Спектар зрачења ласерске диоде и поређење са светлећом (ЛЕД) диодом.

У полупроводничке изворе светлосног зрачења спадају емитерске или светлеће диоде и полупроводнички ласери , а у полупроводничке детекторе фотоотпорници, фотодиоде , фототранзистори, соларне ћелије и ЦЦД сензори.

Основни процеси који се дешавају у материјалима у којима долази до емисије или апсорпције светлости су : спонтана емисија зрачења, апсорпција зрачења и стимулисана емисија зрачења.

Према Боровом моделу атома, електрон може да се креће око језгра само по неким тачно одређеним путањама (орбитама) различитих полупречника и на свакој путањи има одређену енергију. Кретање електрона по путањи не изазива емитовање зрачења. Да би дошло до емитовања или апсорпције зрачења елекрони морају прелазити са једне на другу орбиту. Зрачење се емитује у облику кванта енергије који се зове фотон.

Емитерске или светлеће диоде (ЛЕД) и ласерске диоде имају исту основну структуру полупроводничке диоде. Када је диода директно поларисана постоји електрична сила која привлачи електроне да предју у п- тип , и на шупљине да предју у н-тип полупроводника. Они се сусрећу у зони највеће густине слободних носилаца , на самом п-н споју и ту долази до њихове рекомбинације, тј. електрони попуњавају празна места, шупљине.

При свакој појединачној рекомбинацији ослобадја се енергија једнака разлици енергија које електрони имају у проводној (Еп) и валентној зони (Ев), тј. енергија једнака енергетском процепу Ег. Уска област у којој се одвија рекомбинација на граници п-н споја назива се активна област. Ова ослободјена енергија се емитује у виду зрачења одредјеног опсега таласних дужина и тада кажемо да су прелази електрона из проводне у валентну зону радијативни.

На тај начин је потребно изабрати материјал који има одредјену вредност енергетског процепа да би добили извор светлости одређене таласне дужине. Ослобођена енергија при рекомбинацији електрона и шупљина не мора да се искључиво емитује у виду зрачења већ и у облику механичке енергије вибрација или топлотне енергије у материјалу, па такви прелази електрона из проводне у валентну зону нису радијативни , и такви материјали у којима се ово јавља нису погодни за светлосне изворе.

Проводна и валентна зона :а) у материјалу са индиректним процепом, б) у материјалу са директним процепом

Светлеће диоде

Светлеће диоде (LED-Light Emitting Diode) обично раде на таласним дужинама око 850нм и 1300нм, и то, само у комбинацији са мултимодним влакнима. Ширина спектра ових диода је око 30 ÷ 40нм, те се зато код њих примењује само интензитетска модулација (аналогна или дигитална).

Предности ЛЕД у односу на ласерске диоде су: нижа цена, линеарнији однос између снаге зрачења и струје кроз диоду и мања осетљивост на температурне промене.

Основни критеријум за примену ЛЕД су сјајност (радијанса) и брзина одзива (инерционе особине).

Сјајност је снага зрачења емитована са јединице емисионе површине у јединични просторни угао, и потебно је да буде што већа. Брзина одзива ограничава максималну ширину спектра, којим се може модулисати зрачење ЛЕД (максимално до око 200МХз). Из тог разлога потребно је да инерција диоде буде што мања.

Светлеће диоде, према величини емисионе површине, можемо поделити у две групе: 1) Диоде са великом емисионом површином (0,2 ÷ 5,6мм2 ) и слабим сјајем. Користе се само код оптичких каблова, чији су светловоди сачињени од 50 ÷ 1000 влакана у облику плетенице, па им је попречни пресек приближно једнак емисионој површи диоде. 2) Диоде са малом емисионом површином (реда величине 0,05мм2 ) и великим сјајем, за мултимодно влакно.

Такође, ЛЕД можемо поделити на диоде са површинским зрачењем (Буррус-овог типа) и диоде са бочним зрачењем.

Спектар зрачења ЛЕД диоде Светлеће диоде су полупроводничке диоде код којих при директној поларизацији настаје спонтано зрачење светлости, па су оне извори некохерентне светлости. Спектар зрачења ЛЕД диоде

ЛАСЕРСКЕ ДИОДЕ

Рад ласерске диоде (LASER- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) се заснива на процесу стимулисане емисије зрачења. За разлику од осталих ласера (гасни, чврстог стања) код полупроводничких ласера не постоје изоловани енергетски нивои, него се радијативни прелази електрона одвијају између стања проводне и валентне зоне.

Полупрводнички ласери или ласерске диоде имају структуру полуроводничке диоде. Најједноставњи су у облику сендвич структуре као на слици , али чешће су то вишеслојне структуре (хетеросрукуре) са различито допираним п и н слојевима како би се активна област. тј. област у којој се врше прелази електрона из проводне у валентну зону (тј. до рекомбинације) била што ужа , Структурни прикази ласерске диоде а) као обичног пн споја и б) као хетероструктуре.

Оптичко - струјна карактеристика ласерске диоде Спектар зрачења за различите побудне струје ласерске диоде (Аи Б -побудне срује мање од струје прага, Ц- побудна струја већа од струје прага) Оптичко - струјна карактеристика ласерске диоде

Спектар зрачења ласерске диоде

Захваљујући могућности рада и на великим фреквенцијама (реда GHz), ласер диоде су од великог значаја за оптичке телекомуникације.