3-боб. Оптик алоқа тизимларида қЎлланиладиган ёруғлик манбалари

Ёруғлик диодининг спектрал характеристикаси
Ёруғлик диоди нурланиш қуввати ва нурланиш тўлқин узунлиги ёки нурланадиган фотонлар энергияси орасидаги боғланиш шу турдаги асбобнинг спектрал характеристикаси деб аталади. Бу характеристика ёруғлик диодини оптик алоқа тизимларида қўллаш нуқтаи назаридан энг муҳим характерис-тикалардан бири ҳисобланади.
Нурланиш тўлқин узунлиги ёки фотонлар энергияси люминесценция чоғида электронларнинг ўтиши юз берадиган энергетик сатҳларнинг фарқи билан аниқланади :
h = W₂ –W₁ , (3.6)
бу ерда W₂ = W₁ – мос равишда юқори ва қуйи энергетик сатҳларнинг энергияси.
Турли хил ярим ўтказгич материалларда ман этилган энергетик соҳанинг кенглиги турлича бўлгани учун улардан тайёрланган ёруглик диодлари ҳар хил тўлқин узунликларида нурланади. CaAs ярим ўтказгич материали асосида турли хил киритмалар киритиш йўли билан тайёрланган ёруғлик диодларининг одатий характеристикалари 6-расмда келтирилган.
Ноасосий заряд ташувчиларнинг рекомбинацияси чоғида электронларнинг квант ўтиши иккита энергетик сатҳ орасида эмас, бир-бирига жуда яқин энергетик сатҳлар гуруҳи орасида юз бергани учун нурланиш спектри бирмунча ёйилган бўлади.

3.5-расм. InGaAsP ва Ga As асосидаги ёруғлик диодларининг
спектрал характеристикалари.


Спектрал характеристикада нурланиш қуввати энг катта қийматга эришадиган ҳолатга мос келган тўлқин узунлиги қуйидаги муносабат билан аниқланади: _мах = hс/ W_м.э.с., (3.7)
бу ерда с – ёруғлик тезлиги. Агарда бу ифодада W_м.э.с. ни эВ ларда тўлқин узунлиги  ни мкм ларда ўлчасак, у қуйидаги кўринишни олади:
_мах = 1,23 /_{Wм.э.с.}. (3.7¹)
Ёруғлик диодларининг спектрал диапазони нурланиш қувватининг энг катта қиймати ярмига тўғри келган спектрал кенглик билан аниқланади (3.5-расм).
Агар ёруғлик диодининг нурланиши асосан р-п ўтишни ташкил этган ярим ўтказгичларнинг ўтказувчанлик ва валент энергетик соҳаларидаги 3 кТ кенгликдаги энергетик сатҳларга тегишли заряд ташувчиларнинг инжекцияси ва рекомбинацияси туфайли содир бўлади деб фарз қилсак, бу кенгликни қуйидаги муносабат орқали ифодалаш мумкин:
, (3.8) бу ерда k-Болцман доимийси, Т-абсолют ҳарорат.
3.6-расмда ёруғлик диоди нурланиш спектрал диапазонининг кенглиги ва тўлқин узунлиги орасидаги боғланиш келтирилган. Унда узлуксиз чизиқ орқали бу боғланишнинг юқорида келтирилган миқдорий мунносабат бўйича ҳисобланган қийматлари кўрсатилган. Чизмадан кўринадики, ҳисоблаш ва тажриба натижалари 0.85-1.6 мкм тўлқин узунликларда асосан ўзаро мос келади. Чунончи, InGaAsP ёруғлик диодлари учун бу кенглик 1.3 мкм ли тўлқин узунлигида Δλ=100-110 нм ни, AlGaAs диордлари учун эса, 0.85 мкм ли тўлқин узунлигида Δλ=30-45 нм ни ташкил этади.
Шуни таъкидлаш жоизки, ёруғлик диодлари спектрал характеристика-ларининг кўриниши, нафақат уларнинг асосини ташкил этган ярим ўтказгич-ларнинг турига, шунингдек уларга киритилган киритмаларнинг хилига ҳам боғлиқ. Масалан, InGaP, GaAsP, GaAlAs каби учламчи бирикмалардаги кимёвий элементларнинг фоиз улушига қараб, нурланиш тўлқин узунлигини кенг оралиқда ўзгартиришга эришиш мумкин.


3.6-расм. Ёруғлик диоди спектрал диапазони Δλ нинг кенглиги ва тўлқин
узунлиги λ орасидаги боғланиш (узлуксиз чизиқ (3.8) муносабат
бўйича ҳисоблаш йўли билан олинган натижаларни ифодалайди)


Кейинги вақтда шиша (кварц) толали ёруғлик узатгичларидаги йўқотишлар жуда кичик бўлган узун тўлқинли спектрал диапазонни ўзлаштиришга катта эътибор берилмоқда. Жумладан, GaInAsP/ InP таркибли мураккаб бирикма толали оптик алоқа тизимларида фойдаланиш мумкин бўлган ёруғлик манбалари учун жуда мос келиши, ундаги кимёвий элементларнинг таркибини ўзгартириш йўли билан нурланиш тўлқин узунлигини кенг оралиқда ~1 мкм дан 1,6 мкм гача ўзгартириш мумкинлиги аниқланди.