Mustaqil ishi Bajardi : Nabijonov I mavzu: optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladigan yorug‘lik manbalari reja

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT
TEXNOLOGIYALARI
VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI
MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI
TOSHKЕNT AXBOROT TЕXNOLOGIYALARI UNIVЕRSITЕTI FARG’ONA FILIALI

“ TELEKOMMUNIKATSIYA TEXNOLOGIYALARI VA KASBIY TA'LIM” FAKULTЕTI
4 - BOSQICH 631-19 GURUH TALABASI NABIJONOV ISMOILNING

“ Optik aloqa tizimlari“ fanidan

Mustaqil ishi
Bajardi : Nabijonov I
Mavzu: OPTIK ALOQA TIZIMLARIDA QO‘LLANILADIGAN YORUG‘LIK MANBALARI


Reja:

1. 
   Optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladigan yorug’lik manbalariga qo‘yiIadigan talablar va ularning turlari.
   
2. 
   Yorugiik diodlari. Yorug’lik diodi, uning tuzilishi va ish mexanizmi
   
3. 
   Yarim o’tkazgichli lazer diodining parametrlarini temperaturaga bog’liqligi, degradasiya jarayoni.
   
4. 
   Glossary.
   
5. 
   Foydalanilgan adabiyotlar.
   

Optik aloqa tizimlarida qo‘llaniladigan yorug’lik manbalariga qo‘yiIadigan talablar va ularning turlari.

Tolali optik aloqa tizimlarida elektr signalini yorugiik signaliga o'zgartirib uzatuvchi optoelektron moduli tomonidan amalga oshiriladi. Yorugiik manbayi uzatuvchi optoelektron modulning asosiy elementi hisoblanadi, aynan shu element yordamida bu modul kirishidagi elektr signallari uning chiqishida yorugiik signallariga o‘zgartirib beriladi. Tolali optik aloqa tizimlarida qoilaniladigan yorugiik manbalariga quyidagi talablar qo'yiladi: — yorugiik manbayi optik kabelning ko'ndalang kesimiga muvofiq oichamlarga ega boiishi kerak; — signalni uzoq masofaga uzatish uchun yorugiik manbayi yetarli darajada katta quwatga ega boiishi kerak; — nurlanish quwatining yorugiik manbayidan chiqishidagi yo‘qotishlami imkon qadar kamaytirish uchun yom giik manbayi optik zichligi bo‘yicha optik tola bilan muvofiqlashgan boiishi, boshqacha aytganda, uning sindirish ko‘rsatkichi optik tolaning sindirish ko‘rsatkichiga yaqin boiishi kerak; — yom giik manbayining nurlanishi optik tolaning shaffoflik «darcha» laridan biriga mos kelishi kerak. Hozirgi kunda qoilanishda boigan optik tolalarda yomgiikning tarqalish jarayonida yutilishi va boshqa turdagi yo'qotishlar juda kam sodir boiadigan uchta ana shunday «darcha» mavjud. Ularning markazlari quyidagi toiqin uzunliklariga mos keladi: A,=850 nm; A.=1300 nm; A,= 1550 nm; — axborotlarni talab etilgan tezliklarda uzatishni ta’minlash uchun yom giik manbayi yetarli darajada katta modulyatsiya chastotalarida ishlay olishi kerak; haroratning o'zgarishlari yorug‘lik manbayi ishiga imkon qadar kam ta’sir qilishi kerak; — yorug‘lik manbayining tannarxi nisbatan arzon bo‘lishi kerak; - yorug‘lik manbayining xizmat muddati yetarli darajada katta boiishi kerak. Bugungi kunda tolali optik uzatish tizimlarida bu talablar majmuiga javob beradigan yorugiik manbalarining ikki turi yarimo‘tkazgichli yorugiik diodlari va injeksion lazer diodlaridan foydalaniladi. Quyida ularning ish mexanizmlari, xarakteristikalari va parametrlarini batafsil ko‘rib chiqamiz.
Yorugiik diodlari. Yorug’lik diodi, uning tuzilishi va ish mexanizmi
Yorugiik diodi nomonoxromatik va nokogerent nurlanish manbayi boiib, uni tayyorlashda GaAs, GaAlAs, InGaAsP, GaP, SiC kabi to‘g‘ri zonah yarimo‘tkazgich materiallardan foydalaniladi. 3.1-a rasmda GaAs asosidagi yorugiik diodining odatiy tuzilishi ko‘rsatilgan. U n turdagi GaAs qatlami sirtiga rux atomlarini diffuziya qilib, p - GaAs qatlamini shakllantirish va shu tariqa p-n o‘tishli tuzilma hosil qilish y o ii bilan tayyorlanadi. So‘ngra p - GaAs v an - GaAs qatlamlarining tashqi sirtlari mos ravishda aluminiyli va AuGe aralashmali pardasim on metallashtirilgan qatlam lar bilan qoplanadi va ularga oltin simli chiqqichlar o‘rnatiladi. Asbob asosini tashkil etgan kristallning yuza sirti o‘lchamlari 0,3 - 0,5 mm li kvadrat ko‘rinishiga ega bo‘ladi. Tolali optik aloqa tizimlarida nurlanuvchi sirt yuzasi nisbatan kichik o‘lchamli (J=50 mkm) yorug‘lik diodlaridan foydalaniladi (3.1-b rasm). Buning uchun yorug‘lik diodi emitter sohasi (p — GaAs sohasi)ning chetki qismlari protonlar bilan bombardimon qilinadi. Natijada bu qismlar nurlanish sohasini cheklovchi amorf tuzilishli dielektrik qatlamga aylanadi. Injeksion yorug‘lik diodi (uni bundan keyin qisqacha qilib, yorug‘lik diodi deb ataymiz) p-n tuzihshli optoelektron asbob bo‘lib, uning ish mexanizmi to‘g‘ri ulangan p-n o‘tish orqali n sohadan p sohaga injeksiyalanayotgan elektronlar va p sohadan n sohaga

