mạch phát quang trong led, laser, kích thích tín hiệu tương tự và số

Với việc phát triển thông tin quang, mạch phát quang trong thông tin là một phầnquan trọng, ảnh hưởng đến nguồn phát của thiết bị viễn thông.Nhờ có hệ thống này màthiết bị thông tin quan

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, mạng Internet ngàymột phát triển và trở thành một phần không thể thiếu trong mọi hoạt động của đời sốngcon người Các dịch vụ của mạng Internet ngày nay rất đa dạng và phong phú đáp ứngkịp thời các yêu cầu và đòi hỏi ngày càng cao của người sử dụng Có được kết quả này là

do mạng Internet đã sử dụng cáp sợi quang vào việc truyền tải dữ liệu Với những tínhnăng ưu việt của cáp sợi quang, cùng với công nghệ hiện đại, vật liệu chế tạo từ silica(rẻ, dễ kiếm) và dây truyền sản xuất đại trà đã kéo theo giá thành của cáp sợi quang ngàycàng rẻ đi rất nhiều so với trước đây Có thể nói việc sử dụng cáp sợi quang vào trongviễn thông nói chung và trong mạng Internet nói riêng đã tạo nên cuộc cách mạng làmthay đổi lớn mạng viễn thông hiện tại

Với việc phát triển thông tin quang, mạch phát quang trong thông tin là một phầnquan trọng, ảnh hưởng đến nguồn phát của thiết bị viễn thông.Nhờ có hệ thống này màthiết bị thông tin quang được hoạt động và từ đó có thể biến đổi thành tín hiệu điện, các

kĩ thuật trong tín hiệu điện như mã hóa, điều chế, lượng tử vv sẽ được sử dụng trong giaiđoạn này trước khi được biến đổi lại thành tín hiệu quang làm cho chất lượng, dunglượng đường truyền và sự bảo mật trên đường truyền được đảm bảo Trong quá trình họctập và tìm hiểu về môn quang, dưới sự chỉ bảo tận tình thầy cô giáo trong trường, sự giúp

đỡ của bạn bè trong lớp và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Cao Hồng Sơnchúng em đã có những kiến thức và hiểu biết cơ bản về hệ thống thông tin quang Vớinhững kiến thức đã học được chúng em xin trình bày một bài viết ngắn gọn về “mạchphát quang trong LED, Laser, kích thích tín hiệu tương tự và số”

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầyĐặng Văn Hiếu cùng các thầy, cô trong khoa và các bạn sinh viên lớp K2dtvt đã giúpnhóm em hoàn thành bài này

MỤC LỤC

Danh mục hình vẽ ……… 3

Chương I: Giới thiệu về nguồn phát quang trong thông tin quang ….4

1.1 Các dải năng lượng……… 4

1.2 Nguồn quang bán dẫn……… 5

Chương II : Nguồn quang trong thông tin quang……… …….9

2.1 Nguồn phát quang LED:……… 9

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED:……… 10

2.1.2 Cấu trúc và các đặc tính của LED ……….….10

2.1.2.1 Cấu trúc của LED……….……….10

2.1.2.2 Đặc tính P-I của LED……… ….11

2.1.2.3 Đặc tính phổ của LED……… 13

2.1.3 Mạch phát quang dùng LED……… ………15

2.1.3.1 Mạch phát quang dùng LED với tín hiệu điều chế là tín hiệu analog……….….16

2.1.3.2 Mạch phát quang dùng LED với tín hiệu điều chế là tín hiệu số………16

2.2.Nguồn phát LASER………18

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Laser……… 18

2.2.2.Các đặc tính kĩ thuật của Laser Diode:……… …20

2.2.2.1 Công suất phát:………20

2.2.2.2 Thông số điện:……….………21

2.2.2.3 Góc phát quang:……….22

2.2.3 Mạch phát quang dùng Lazer Diode:……….……… 23

2.2.2.5Độ rộng phổ:……… …24

2.2.2.6 Nhiễu trong Laser:……….……….25

2.2.2.4 Hiệu suất ghép quang:………26

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô tả thiết bị phát quang………4

Hình 1.2 Mô tả các mức năng lượng………5

Hình 1.3 Mô tả quá trình hấp thụ……….5

Hình 1.4 Mô tả quá trình phát xạ……….…6

Hình 1.5 (a) Dải cấm năng lượng trực tiếp (b) Dải cấm năng lượng gián tiếp……… 8

Hình 1.6 Bước sóng ánh sáng phát xạ của một số loại bán dẫn nhóm III kết hợp với nhóm V ……….9

