Qarshi davlat universiteti fizika-matematika fakulteti

2.2. Optik axborotni uzatuvchi manbalar.

Optik aloqa tizimlari nurlanish manbalariga qo‘yiladigan umumiy talablar quyidagilar:

- nurlanish manbasining to‘lqin uzunligi optik tolalarning yo‘qotishlarining minimum spektral taqsimlanishlaridan biriga to‘g‘ri kelishi kerak;

- manba tuzilishi chiqishda bir muncha yuqori quvvatli optik signallarni nurlanishini va uni optik tolaga samarali kirishini ta’minlashi kerak;

- manba yuqori ishonchlikka ega bo‘lishi va ko‘p muddatga xizmat qilishi kerak;

- o‘lchamlari, og‘irligi va sarf qiladigan quvvati minimal bo‘lishi kerak;

- texnologiyalarning oddiyligi arzon narxlarni va yuqori ishlab chiqaruvchanlikni ta’minlashi kerak[16].

Muayyan tizim xususiyatlari nurlanish manbalari tavsiflariga bir qator o‘ziga xos talablar qo‘yadi . Bu talablar bir modali optik toladan foydalanish bilan axborotlarni uzoq masofalarga uzatadigan yuqori tezlikli tizimlarda juda qat’iy hisoblanadi. Birinchi navbatda gap nurlanishning spektral tavsiflari haqida ketadi. Bir modali optik tolada dispersiya tufayli nurlanish impulslarining kengayishi nurlanishni spektr kengligiga va signallarni uzatish tezligiga proporsionaldir[13,14].

Kogerent usulli zamonaviy optik aloqa tizimlarida nafaqat qisqa spektrli, balki λ₀ to‘lqin uzunligi uzoq muddatga barqaror bo‘lgan manbalar zarur. Agarda qo‘shni kanallar o‘rtasidagi spektr oralig‘i katta bo‘lmasa, λ₀ to‘lqin uzunligining yuqori barqarorligi spektr bo‘yicha ajratilgan tizimlarda ham zarur.

Tabiiyki, yuqori tezlikli tizimlarda nurlanish manbalarining dinamik tavsiflariga ham muhim talablar qo‘yiladi. Boshqa parametrlarini (moda tarkibi, yo‘nalish diagrammasi va boshqalar) jiddiy o‘zgarishsiz nurlanish fazasi, chastotasi yoki jadalligining to‘g‘ridan-to‘g‘ri modulyatsiyalanishiga imkon beruvchi optik nurlanish manbalaridan foydalanish juda qulay.

Nisbatan past tezlikda signallarni yaqin masofalarga uzatuvchi tizimlarda: shahar, zona, binolar ichida va boshqa optik aloqa tizimlarda qo‘llaniladigan nurlanish manbalarining tavsiflariga nisbatan pastroq talablar qo‘yiladi [17]. Bu tizimlarda pog‘onali sindirish ko‘rsatkichli optik tolalardan foydalaniladi. O‘tkazishni chastota polosasi optik tolalarning modalararo dispersiyasi orqali aniqlanadi. Shuning uchun yuqorida aytib o‘tilgan optik aloqa tizimlarida kogerent manbalardan foydalanish o‘z ma’nosini yo‘qotadi.

Optik aloqa tizimlari uchun optik nurlanish manbalarining uch sinfi ma’lum: yarim o‘tkazgichli, tolali va hajmli mikrooptik manbalar (mikrolazerlar). Ularning hammasi u yoki bu darajada yuqorida ko‘rsatilgan talablarga javob beradi, lekin faqat yarim o‘tkazgichli manbalar, ya’ni yorug‘lik diodlari va lazerlardan keng foydalaniladi. Yarim o‘tkazgich nurlanish manbalarining jadal rivojlanishi birinchi navbatda yuqori samaradorlik bilan elektr toki energiyasini bevosita optik nurlanishga aylantirishi, yuqori tezlikda tok bilan kuch berilishidan nurlanish parametrlarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘zgartirish imkoniyati mavjudligi, og‘irlik va o‘lchamlarini kichikligi kabi optik aloqa tizimlari uchun muhim bo‘lgan ijobiy xususiyatlarning birikuviga bog‘liq.

Kvant mexanikasidan ma’lumki, elektronlar tomonidan egallangan energiyaning qiymati uzluksiz hisoblanmaydi, balki diskret xususiyatga ega. Energetik holatlarning diskretligi elektron u yoki bu energetik sathda joylashgan deb gapirishga asos bo‘ladi. Yarim o‘tkazgichlarda (2.6-rasm) elektronlarning zichligi nisbatan ko‘p va shuning uchun ko‘plab energetik sathlar zona tashkil qilgan holda zich joylashgan.

2.6-rasm. Yarim o‘tkazgichlarning energetik sathlari.

Bunday zonalarning ikki turi mavjud: yuqori-Е_с energiyali o‘tkazuvchanlik zonasi, quyi-Е_v valent elektronlar zonasi. Bu zonalar orasida Е_q energiyali taqiqlangan zona joylashgan.

Valent elektronlar zonasi bazaviy (minimal) energetik sathga mos keladi deb hisoblanadi. Issiqlik muvozanatida deyarli hamma elektronlar aynan shu zonada joylashadi, ya’ni elektronlar yarim o‘tkazgich kristall panjarasining aniq joylarida to‘planadi va saqlanib qolinadi. Agar elektronlarga tashqaridan energiya berilsa, nima yuz beradi?- degan savol paydo bo‘ladi. 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 past energetik sathda joylashgan ba’zi elektronlar qo‘shimcha energiyani egallagan holda yuqori sathlarga o‘tadi, ya’ni valent zonada to‘plangan elektronlarning bir qismi 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 Е energetik sathlarning farqi (Е_с-Е_v ga teng), ya’ni taqiqlangan energetik zona kengligi bilan aniqlanadi:

n=C/λ=E_q/h , (2.4)

bu yerda C-yorug‘lik tezligi, с=3*10⁸ m/sek;

λ-to‘lqin uzunligi, mkm;

E_q-taqiqlangan zona kengligi;

h- Plank doimiysi, h=6,626*10^-34 J*sek.

Bu formula Borning chastota sharti deyiladi. 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, fazalari har xil bo‘lgan optik to‘lqinlar paydo bo‘ladi. Buning natijasida esa chastota bo‘yicha ham bir turda emaslik kuzatiladi. Bundan tashqari E_q energiyasining eng kichik tebranishlari shunday darajada bo‘lmasa ham nurlanishni chastotaviy yoyilib ketishiga ta’sir qiladi[18].