Polovodičové zdroje optického záření |
Charakteristika |
Struktury |
LED |
LED, která nachází uplatnění v optických komunikacích, musí mít vysokou radianci – zn. musí vyzařovat poměrně velké optické výkony, dále musí mít rychlou odezvu a vysokou kvantovou účinnost. |
Planární, kupolové, LED vyzařující hranou nebo povrchem. |
LD |
LD, které se používají v optických komunikacích, by měly vyzařovat koherentní světlo o úzké šířce svazku a vysokém výstupním výkonu. |
Spontánní emise. Stimulovaná emise záření. |
Na konci optického komunikačního systému přijímají optické senzory (detektory světla) přenášené informace a uskutečňují rekonverze na elektrický signál prostřednictvím fotoelektrického jevu. Úlohou fotodetektoru je obnova dat přenesených optickým vláknem v komunikačním systému.
Fotodetektory jsou optoelektronické prvky, které převádí dopadající záření (světlo) na elektrický signál (napětí, proud).
Detektory světla, fotodetektory, jsou ve většině případu realizovány jako fotodiody, fotovodivostní detektory nebo fototranzistory. Fotovodivostní detektory mají nejjednodušší strukturu v podobě dvou kovových elektrod přivedených k polovodičové látce. Vodivost polovodiče narůstá, když jsou dopadající fotony pohlcovány v polovodiči. Výsledkem je nárůst vnějšího proudu po přivedení napětí k elektrodám. Solární články jsou specifickými fotodetektory, které se používají ve fotovoltaice (jako konvertory solární energie), nikoliv v komunikačních systémech.
Fotodioda je polovodičová součástka, která plní funkci fotodetektoru. Je tvořena p-n přechodem nebo p-i-n strukturou. Pokud foton s dostatečnou energií dopadá na povrch fotodiody, excituje elektron, který se stává pohyblivým a zároveň se generuje kladně nabitá díra.
Fototranzistory BJT (bipolární tranzistory, angl. bipolar junction transistors), které pracují jako fotodetektory, umožňují foto-proudové zesílení. Tyto součástky jsou polovodičovými světelnými senzory na bázi tranzistorů s průhledným krytem.
Polovodičové optické detektory |
Charakteristika |
Příklady struktur |
Fotodiody |
Založeny na p-n přechodu. |
p-n nebo p-i-n diody. APD (Avalanche photodiode – lavinová fotodioda). Fotodiody s heteropřechodem. |
Přechod Schottkyho |
Přechod je tvořen kontaktem polovodiče typu n s kovem. |
Kontakt Schottkyho. |
Solární články |
Solární články převádí dopadající záření na elektrickou energii. |
cSi (krystalicky křemík), a-Si: H (amorfní křemík). HiT (solární článek - tenký film s intrinsickým zn. vlastním heteropřechodem). GaAs. |
Fototranzistory |
Transistory citlivé na světlo. Fototranzistory zesilují změny světla na něj dopadajícího. |
n-p-n BJT p-n-p BJT |
Fotovodivostní detektory |
Změny vodivosti jsou kvůli absorpci světla. |
LDR (light-dependent resistor, rezistor citlivý na světlo). PbS (galenit) IR (infračervený detektor – angl. infrared detector). IR detektory na bázi selenidu olova (PbSe). |