injeksiyalanayotgan kovaklarning o‘zaro rekombinatsiyasi jarayonidan foydalanishga asoslangan (3.2-rasm). Bu jarayon natijasida elektronlar yuqori energiyali qo‘zg‘algan holatdan (o'tkazuvchanlik energetik sohasidan) quyi energiyali qo‘zg‘almagan holatga (valent elektronlarining energetik sohasiga) o‘tib, p-n o‘tish va unga yaqin hajmiy fazoda energiyasi quyidagi munosabat bilan aniqlanadigan fotonlar — yorug‘lik nurlanishi hosil bo‘ladi: h v^A ^ mes, (3.1) bunda h — Plank doimiysi; v — yorug‘lik chastotasi; Wmes — yarim o‘tkazgich materiali m an etilgan energetik sohasining kengligi. 3.2.2. Yorug‘lik diodining asosiy xarakteristikalari va parametrlari Yorug‘lik diodi quyidagi asosiy xarakteristikalar bilan tafsivlanadi: — volt-amper xarakteristika; — vatt-amper xarakteristika; — spektral xarakteristika; • — yo'nalganlik diagrammasi. Quyida bu xarakteristikalar bilan qisqacha tanishib chiqamiz.

Yorug‘lik diodining volt-amper xarakteristikasi Yorug‘lik diodi o‘zgarmas tok elektr zanjirining elementi sifatida volt-amper xarakteristikasi, ya ’ni diodga qo ‘yilgan kuchlanish va undan oqib o ‘tayotgan tok orasidagi bog‘lanish bilan tafsivlanadi (3.3-rasm). To‘g‘ri yo‘nalishda, ya’ni yorug‘lik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning musbat qiym atlarida, undan noasosiy zaryad tashuvchilarning injeksiyasi tufayli hosil bo‘ladigan tok oqib o ‘tadi va bu xarakteristika barcha diodlar uchun xos bo‘lgan nochiziqli (eksponensial) ko‘rinishga ega. Chizm alardan ko‘rinadiki, bu yo‘nalishda oqib o‘tadigan tokning keskin ortishi turli yorug‘lik diodlari uchun turli kuchlanishlarda, chunonchi, GaAs diodi uchun 1 V, InGaAsP diodi uchun 0,8 V atrofida yuz beradi. Bu hol yorugTik diodlarini tayyorlash uchun ishlatiladigan yarim o‘tkazgich materiallari man etilgan energetik sohalari kengliginingvturlicha bo‘lishi bilan bog‘liq. Nurlanish chastotasi qanchalik kichik (yahii, to‘lqin uzunligi qancha katta) bo‘lsa, yorug‘lik diodidagi kuchlanish tushishi va demak, elektr energiyasining isrofi ham shunchalik kichik bo‘ladi. Teskari yo‘nalishda, ya’ni yorugTik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning manfiy qiymatlarida, undan noasosiy zaryad tashuvchilarning ekstraksiyasi tufayli hosil boTadigan juda kichik miqdordagi (nA va undan kichik) tok oqib o‘tadi. U ,esk kuchlanishning rnuayyan qiymatlarida p-n o ‘tishda sodir boTadigan teshilish hodisasi sababli bu tokning keskin ortib ketishi kuzatiladi (3.3-rasmda keltirilgan koordinata tizimining 4-kvadrantiga