Оптоэлектроника Электроника полупроводников Волоконно-оптический световод Мультиплексоры и демультиплексоры Фотопроводимость Фотодиоды

Лабораторные работы по оптоэлектронике Передача информации по оптоволокну

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Включить лазер, переключив тумблер Т в положение «Вкл».

Поставить перед фотоприемником вспомогательный экран (лист белого картона) для наблюдения пятна лазерного излучения.

Изменяя сопротивление RП (ручка регулировки расположена на верхней поверхности блока лазера), проследить, как изменяется форма пятна лазерного излучения и его интенсивность при изменении тока через p-n переход.

 Включить измерительные приборы М1 и М2 и установить необходимые режимы (М1 на измерение напряжения и М2 на измерение тока.

  Отъюстировать оптическую систему таким образом, чтобы лазерный пучок попадал в центр фотоприемника.

Изменяя ток через p-n переход потенциометром RП снять показания прибора М1 (UПЛ) и показания прибора М2 (IФП) для 15-20 точек в максимально возможном интервале значений. Данные заносить в таблицу 1.

Выключить лазер, переключив тумблер Т в положение «Выкл».

Измерить значение R1, необходимое для проведения расчетов.

Данные показать преподавателю

Таблица 1. Экспериментальные данные для построения зависимости интенсивности излучения лазера от тока, протекающего через p-n переход.

UПЛ,мВ

(Прибор М1)

Ipn,мА

IПИ, мкА

(Прибор М2)

1

2

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Рассчитать величину тока через p-n переход для каждого значения UПЛ , используя закон Ома

Ipn = UПЛ/ R1 (1).

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

Построить график зависимости IПИ от Ipn.

Определить величину порогового тока – Iпор

4. Определить коэффициенты (kсв и kлаз), характеризующие изменение интенсивности излучения в светодиодном и лазерном режимах работы модуля, используя аппроксимацию каждого режима прямой линией

IПИ = k Ipn (2),

где k – коэффициент.

5. Сравнить полученные результаты.

Исследование зависимости степени поляризации излучения

от величины тока, протекающего через p-n переход

ПОРЯДОК  ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Одной из важнейших характеристик лазера являются поляризационные свойства его излучения, которые в полупроводниковых источниках излучения тесно связаны с величиной тока, протекающего через p-n переход. Как известно из литературных данных излучение полупроводниковых источников частично поляризовано, и его можно представить (по крайней мере, формально) как совокупность естественного и линейно поляризованного излучения. Таким образом, можно считать, что исследуемое в работе излучение содержит две основные компоненты, одна из которых поляризована линейно, а вторая - неполяризована и не имеет постоянного соотношения фаз с линейно поляризованной компонентой. В этом случае степень поляризации излучения (Р) можно определить, используя следующую формулу:

Р = Iлин / Iполн. (3),

где Iлин - интенсивность линейно поляризованной компоненты излучения, Iполн. - полная интенсивность излучения.

При проведении данного этапа работы необходимо использовать поляризационный светофильтр (ПС), который представляет собой анализатор поляризационных компонент излучения. При повороте ПС вокруг оптической оси происходит изменение интенсивности излучения, прошедшего ПС, которое регистрирует прибор М2. При этом степень поляризации излучения можно определить по формуле

P = (Iмах - Iмin ) / Iмах (4),

где Iмах и Iмin соответствуют максимальному и минимальному значению интенсивности излучения, прошедшего ПС, при повороте ПС вокруг оптической оси. В этом случае (Iмах - Iмin ) определяет интенсивность линейно поляризованной компоненты излучения, Iмin - интенсивность неполяризованной компоненты (ее интенсивность не изменяется при повороте ПС относительно оптической оси), а Iмах – полную интенсивность излучения, прошедшего поляризационный светофильтр.


Для получения зависимости степени поляризации излучения исследуемого лазерного модуля от тока через переход необходимо заполнить таблицу 2.

Установить поляризационный светофильтр на оптической оси системы

Установить максимальное значение интенсивности излучения лазера

Измерить UПЛ, данные занести в таблицу 2.

Медленно вращая поляризационный светофильтр, определите величину максимальной интенсивности излучения, прошедшего ПС (Iмах), и минимальной интенсивности излучения (Iмin). Данные занести в таблицу 2.

