3-боб. Оптик алоқа тизимларида қЎлланиладиган ёруғлик манбалари

Ташқи резонаторли лазер диодлари
Ташқи резонаторли лазер диодларида уларнинг бир ёки иккала кўндаланг ён томони акс эттиришни камайтирувчи, махсус қатлам билан қопланади ва мос равишда ярим ўтказгичли актив соҳанинг атрофида битта ёки иккита кўзгу қўйилади. 3.23-расмда битта ташқи резонаторли лазер диодининг тузилиши кўрсатилган.


3.23–расм. Битта ташқи резонаторли лазер диоди.


Акс этишни камайтирувчи қоплама акс этиш коэффициентини тахминан тўрт тартибга камайтиради, актив қатламнинг бошқа кўндаланг ёни эса 30% гача ёруғлик оқимини акс эттиради. Акс эттирувчи дифракция панжараси кўзгу ва дифракция панжарасидан таркиб топади.
Кўзгу дифракция панжараси вазифасини тўлдиради. Кўзгу ва актив соҳа ўртасида тескари алоқани яхшилаш учун линза ўрнатилади.
Акс эттирувчи дифракция панжарасигача бўлган масофани ошириб ёки камайтириб, шунингдек панжарани буриш ҳисобига панжара қадамини ўзгартириш орқали нурланиш тўлқин узунлигини бир текисда ўзгартириш мумкин. Шу сабабдан бундай лазерлар созланувчан лазерлар дейилади. Бу турдаги лазер диодлари ёрдамида тўлқин узунлигини 30 нм оралиқгача ўзгартириш мумкин. Ташқи резонаторли лазер диодлари спектр бўйича зичлаштириш аппаратураларини ва толали оптик алоқа учун мўлжалланган ўлчов қурилмаларини яратишда жуда керакли ҳисобланади.


3.4. Толали оптик алоқа тизимларида қўлланиладиган ёруғлик манбаларининг қиёсий тафсиви