qarang). YorugTik diodining volt-amper xarakteristikasi umumiy holda quyidagi miqdoriy munosabat bilan aniqlanadi: I = ApxpiqU/kT) + AjsxpiqU/nkT), (3.2) bunda, q — elektronning zaryadi; U — dioddagi kuchlanish tushishi, k — Boltsman doimiysi; T — absoiut harorat; A{ va — kuchlanishga bogTiq boTmagan parametrlar, «-son qiymati 2-^4 oraligTda yotgan oTchamsiz kattalik. Bu kattalikning qiymati U kuchlanishning o‘zgarishi bilan biroz o‘zgarishi mumkin. (3.2) munosabatdagi birinchi had yorugTik diodining p-n o‘tishi orqali oqib o ‘tayotgan rekombinatsiya tolcini, ikkinchi had esa nurlanish bilan bogTiq boTmagan sizish tokini ifodalaydi. YorugTik diodining volt-amper xarakteristikasidan uning bir qator parametrlari, chunonchi, oqib oTayotgan tokning berilgan qiymatlariga mos kelgan statik qarshilik R&, differensial qarshilik Rdif., to‘g‘ri yo‘nalishda tokning keskin ortishiga mos kelgan bo‘sag‘a kuchlanishi U,0‘S., tokning nominal qiymatiga mos kelgan U nom. kuchlanish, shuningdek, teskari yo‘nalishda ulangan diodning p-n oTishida sodir boTadigan teslrilish hodisasiga mos kelgan teshilish kuchlanishi t/tcsh.ni aniqlash mumkin. 3.3-rasmdan ko‘rinadiki, yorugTik diodiga qo‘yilgan kuchlanishning ozgina o‘zgarishi tok qiymatining keskin o‘zgarishiga olib keladi. Boshqacha aytganda, u tok bilan boshqariladigan asbob hisoblanadi. Bu hol yorugTik diodining ish rejimini ta ’minlash uchun unga ketma-ket ravishda cheklovchi qarshilikni ulashni talab etadi.

Yorug‘lik diodidan oqib o ‘tadigan tok va uning nurlanish quwati orasidagi bog‘lanishni ifodalovchi egri chiziq vatt-amper yoki yorqinlik xarakteristikasi deb ataladi. Bu xarakteristika yorug'lik diodini tafsivlovchi eng muhim xarakteristikalardan biri hisoblanadi. Uning odatiy ko'rinishi 3.4-rasmda ketirilgan. Rasmdan ko‘rinadiki, asbobdan oqib o‘tayotgan tokning ortishi bilan uning nurlanish quwati parabolik qonun bo'yicha ortadi. Bunda tok qiymatining 40—50 mA largacha ortishi nurlanish quwatining 50—60 mkW largacha ortishiga olib keladi. Vatt-amper xarakteristikasini shartli ravishda uchta bo‘lak — nurlanish quwatining kichik qiymatlariga mos keluvchi nochiziqli boshlang'ich birinchi boMakdan, bu quwatning bir-ikki tartibga ortishiga mos keladigan, deyarli to ‘g‘ri chiziqli ikkinchi bo‘lakdan va nihoyat, nurlanish quw ati to'yinishga chiqadigan uchinchi bo‘lakdan iborat deb qarash mumkin. V att-am per xarakteristikasini um um iy holda ko‘rsatkichli funksiya ko‘rinishidagi quyidagi m unosabat orqali ifodalash mumkin:

