Источник излучения в оптопарах

Одной из основных частей оптопары является источник излучения. Наиболее универсальным видом излучателя, который используется в оптопарах, является полупроводниковый инжекционный светоизлучающий диод (СИД), обладающий высоким быстродействием, совместимостью с другими полупроводниковыми приборами, возможностью работы как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Важно отметить, что максимум излучения по частоте для основных материалов, из которых изготавливаются излучатели, близок к максимуму чувствительности по частоте для фотоприемников. Принцип действия светодиода показан на рис. 6.6,

где р - область полупроводника, в которой носителями являются дырки;

n - область полупроводника, в которой носителями являются электроны;

(+), (-) - носители заряда;

Э1 и Э2 – электроды.

Вблизи p-n- перехода для улучшения свойств СИД создается область, обедненная носителями. Если на светодиод подать напряжение U_УПР такое, чтобы (+) был подан на n -область, а (‑) на р -область, то носители (дырки и элек

троны) отойдут от p-n перехода, дополнительно увеличивая область, обедненную носителями. Диод будет закрыт, и ток по нему протекать не будет ‑ излучение отсутствует. Если изменить полярность напряжения, как показано на рис. 6.6, то носители тока (электроны) из n -области, пройдя через p-n переход, создадут ток. Аналогично дырки, проходя через p-n -переход под действием отрицательного напряжения, также создадут ток. Диод в этом случае оказывается открытым.

При переходе носителей через p-n -переход происходит рекомбинация неосновных носителей, которые перешли из одной области в другую, а именно дырок, принадлежащих р -области, с электронами, принадлежащими n -области.

Рекомбинация происходит только в полупроводниках, где возможен прямой переход электрона на другой энергетический уровень. При производстве СИД используются полупроводники типа,GaAs, ZnAs, ZnSb, отличающиеся большой интенсивностью излучения. Процесс рекомбинации сопровождается световым излучением (обозначено стрелками), частота которого пропорциональна энергии запрещенной зоны полупроводникового материала.

Часть светового потока, излученного вследствие рекомбинации, покидает полупроводник и является полезным световым потоком. Остальная часть поглощается. Коэффициент полезного действия светодиода невысокий. Мощность светового потока, излучаемого СИД, составляет 10... 15% электрической мощности, подводимой к p-n -переходу.