3 Prenos optického žiarenia, zdroje a detektory
3.2 Zdroje a detektory svetla

LED : Light-Emitting Diode – svetelná dióda

Zdroje svetla sa používajú na generovanie vstupného signálu v optických komunikačných systémoch. Optické komunikačné systémy často využívajú polovodičové zdroje svetla, akými sú diódy LED (light emitting diode) a polovodičové laserové diódy LD (laser diode).

LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – zosilnenie svetla stimulovanou emisiou

Tieto druhy polovodičových optických prvkov poskytujú vysokú účinnosť a spoľahlivosť. Naviac umožňujú presnú voľbu rozsahu vlnových dĺžok a emisných oblastí kompatibilných s rozmerom jadra optického vlákna. V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté hlavné charakteristiky a štruktúry LEDLD používaných v optických komunikačných systémoch s optickými vláknami.

Polovodičové zdroje svetla

Charakteristika

Štruktúry

LED

LED diódy používané v optických komunikáciách musia mať vysokú radianciu (intenzitu svetla), krátky čas odozvy a vysokú kvantovú účinnosť QE.

Planárne, kupolovité, LED vyžařujúce hranou alebo povrchom.

LD

LD používané v optických komunikáciách musia vyžarovať koherentné svetlo, šírka zväzku musí byť malá a výstupný výkon vysoký.

Spontánna emisia. Stimulovaná emisia.

Na konci optického komunikačného systému sa používajú optické senzory (detektory svetla) na obnovenie prenášanej informácie a konvertujú ju na elektrický signál pomocou fotoelektrického javu. Úlohou fotodetektora je príjem dát prenesených optickým vláknom komunikačného systému.

Fotodetektory sú optoelektronické prvky, ktoré konvertujú dopadajúce žiarenie (svetlo) na elektrický signál (napätie alebo prúd).

Detektory svetla alebo fotodetektory sú vo väčšine prípadov realizované ako fotodiódy, fotovodivostné detektory alebo fototranzistory. Fotovodivostné detektory majú najjednoduchšiu štruktúru v podobe dvoch kovových elektród pripojených k polovodičovému materiálu. Vodivosť polovodiča sa zvyšuje, keď sú dopadajúce fotóny pohlcované v polovodiči. Výsledkom je zvyšovanie vonkajšieho prúdu, keď je k elektródam privedené napätie. Solárne články sú špecifickými fotodetektormi, ktoré sa používajú vo fotovoltike (ako konvertory solárnej energie), ale nie v komunikačných systémoch.

Fotodióda je polovodičový prvok, ktorý plní funkciu fotodetektora. Je tvorená P-N prechodom alebo P-I-N štruktúrou. Keď fotón s dostatočnou energiou dopadá na povrch fotodiódy, excituje elektrón, ktorý sa stáva pohyblivým a zároveň sa generuje kladne nabitá diera.

Fototranzistory BJT (bipolar junction transistors - bipolárne tranzistory), ktoré pracujú ako fotodetektory, umožňujú aj zosilnenie fotoelektrického prúdu. Tieto prvky predstavujú polovodičové svetelné senzory vytvorené zo základného tranzistora s priehľadným krytom.

Polovodičové optické detektory

Charakteristika

Príklady štruktúr

Fotodiódy

Založené na P-N priechode.

p-n alebo P-I-N diódy APD (Avalanche photodiode – lavinová fotodióda). Fotodiódy s heteroprechodom.

Schottkyho prechod

Prechod je tvorený kontaktom polovodiča typu N s kovom.

Schottkyho kontakt

Solárne články

Solárne články premieňajú dopadajúce žiarenie na elektrickú energiu.

cSi (kryštalický kremík),
aSi (amorfný kremík).
HiT (solárny článok - tenký film s intrinsickým heteroprechodom).
GaAs

Fototranzistory

Tranzistory citlivé na svetlo. Fototranzistory zosilňujúce zmeny svetla, ktoré na ne dopadá.

N-P-N BJT

P-N-P BJT

Fotovodivostné detektory

Zmeny vodivosti spôsobuje absorpcia svetla.

LDR (light-dependent resistor-svetlocitlivý rezistor).
PbS (galenit) IR (infrared detector - infračervený detektor).
IR detektory na báze selenidu olova (PbSe).