Hình 2.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED………….10

Hình 2.2 Cấu trúc LED Burrus……… 12

Hình 2.3 LED phát xạ cạnh (ELED)……….13

Hình 2.4 Đặc tính P – I của LED……….14

Hình 2.5 nguồn quang bán ……… …15

Hình 2.6 Đặc tính phổ của LED……….……16

Hình 2.7 Sơ đồ khối mạch phát quang dùng LED với tín hiệu điều chế là tín hiệu analog……… 16

Hình 2.8 Mạch phát quang dùng LED với tín hiệu điều chế là tín hiệu số……… ….18

Hình 2.9 Cấu trúc của laser Fabry-Perot……….….19

Hình 2.10 (a) Điều chế tín hiệu số và (b) Điều chế tín hiệu tương tự …20

Hình 2.11 (a) Điều chế tín hiệu số và (b) Điều chế tín hiệu tương tự… 21

Hình 2.12 – Phụ thuộc của laser vào dòng điện……… 22

Hình 2.13: Góc phát quang của SLED, ELED và Laser ……… 23

Hình 2.14 Ghép ánh sáng từ nguồn quang vào trong sợi quang……… 24

Hình2.15 - Độ rộng phổ phát xạ của lazer………25

Hình 2.16 – Nhiễu thành phần trong nguồn quang đa mode………26

Hình 2.17 – Mạch phát quang dùng Lazer Diode………27

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUỒN PHÁT QUANG TRONG THÔNG TINQUANG

Hình 1.1 Mô tả thiết bị phát quang

Thiết bị phát quang có chứcnăng biến đổi tín hiệu điệnthành tín hiệu quang và phát tínhiệu quang vào sợi quang đểthựchiệntruyềndẫn thông tin

Thành phầnchủ yếulà nguồnphát quang, có 2 loại:

Điốt phát quang LED Light-emitting diodeĐiốt laze bán dẫnLD Laser Diode

1.1 Các dải năng lượng

Electron tồn tại ở các mứcnăng lượng riêng biệt trong một nguyên tử

Các mức năng lượng tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron

xung quanh hạt bên ngoài có mức năng lượng cao hơn electron ở phía trong

Electron có tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron có thể

nhảy tử mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại

Theo giả thuyết của Albert Einstein , các quá trình này có thể sinh ra

hay hấp thụ các tia sáng Æ Bước sóng của tia sáng phụ thuộc vào sự

chênh lệch năng lượng giữa các mức

Hình 1.2 Mô tả các mức năng lượng

1.1.1 QUÁ TRÌNH HẤP THỤE1 = EV = năng lượng vùng hóa trịE2 = EC = năng lượng vùng dẫn

Eg = EC –EV = năng lượng dảitrốngQuá trình hấpthụ: khi ánh sáng tớicónăng lượng photon

→photon sẽ bị nguyên tử hấpthụ,nguyên tử nhảytừ E1 lên E2 vàđượccoi

đang ở trạng thái kích thích

Hình 1.3 Mô tả quá trình hấp thụ

1.1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT XẠCác nguyên tửở mứcE2 thường có xuhướng quay về mứcE1, và phát ra photon.Quá trình phát xạ tự phát:

Photon phát ra có hướng ngẫu nhiên

và không có quan hệ về pha giữachúng

1.2 Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source)

Nguồn quang là linh kiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng

có công suất tỷ lệ với dòng điện chạy qua nó

Có hai loại nguồn quang được sử dụng trong thông tin quang:

- Diode phát quang LED (Light Emitting Diode)

- Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Các yêu cầu đối với một nguồn quang sử dụng trong hệ thống thông tin quang là :

- Có kích thuớc nhỏ tương ứng với sợi quang để có thể ghép ánh

sáng vào trong sợi quang Lý tưởng, ánh sáng ở ngõ ra của nguồn quang phải có tính định hướng cao

- Thu nhận tín hiệu điện ngõ vào một cách chính xác để giảm sự méo dạng và nhiễu lên tín hiệu Lý tưởng, nguồn quang phải tuyến tính

- Phát ra ánh sáng có bước sóng phù hợp với vùng bước sóng màsợi quang có suy hao thấp và tán sắc thấp, đồng thời linh kiện thuquang hoạt động hiệu quả tại các bước sóng này

