Optik aloqa tizimlarining aktiv elementlari

4.2. Yarimo‘tkazgichli optik nurlanish manbalarining ish prinsipi

Yarim o‘tkazgichlarda (4.1-rasm) elektronlarning zichligi nisbatan ko‘p va shuning uchun ko‘plab energetik sathlar zona tashkil qilgan holda zich joylashgan.

4.1-rasm. Yarim o‘tkazgichlarning energetik sathlari.

Bunday zonalarning ikki turi mavjud: yuqori-Ye_s energiyali o‘tkazuvchanlik zonasi, quyi-Ye_v valent elektronlar zonasi. Bu zonalar orasida Ye_q energiyali mann etilgan zona joylashgan.

Issiqlik muvozanatida deyarli hamma elektronlar valent elektronlar zonasida joylashadi. Agar yarim o‘tkazgichning p-n o‘tishiga to‘g‘ri yo‘nalishdagi siljituvchi kuchlanish berilsa, unda o‘tish joyi orqali elektr toki o‘ta boshlaydi. Agar tashqaridan beriladigan energiya miqdori ko‘p bo‘lsa, unda valent zonada joylashgan ba’zi elektronlar qo‘shimcha energiyani egallagan holda yuqori o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tadi. Bu yarim o‘tkazgich ichida ko‘chib yurib, joylasha oladigan erkin elektronlarning paydo bo‘lishiga olib keladi. Bunda valent elektronlar zonasining bo‘shatilgan joylarida musbat zaryadlangan kovaklar paydo bo‘ladi. Kovaklar va erkin elektronlar yarim o‘tkazgichda tokning tashuvchilari hisoblanadi. Yarim o‘tkazgichdagi erkin elektronlar kristall panjara tugunlari yoki boshqa elektronlar bilan to‘qnashib, valent elektronlar zonasiga «qaytib tushadi» va «elektron-kovak» juftligi yo‘qoladi.
Agar past energetik sathga yoki valent elektronlar zonasiga «qaytib tushish» to‘qnashuvsiz yuz bersa, unday holatlarda elektronlar tomonidan yo‘qotilgan energiya foton ko‘rinishda ajralib chiqadi. Nurlanishning bunday jarayoni spontan nurlanish deb nomlanadi.
n chastota Ye energetik sathlarning farqi (Ye_s-Ye_v ga teng), ya’ni taqiqlangan energetik zona kengligi bilan aniqlanadi:
n=C/λ=E_q/h , (4.1)

bu yerda C-yorug‘lik tezligi, s=3x10⁸ m/sek;

λ-to‘lqin uzunligi, mkm;
E_q-taqiqlangan zona kengligi;
h- Plank doimiysi, h=6,626x10^-34 Dj.sek.
Yorug‘lik jadalligi «elektron-kovak» juftliklari soniga bog‘liq.
Spontan optik nurlanish har qanday elektronning bir energetik sathdan boshqasiga o‘tishidan paydo bo‘ladi. Lekin hamma elektronlarning o‘tish vaqti bir-biriga mos kelmaganligi uchun nurlanishning ustma-ust tushishi yuz beradi va amplituda, chastota, fazalari har xil bo‘lgan optik to‘lqinlar paydo bo‘ladi va nurlanishning chastotaviy yoyilib ketishi kuzatiladi.
Shunday qilib, optik nurlanish elektron maydonini kuchlanganligi vaqt bo‘yicha quyidagi qonun bo‘yicha o‘zgaradi (4.2, a-rasm):

E(t)=(A+a(t) sin [2 ft+ φ(t)], (4.2)

bu yerda a(t)-amplituda tebranishi (amplituda modulyatsiyasi shovqinlari),

φ(t)-chastota tebranishi (chastota modulyatsiyasi shovqinlari).
Ushbu nurlanishni spektri 4.2, b-rasmda ko‘rsatilgan.

4.2-rasm. Nokogerent yorug‘lik to‘lqinlarining tavsiflari:

a)-elektr maydon kuchlanganligining vaqt bo‘yicha o‘zgarishi; b)-nurlanish spektri.

Chastotaviy yoyilib ketish Δf spektr kenglikni egallaydi. Spektr kengligi nurlanish manbaining monoxromatikligini tavsiflovchi parametr sifatida qo‘llaniladi. Spontan nurlanish kam monoxromatik, nokogerent yorug‘lik deyiladi. Ularga yorug‘lik diodi (YoD) misol bo‘ladi.

Yuqorida aytib o‘tilganlardan farqli ravishda sinfaz optik to‘lqinlarni nurlantiruvchi manbalarga yorug‘likning kogerent manbalari deyiladi.