3-боб. Оптик алоқа тизимларида қЎлланиладиган ёруғлик манбалари

Ёруғлик диодининг ватт-ампер характеристикаси
Ёруғлик диодидан оқиб ўтадиган ток ва унинг нурланиш қуввати орасидаги боғланишни ифодаловчи эгри чизиқ ватт-ампер ёки ёрқинлик характерис-тикаси деб аталади. Бу характеристика ёруғлик диодини тафсивловчи энг муҳим характеристикалардан бири ҳисобланади. Унинг одатий кўриниши 5-расмда кетирилган.


3.4-расм. Ёруғлик диодининг ватт-ампер хъарактеристикаси.


3.4-расмдан кўринадики, асбобдан оқиб ўтаётган токнинг ортиши билан унинг нурланиш қуввати параболик қонун билан ортади. Бунда ток қийматининг 50-60 мА ларгача ортиши нурланиш қувватининг 50-60 мкВт ларгача ортишига олиб келади.
Ватт-ампер характеристикасини шартли равишда учта бўлакдан – нурланиш қувватининг кичик қийматларига мос келувчи ночизиқли бошланғич биринчи бўлакдан, бу қувватнинг бир - икки тартибга ортишига мос келган, деярли тўғри чизиқли иккинчи бўлакдан ва ниҳоят, нурланиш қуввати тўйинишга чиқадиган учинчи бўлакдан иборат деб қараш мумкин.
Ватт-ампер характеристикасини умумий ҳолда кўрсатгичли функция кўринишидаги қуйидаги муносабат орқали ифодалаш мумкин:
P = b I ⁿ, (3.3)
бу ерда n = n ( j, , T, P), яъни токнинг зичлигига, нурланиш тўлқин узунлигига, ишчи ҳароратга, нурланиш қувватига боғлиқ катталик. Уй ҳарорати шароитида GaAs диоди учун бу катталикнинг сон қиймати 1,21,3 оралиқда ётади.
Ёруғлик диоди ватт-ампер характеристикасининг чизиқли бўлагини қуйидаги муносабат орқали ифодалаш мумкин:
P = h (I/q), (3.4)
бу ерда η_чик - нурланишнинг чиқиш жараёнидагиф.и.к., η_ички - ёруғлик-нинг ички (генерацияланиш жараёнидаги) ф.и.к., I/q – актив қатламга вақт бирлигида инжекцияланадиган ноасосий заряд ташувчиларнинг сони.
Агар нурланишли ва нурланишсиз рекомбмнациянинг яшаш (рўй бериш) вақтини мос равишда τ_нурл.р ва τ_{нурлсиз.р} орқали белгиласак, ёруғлик нурланишининг ф.и.к. ни қуйидагича ифодалаш мумкин.
η_нурл.р= (1+ τ_нурл.р/ τ_{нурлсиз.р})^-1 (3.5)
Бу ифодадан кўринадики, рекомбинация эҳтимоллиги яшаш вақтига тескари пропорционал бўлгани учун унинг нурланишсиз ташкил этувчисинининг ортиши ёруғлик нурланиши ф.и.к.нинг камайишига олиб келади.
η_чик катталиги генерацияланадиган нурланишнинг актив қатламнинг ўзида ютилиши, унинг кристалл ён сиртларидан Френел қайтиши ва тўлиқ ички қайтиши туфайли камайишини ифодалайди. P/ h катталиги бирлик вақт ичида нурланадиган фотонлар сонини ифодалагани учун η_чик· η_ички кўпайтма ёруғлик диодининг ташқи квант самарадорлигини кўрсатади.
Ушбу катталикнинг сон қиймати юза сирти бўйича нурланадиган ёруғлик диодлари учун 3 % ни ён сирти бўйича нурланувчи диодлар учун эса, 0,5 - 1 % ни ташкил этади.
(3.4) ифодага кўра ёруғлик диодидан оқиб ўтадиган ток ва унинг нурланиш қуввати орасидаги боғланиш η_ички нинг ўзгармас қийматларида чизиқли кўри-нишга эга. Амалда инжекция токининг ортиши билан нурланишсиз рекомбинациянинг ортиши туфайли ватт-ампер характеристика, 3.4 -расмда кўрсатилганидек, ночизиқли кўриниш олади. Бу ҳол InGaAsP ли ёруғлик диодларида айниқса кўзга ташланади. Ёруғлик диодлари ватт-ампер харак-теристикасидаги бу ночизиқлик рекомбинация жараёнининг қуйидаги механизмлари – гетеро ўтиш чегарасида содир бўладиган рекомбинация жэараёни, ноасосий заряд ташувчиларнинг p-n ўтишдан рекомбинациясиз учиб ўтиши жараёни, Оже рекомбинация жараёни каби механизмлари туфайли юзага келади. Хусусан, InGaAsP ли ёруғлик диодларида ман этилган энергетик соҳанинг кенглиги унчалик катта бўлмагани учун Оже рекомбинацияси эффекти сезиларли тус олади. Бу эффектнинг таъсири заряд ташувчиларнинг квадратига пропорционал тарзда ортади. Шу сабабдан у киритмалар концентрацияси 5·10¹⁸ см^-3дан катта бўлган ҳатто AlGaAs ёруғлик диодларида ҳам сезиларли даражада намоён бўлади.