- Có khả năng điều chế tín hiệu một cách đơn giản (ví dụ như điềuchế trực tiếp) trên dải tần rộng trải dài từ tần số âm thanh tới dải tầngigahezt

- Hiệu suất ghép quang tốt để giảm suy hao ghép từ nguồn quang vào trong sợi quang

- Độ rộng phổ hẹp để giảm tán sắc trong sợi quang

- Duy trì mức công suất ngõ ra ổn định và không bị ảnh hưởng nhiềubởi các yếu tố môi trường bên ngoài

- Giá thành thấp và có độ tin cậy cao để cạnh tranh với các kỹ thuật truyền dẫn khác

Loại nguồn quang được sử dụng trong thông tin quang là các loại nguồnquang bán dẫn vì có thể đáp ứng được các yêu cầu trên Vì vậy, cấu tạo cũngnhư nguyên lý hoạt động của nguồn quang (cũng như linh kiện thu quang)được trình bày trong phần này là các nguồn quang bán dẫn

Tuy nhiên, không phải chất bán dẫn nào cũng được sử dụng để chế tạonguồn quang trong thông tin quang Để có thể được sử dụng trong thông tinquang, các chất bán dẫn cần phải có dải cấm năng lượng trực tiếp và độ rộngcủa dải cấm năng lượng phù hợp sao cho có thể tạo ra ánh sáng có bước sóngnằm trong vùng bước sóng hoạt động của thông tin quang

Khi xảy ra quá trình phát xạ ánh sáng, năng lượng của photon phát xạbằng với độ chênh lệch năng lượng của điện tử khi ở vùng dẫn và vùng hóa trị

Do đó, năng lượng của photon:

Eph = hc/λ = Egvới Eg là độ chênh lệch năng lượng của điện tử khi ở vùng dẫn và vùng hóa trị

Khi đó, ánh sáng được phát xạ có bước sóng:

Do mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ có phân bố các vùng năng lượng khác nhau nên có thể nói rằng bước sóng của ánh sáng do nguồn quang phát ra chỉ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nguồn quang

Trong thông tin quang, ánh sáng chỉ được sử dụng tại 3 cửa sổ bước sóng850nm, 1300nm và 1550nm nên vật liệu bán dẫn được sử dụng để chế tạonguồn quang phải có dải cấm năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị phùhợp với các cửa sổ bước sóng hoạt động này

Hình 1.5 (a) Dải cấm năng lượng trực tiếp (b).Dải cấm năng lượng gián tiếp

Hình 1.5 biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng và động lượng (hayvector sóng) của điện tử tại vùng dẫn và vùng hóa trị của hai loại bán dẫn códải cấm trực tiếp (hình 1.5a) và dải cấm gián tiếp (hình 1.5b) Qua đó cho thấy:

- Đối với dải cấm trực tiếp, phần đáy (có năng lượng thấp) của vùngdẫn nằm đối diện với phần đỉnh (có năng lượng cao) của vùng hóa trị

Do đó, các điện tử ở hai vùng này có động lượng bằng nhau

- Đối với dải cấm gián tiếp, phần đáy (có năng lượng thấp) của vùngdẫn nằm cách xa so với phần đỉnh (có năng lượng cao) của vùng hóatrị Do đó, các điện tử ở hai vùng này có động lượng không bằng nhaubằng nhau

Điều kiện để quá trình phát xạ photon xảy ra hiệu quả trong bán dẫn là khixảy ra phát xạ photon, động lượng (hay vector sóng) của điện tử (nằm ở vùngdẫn) phải bằng động lượng của lỗ trống (nằm ở vùng hóa trị) [1], [3] Khi đó,động lượng của điện tử được bảo tòan

Như vậy có thể thấy rằng, điều kiện về bảo tòan động lượng khi xảy raquá trình biến đổi quang điện chỉ đạt được với các chất bán dẫn có dải cấm trựctiếp Khi đó, năng lượng được phát ra khi các điện tử chuyển từ trạng thái nănglượng cao (vùng dẫn) sang trạng thái năng lượng thấp (vùng hóa trị) sẽ tạo ra cácphoton Với hiệu suất phát xạ ánh sáng (phát xạ tự phát và phát xạ kích thích)lớn, các chất bán dẫn có dải cấm trực tiếp có thể tạo ra các nguồn quang có côngsuất phát quang lớn, hiệu quả