P = b l\ (3.3) bunda n = n ( j, X, T, P), ya’ni tokning zichligi, nurlanish to ‘lqin uzunligi, ishchi harorat va nurlanish quwatiga bog‘liq kattalik. Uy harorati sharoitida GaAs diodi uchun bu kattalikning son qiymati 1,2- 1,3 oraliqda yotadi. YorugMik diodi vatt-amper xarakteristikasining chiziqli boMagini quyidagi munosabat orqali ifodalash mumkin: p==rl hv ( Vicwl/q), (3.4) bunda 77chiq — nurlanishning chiqish jarayonidagi f.i.k., 77jchki — yorugMikning ichki (generatsiyalanish jarayonidagi) f.i.k., I/q — aktiv qatlamga vaqt birligida injeksiyalanadigan noasosiy zaryad tashuvchilarning soni. Agar nurlanishli va nurlanishsiz rekombinatsiyaning yashash (ro‘y berish) vaqtini mos ravishda T„Uri.r va TnUrisiz.r orqali belgilasak, yorugMik nurlanishining f.j.k. ni quyidagicha ifodalash mumkin: 88 www.ziyouz.com kutubxonasi 'Jnuri , = ( 1 + W / W - r ) ' ' . ( 3 - 5 ) Bu ifodadan ko‘rinadiki, rekombinatsiya ehtimolligi yashash vaqtiga teskari proporsional bo‘lgani uchun uning nurlanishsiz tashkil etuvchisinining ortishi yorug‘lik nurlanishi f.i.k.ning kamayishiga olib keladi. 77 chiq kattaligi generatsiyalanadigan nurlanishning aktiv qatlamning o‘zida yutilishi, uning kristall yon sirtlaridan Frenel qaytishi va to‘liq ichki qaytishi tufayli kamayishini ifodalaydi. P/hv kattaligi birlik vaqt ichida nurlanadigan fotonlar sonini ifodalagani uchun 77chiq • T7ichki ko‘paytma yorug‘lik diodining tashqi kvant samaradorligini ko‘rsatadi. Ushbu kattalikning son qiymati yuza sirti bo‘yicha nurlanadigan yorug‘lik diodlari uchun 3 % ni, yon sirti bo‘yicha nurlanuvchi diodlar uchun esa 0,5—1 % ni tashkil etadi. (3.4) ifodaga ko‘ra, yorug‘lik diodidan oqib o'tadigan tok va uning nurlanish quwati orasidagi bog‘lanish 77 iChki ning o ‘zgarmas qiymatlarida chiziqli ko‘rinishga ega. Amalda injeksiya tokining ortishi bilan nurlanishsiz rekombinatsiyaning ortishi tufayli vatt-amper xarakteristika 3.4-rasmda ko‘rsatilganidek nochiziqli ko‘rinish oladi. Bu hol InGaAsP li yorug‘lik diodlarida ayniqsa ko‘zga tashlanadi. Yorug‘lik diodlari vatt-amper xarakteristikasidagi bu nochiziqlik rekombinatsiya jarayonining quyidagi mexanizmlari — getero o‘tish chegarasida sodir bo‘ladigan rekombinatsiya jarayoni, noasosiy zaryad tashuvchilarning p-n o ‘tishdan rekombinatsiyasiz uchib o‘tishi jarayoni, Oje rekombinatsiya jarayoni kabi mexanizmlari tufayli yuzaga keladi. Xususan, InGaAsP li yorug‘lik diodlarida man etilgan energetik sohaning kengligi unchalik katta bo‘lmagani uchun Oje rekombinatsiyasi effekti sezilarli tus oladi. Bu effektning ta’siri zaryad tashuvchilar konsentratsiyasining kvadratiga proporsional tarzda ortadi. Shu sababdan u kiritmalar konsentratsiyasi 5 1 0 18 sm'3dan katta bo‘lgan hatto AlGaAs yorug‘lik diodlarida ham sezilarli darajada namoyon bo‘ladi.

Yarim o’tkazgichli lazer diodining parametrlarini temperaturaga bog’liqligi, degradasiya jarayoni.