Коммуникациялари техникуми оптик алоқа тизимлари

4.2. Яримўтказгичли оптик нурланиш манбаларининг иш принципи

Ярим ўтказгичларда (4.1-расм) электронларнинг зичлиги нисбатан кўп ва шунинг учун кўплаб энергетик сатҳлар зона ташкил қилган ҳолда зич жойлашган.

4.1-расм. Ярим ўтказгичларнинг энергетик сатҳлари.

Бундай зоналарнинг икки тури мавжуд: юқори-Е_с энергияли ўтказувчанлик зонаси, қуйи-Е_v валент электронлар зонаси. Бу зоналар орасида Е_q энергияли манн этилган зона жойлашган.

Иссиқлик мувозанатида деярли ҳамма электронлар валент электронлар зонасида жойлашади. Агар ярим ўтказгичнинг p-n ўтишига тўғри йўналишдаги силжитувчи кучланиш берилса, унда ўтиш жойи орқали электр токи ўта бошлайди. Агар ташқаридан бериладиган энергия миқдори кўп бўлса, унда валент зонада жойлашган баъзи электронлар қўшимча энергияни эгаллаган ҳолда юқори ўтказувчанлик зонасига ўтади. Бу ярим ўтказгич ичида кўчиб юриб, жойлаша оладиган эркин электронларнинг пайдо бўлишига олиб келади. Бунда валент электронлар зонасининг бўшатилган жойларида мусбат зарядланган коваклар пайдо бўлади. Коваклар ва эркин электронлар ярим ўтказгичда токнинг ташувчилари ҳисобланади. Ярим ўтказгичдаги эркин электронлар кристалл панжара тугунлари ёки бошқа электронлар билан тўқнашиб, валент электронлар зонасига «қайтиб тушади» ва «электрон-ковак» жуфтлиги йўқолади.
Агар паст энергетик сатҳга ёки валент электронлар зонасига «қайтиб тушиш» тўқнашувсиз юз берса, ундай ҳолатларда электронлар томонидан йўқотилган энергия фотон кўринишда ажралиб чиқади. Нурланишнинг бундай жараёни спонтан нурланиш деб номланади.
n частота Е энергетик сатҳларнинг фарқи (Е_с-Е_v га тенг), яъни тақиқланган энергетик зона кенглиги билан аниқланади:
n=C/λ=E_q/h , (4.1)

бу ерда C-ёруғлик тезлиги, с=3х10⁸ м/сек;

λ-тўлқин узунлиги, мкм;
E_q-тақиқланган зона кенглиги;
h- Планк доимийси, h=6,626x10^-34 Дж.сек.

Ёруғлик жадаллиги «электрон-ковак» жуфтликлари сонига боғлиқ.

Спонтан оптик нурланиш ҳар қандай электроннинг бир энергетик сатҳдан бошқасига ўтишидан пайдо бўлади. Лекин ҳамма электронларнинг ўтиш вақти бир-бирига мос келмаганлиги учун нурланишнинг устма-уст тушиши юз беради ва амплитуда, частота, фазалари ҳар хил бўлган оптик тўлқинлар пайдо бўлади ва нурланишнинг частотавий ёйилиб кетиши кузатилади.
Шундай қилиб, оптик нурланиш электрон майдонини кучланганлиги вақт бўйича қуйидаги қонун бўйича ўзгаради (4.2, а-расм):

E(t)=(A+a(t) sin [2 ft+ φ(t)], (4.2)

бу ерда a(t)-амплитуда тебраниши (амплитуда модуляцияси шовқинлари),

φ(t)-частота тебраниши (частота модуляцияси шовқинлари).
Ушбу нурланишни спектри 4.2, б-расмда кўрсатилган.

4.2-расм. Нокогерент ёруғлик тўлқинларининг тавсифлари:

а)-электр майдон кучланганлигининг вақт бўйича ўзгариши; b)-нурланиш спектри.

Частотавий ёйилиб кетиш Δf спектр кенгликни эгаллайди. Спектр кенглиги нурланиш манбаининг монохроматиклигини тавсифловчи параметр сифатида қўлланилади. Спонтан нурланиш кам монохроматик, нокогерент ёруғлик дейилади. Уларга ёруғлик диоди (ЁД) мисол бўлади.

Юқорида айтиб ўтилганлардан фарқли равишда синфаз оптик тўлқинларни нурлантирувчи манбаларга ёруғликнинг когерент манбалари дейилади.