Ngược lại, đối với các chất bán dẫn có dải cấm năng lượng gián tiếp, cácnăng lượng được tạo ra do quá trình chuyển trạng thái năng lượng của điện tử

sẽ phát ra dưới dạng phonon, không phát xạ (nonradiation) Năng lượng này cóthể là năng lượng nhiệt hay dao động của các phân tử

Như vậy, chất bán dẫn được sử dụng để chế tạo nguồn quang cần phảicó: dải cấm trực tiếp và năng lượng chênh lệch giữa vùng dẫn và vùng hóa trịphải phù hợp để có thể tạo ra bước sóng nằm trong các cửa sổ bước sóng hoạtđộng trong thông tin quang

Thực tế cho thấy rằng, các bán dẫn thông thường thuộc nhóm IV như

Si, Ge,… không thỏa hai điều kiện trên Vật liệu bán dẫn được dùng để chế tạonguồn quang trong thông tin quang được tạo ra bằng cách kết hợp các vật liệunhóm III (Ga, Al, …) và nhóm V (As, P, In, …) như

GaP, GaAsP, AlGaAs, GaAs, InP, InGaAsP …

InGaAsPGaAs/InP

AlGaAsGaAsP

GaAs0,5 0,6 0,7 0,85 1,0 1,3 1,55 λ(μm)

Hình 1.6 Bước sóng ánh sáng phát xạ của một số loại bán dẫn nhóm III kết hợp với nhóm V

Hình 1.6 cho thấy: để tạo ra nguồn quang có bước sóng 850nm người ta

sử dụng bán dẫn AlGaAs, GaAs hay InP Bán dẫn InGaAsP được sử dụng đểchế tạo nguồn quang phát ra ánh sáng tại cửa sổ bước sóng 1300nm và 1550nm.Giá trị của bước sóng được thay đổi bằng cách thay đổi tỷ lệ giữa các chất kếthợp trong bán dẫn này In1-xGaxAs1-yPy

CHƯƠNG II : NGUỒN QUANG TRONG THÔNG TIN QUANG

2.1 Nguồn phát quang LED:

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED:

Về cơ bản cấu tạo của LED được phát triển từ diode bán dẫn, hoạt động dựa trêntiếp giáp pn được phân cực thuận quá trình phát xạ ánh sang xẩy ra trong LED dưatrên hiện tượng phát xạ tự phát (hình 1) trên thực tế thì LED có cấu trúc phức tạp hơn,gồm nhiều lớp bán dẫn để đáp ứng đồng thời các yêu cầu kỹ thuật của một nguồnquang

Hình 2.1 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED

+ LED có cấu trúc dị thể kép có lớp bán dẫn p,n có độ rộng vùng cấm khác nhau, lớpbán dẫn p có độ rộng vùng cấm rộng ký hiệu là P, lớp bán dẫn n có động rộngvùng cấm ký hiệu là N

+ Chọn 2 lớp P,N có độ rộng vùng cấm khác nhau để tạo ra hàng thế lớn

+ Khi đặt hai lớp bán dẫn p và n kế nhau, thì tại lớp tiếp giáp pn, các điện tử ở bándẫn n sẽ khuyếch tán sang bán dẫn p để kết hợp với lỗ trống kết quả là tai tiếp giáp

pn tạo nên một vùng có rất ít các hạt mang điện (điện tử hay lỗ trống) nên được gọi

+ Khi phân cực thuận (V>VD) các điện tử trong bán dẫn n sẽ vượt qua vùng tiếpgiáp pn và chạy về phí cực dương của nguồn điện ( đồng thời các lỗ trống sẽ vềphía cực âm của nguồn điện), tạo thanh dòng điện chạy qua bán dẫn pn Đây lànguyên lý hoạt động của diode bán dẫn

+ Trong quá trình điện tử từ bán dẫn n chạy về điện cực dương, các điện tử có thểgặp các lỗ trống tại bán dẫn p (bán dẫn có thừa lỗ trống) Khi đó, các điện tử và lỗtrống sẽ kết hợp với nhau tạo liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử trong bándẫn