Юқоридаги баён этилганлардан маълум бўлдики, ёруғлик манбалари толали оптик узатиш тизимларининг муҳим ва ажиралмас функционал қурилмаси бўлган узатувчи оптоэлектрон модулнинг асосий элементи вазифасини ўтайдилар. Улар ёрдамида аналог ёки рақамли кўринишдаги электр сигналлари ёруғлик сигналларига ўзгартирилиб, уларни оптик толага узатилади.
Толали оптик узатиш тизимларида қўлланиладиган ёруғлик манбалари 3.1-бандда таърифланган талабларга жавоб беришлари зарур.
Толали оптик узатиш тизимларида ёруғлик манбаларининг бу талабларга жавоб берадиган икки туридан – ёруғлик диодлари ва лазер диодларидан фойдаланилади.
Ушбу ёруглик манбалари ман этилган энергетик сатиҳларнинг кенглиги билан фарқ қилувчи турли хил ярим ўтказгичлардан тайёрланадилар ва шу сабабдан турли тўлқин узунлигидаги нурланиш тарқатадилар.
Толали оптик узатиш тизимларида қўлланиладиган ёруғлик манбалари ўзларининг тузилиш хусусиятлари, иш механизмларига кўра икки гуруҳга – p-n ўтишли ярим ўтказгичли тузилмаларда ноасосий заряд ташувчиларнинг инжекцияси чоғида содир бўладиган спонтан нурланишдан фойдаланишга асосланган ёруғлик диодлари ва шундай тузилмаларда энергетик сатҳларнинг тескари эгалланган шароитида содир бўладиган мажбурий нурланишлардан фойдаланишга асосланган лазер диодларига ажираладилар.
Шу сабабдан, улардан биринчи хили - ёруғлик диодлари номонохроматик (турли хил тўлқин узунлигига эга бўлган, турли фазали) нурланиш манбаи, иккинчи хили эса, монохроматик ва когерент (бир хил тўлқин узунликли, бир хил фазали, бир хил тарқалиш йўналишига эга бўлган) нурланиш манбаи бўлиб хизмат қилади.
Ёруғлик манбаларининг хар иккала хили ҳам бир қатор бир хил номли характеристикалар ва параметрлар билан тавсифланадилар: вольт-ампер характеристикаси, ватт-ампер характеристикаси, спектрал характеристика, йўналганлик диаграммаси, нурланиш қуватининг одатий ва энг катта қийматлари, нурланиш тўлқин узунлиги диапазони, нурланиш қувватининг энг катта қийматига мос келган тўлқин узунлиги, узилиш ва уланиш вақтлари, ишчи токи ва кучланишларининг қийматлари, истеъмол қуввати, хизмат муддати шулар жумласидандир. Бироқ бу характеристикалар ўз кўринишлари билан, параметрлар эса, ўз қийматлари билан муҳим тарзда фарқ қиладилар.
Чунончи, ёруғлик диодлари ва лазер диодларини электр занжир элементи сифатида тавсифловчи вольт-ампер характеристикалари бир хил (экспоненциал) кўринишга эга бўлса-да ишчи кучланиш ва токларнинг қийматлари турли хил оралиқда ётадилар. Ёруғлик диодлари учун бу қийматлар мос равишда 1-2 В, 50-100 мА оралиғида, лазер диодлари учун 2÷5 В ва бир неча ўндан бир неча юз МА гача оралиқда ётади.
Ёруғлик диодининг вольт-ампер характеристикаси ток кучининг бир неча ўн мА ўзгаришлари оралиғида тўғри чизиқли кўринишга, лазер диодининг вольт-ампер характеристикаси эса, ток кучининг нисбатан катта қийматлари оралиғида (бир неча ўндан-бир неча юз мА гача оралиқда) ночизиқли кўринишга ва бўсаға хусусиятига эга.
Ёруғлик диодлари ва лазер диодларининг спектрал характерис-тикалари чўққи хусусиятли умумий кўринишга эга бўлсаларда, уларнинг спектрал кенглиги кескин фарқ қилади. Чунончи, ёруғлик диодлари учун бу кенглик 30÷60 нм ни ташкил этса, лазер диодларида у 0.1÷0.4 нм (бир модали лазерлар учун) гача оралиқда ётади. Айнан шу хусусиятларига кўра ёруғлик диодидан келаётган сигналлар оптик толада кўпроқ, лазер диодларидан келаётган ёруғлик сигналлари эса камроқ дисперсияга учрайдилар. Шу сабабдан ёруғлик диодларидан қисқа узунликли оптик узатиш линияларида (15 км гача), лазер диодларидан эса катта узунликли узатиш линияларида фойдаланилади.
Ёруғлик манбалари нурланиш қувватининг фазовий тақсимотини тафсивловчи йўналганлик диаграммаси билан ҳам фарқ қилади. Ёруғлик диодлари учун бу тақсимот бир неча ўн ва хатто юздан ортиқ телес (фазовий) бурчаги остида юз берса, лазер диодлари учун градуснинг бўлакларини ташкил этади.
Ёруғлик диодлари ва лазер диодларининг тезкорлиги p-n ўтиш орқали инжекцияланаётган заряд ташувчиларнинг база соҳасида тўпланиш ва экстракцияланаётган заряд ташувчиларнинг сўрилиш вақтлари билан ёки p-n ўтиш сиғимининг зарядланиш ва разрядланиш вақтлари билан аниқланади. Ёруғлик диодида бу вақт 10^-7–10^-8 с ни, қалинлиги жуда кичик бўлган (~20 мкм) тор энергетик соҳали ярим ўтказгичлардан тайёрланган икки ёқлама тузилишли лазер диодларида эса, 10^-9–10^-10 с ни ташкил этади. Шу сабабдан ёруғлик диодларидан нисбатан кичик тезликли (Мбит/с ли), лазер диодларидан эса, катта тезликли (Гбит/с ли) толали оптик узатиш тизимларида фойдаланилади.
Хизмат муддати ёруғлик манбаларининг муҳим эксплуатацион параметрларидан бири ҳисобланади. Ёруғлик манбаларининг деградацияси уларнинг аста секин ва катастрофик эскиришига олиб келади. Бу ҳол ёруғлик диодлари хизмат муддатини 10⁶–10⁷ соат оралиқ, суперлюминесцент диодлар учун 10⁴–10⁶ оралиқ билан, лазер диодларининг хизмат муддатини узоғи билан 10⁵ соат билан чеклайди.
Қуйидаги жадвалда толали оптик алоқа тизимларида қўлланиладиган ёруғлик манбалари – ёруғлик диодлари ва лазер диодларининг қиёсий тафсиви келтирилган.
3.5-жадвал
Ярим ўтказгичли ёруғлик манбаларининг техник параметрлари

Параметр	Ёруғлик диодлари			Лазер диодлари
	Ён сирти бўйича нурланадиган ёруғлик диоди	Суперлюминесцент диодлар
Истеъмол қуввати, мВт	75…750	75…750	150…600
Бўсаға дамлаш токи, мА	-	-	50…250
Ишчи токи, мА	50…300	50…300	100…300
Узлуксиз режимдаги чиқиш нурланиш қуввати, мВт	1…10	1…10	1…50
Кўп модали ёруғлик узатгичга киритиладиган қувват, мВт	0.05…0.5	0.1…1	0.5…15
Нурланиш спектрининг кенглиги, нм	30…50	3…5	0.1…0.4
Нурланишнинг марказий тўлқин узунлиги, мкм	0.8	0.9	0.01…0.3
Марказий тўлқин узунлигининг ҳарорат бўйича нобарқарорлиги, нм/К	0.3	0.3	0.01…0.3
-3дБ сатҳи бўйича модуляция частоталари оралиғининг кенглиги, МГц	100	200	500…5000
Ватт-ампер характерицикасининг ночизиқлиги, %	0.3…3	10	0.3…30
Хизмат муддати, с	10^4…10^7	10^4…10^6	10^3...10^5
Мураккаблик даражаси	Паст-ўртача	Ўрта	Юқори
Таннархи	Паст-ўртача	Ўрта	Ўртача-юқори