Изменяя интенсивность излучения, провести измерения по п.п.2-4 для 8-10 значений тока через p-n переход (Ipn) в светодиодном и лазерном режимах работы модуля.

Выключить лазер, переключив тумблер Т в положение «Выкл».

Измерить значение R1, необходимое для проведения расчетов.

Данные показать преподавателю

Таблица 2. Экспериментальные данные для получения зависимости степени линейной поляризации (P) от тока через p-n переход.

UПЛ, мВ

(Прибор М1)

Ipn,мА

IПИ, мкА

(Прибор М2)

P=(Iмах-Iмin)/Iмах

Iмах

Iмin

1

2

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Рассчитать значения Ipn и Р, заполнив таблицу 2.

По полученным данным построить график зависимости P от Ipn.

Проанализировать полученные результаты.

Литература

В.Г. Беспалов,  В.Н. Крылов, В.Н. Михайлов. "Основы оптоинформатики. Раздел I", СПб., СПГУ ИТМО, 2008 г.

В. А. Гуртов. «Твердотельная электроника», М., Техносфера, 2005 г.

О. Н. Ермаков. «Прикладная оптоэлектроника», М., Техносфера, 2004 г.

В. И. Дудкин, Л. Н. Пахомов. «Квантовая электроника. Приборы и их применение», М., Техносфера, 2006 г.

Ю.А.Быстров. «Оптоэлектронные приборы и устройства», М.,
Радио Софт 2001г.

Р. Фриман. «Волоконно-оптические системы связи», М., Техносфера, 2004 г.

Э. Розенштер, Б. Винтер. «Опто-электроника», М., Техносфера,
2004 г.

М. Шур. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М., Мир, 1992 г.

3. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. М., Мир, 1984 г.

О. Звелто. «Принципы лазеров», М., Мир, 1990 г.

 Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М. Прохоров. М., СЭ, 1998г.

Оптроны обычно используются в фотодиодном режиме (рис. 12,а). К фотодиоду оптопары прикладывают обратное напряжение Uобр > 0.5 В. Электроны и дырки, генерируемые излучением, увеличивают обратный ток I0 p–n-перехода:

Iвых = I0 + Iфототок ≈ Iфототок.

Передаточная характеристика в фотодиодном режиме Iвых = f(Iвх) практически линейна. Коэффициент передачи по току диодных оптопар

 KI = Iвых/ Iвх (7)

составляет единицы процентов и примерно равен значению внешнего квантового выхода светодиода.

 В транзисторной оптопаре (рис. 12,б, 13,в) светодиод конструктивно расположен так, что излучение направляется в базовую область фототранзистора. При отсутствии света в цепи коллектора фототранзистора протекает ток Iтем ≈ h21э Iко, где Iко – обратный ток p–n-перехода база-коллектор.

Для уменьшения темнового тока между выводами базы и эмиттера фототранзистора включается внешний резистор с сопротивлением 0.1÷1.0 МОм. При облучении светом в базовой области генерируются пары электрон-дырка. Электроны втягиваются в область коллектора полем обратносмещенного перехода база-коллектор. Дырки остаются в базе и увеличивают ее потенциал, что приводит к инжекции электронов из эмиттера в базу. Соотношение между фототоками коллектора Iвых и базы

  Iвых = h21э Iф.б, (8)

где h21э – коэффициент передачи тока базы транзистора (h21э ≈ 102), Iф.б – генерируемый излучением фототок в базе транзистора (дырочная составляющая фототока).

 Фототранзистор обладает внутренним усилением фототока. Коэффициент передачи по току транзисторных оптопар KI = Iвых/ Iвх имеет величину порядка единицы. Передаточная характеристика транзисторной оптопары Iвых = f(Iвх) нелинейна. Транзисторные оптопары применяют обычно в ключевом режиме для передачи импульсных сигналов рис. 12,б.

 Транзисторные оптопары используют для гальванической развязки логических цепей управления от высоковольтных цепей нагрузок большой мощности: для управления мощными тиристорами, в устройствах защиты вторичных источников питания и т.д.


Стенд СИЛ-800, by Полупроводниковые детекторы оптического излучения