+ Xét về mặt năng lượng khi một điển tự kết hợp với lỗ trống có nghĩa là điện tửchuyển từ trạng thái năng lượng cao (vùng dẫn) sang trạng tháy năng lượng thấp(vùng hóa trị) giống như hiện tượng phát xạ tự phát Khi đó, theo định luật bảotoàn năng lượng, bán dẫn sẽ phát ra một năng lượng bằng với độ chênh lệch nănglượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị Nếu chất bán dẫn được sử dụng có dải cấmnăng lượng trực tiếp thì nằng lượng sẽ được phát ra dưới dạng photon anh sáng,đây chính là nguyên lý phát xạ ánh sáng của diode phát quang LED

2.1.2 Cấu trúc và các đặc tính của LED sử dụng trong thông tin quang

2.1.2.1 Cấu trúc của LED

Về cấu trúc, LED có thể được chia làm 2 loại

- LED phát xạ mặt SLED (surface LED)

- LED phát xạ rìa ELED (edge LED)

LED phát xạ mặt SLED (Surface LED) là loại LED có ánh sáng đượcphát ra ở phía mặt của LED Hình 2.2 minh hoạ một loại SLED, được gọi làLED Burrus do cấu trúc của LED được chế tạo đầu tiên bởi Burrus và DawsonTrong cấu trúc này, vùng phát xạ ánh sáng (vùng phát quang) của LED đượcgiới hạn trong một vùng hẹp bằng cách sử dụng một lớp cách điện để hạn chế

vùng dẫn điện của tiếp xúc P Do đó, tại vùng tích cực của LED có mật độdòng điện cao dẫn đến hiệu suất phát quang lớn Ánh sáng của SLED được đưavào trong sợi quang tại phía mặt tiếp xúc N Tại đây, tiếp xúc N và lớp nền Nđược cắt bỏ đi một phần có kích thước tương ứng với sợi quang Bằng cách này

sẽ hạn chế được sự hấp thụ photon trong lớp N và tăng hiệu suất ghép ánhsáng vào trong sợi quang Tuy nhiên, vẫn có một phần lớn năng lượng ánhsáng được phát ra ngoài vùng đặt sợi quang Do đó, hiệu suất ghép ánh sángvào sợi quang của SLED không cao, thấp hơn so với ELED

Hình 2.2 Cấu trúc LED Burrus

LED phát xạ cạnh ELED (Edge LED) là loại LED có ánh sáng ở phía cạnh của LED (hình2.4) Trong cấu trúc này, các điện cực tiếp xúc (bằng kim loại) phủ kín mặt trên và đáy của LED Ánh sáng phát ra trong lớp tích cực (active layer) rất mỏng Lớp tích cực này được làm bằng chất bán dẫn có chiết suất lớn được kẹp giữa bởi hai lớp bán dẫn P và N có chiết suất nhỏ hơn Cấu trúc này hình thành một ống dẫn sóng trong ELED Do vậy, ánh sáng phát ra ở lớp tích cực được giữ lại và lan truyền dọc theo trong ống dẫn sóng này Kết quả là, ánh sáng được phát ra ở hai đầu ống dẫn sóng, tức là phát xạ ở phía cạnh của LED Sợi quang sẽ được đặt ở một đầu của lớp tích cực để ghép ánh sáng vào Với đặc điểmcấu trúc như vậy, ELED có vùng phát sáng hẹp và góc phát quang nhỏ

Do đó, hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi quang lớn hơn so với SLED

Hình 2.3 LED phát xạ cạnh (ELED)

2.1.2.2 Đặc tính P-I của LED

Nguyên lý hoạt động của LED cho ta thấy rằng, số photon phát xạ phụ thuộc vào

số điện tử (do dòng điện cung cấp) chạy qua vùng tiếp giáp pn, kết hợp với lỗ trốngtrong lớp bán dẫn p

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, không phải điện tử nào đi qua lớp bán dẫn p cũng kếthợp với lỗ trống và không phải quá trình kết hợp điện tử lỗi trống (chuyển trạng tháinăng lượng từ vùng dẫn sang vùng hóa trị) nào cũng tạo ra photon ánh sáng Nănglượng được tạo ra này có thể duới dạng năng lượng nhiệt do vậy, sô photon được tạo

ra còn phụ thuộc vào hiệu xuất lượng tử nội ηint (internal quantum efficient) của chấtbán dẫn Hiệu xuất ηint đựoc định nghĩa là tỷ số giữa số photon được tạo (Nph) ra trên

số điện tử được dòng điện bơm vào LED (Ne)

ηint = Nph/Ne

Công xuất phát quang (năng lượng ánh sáng trên một đơn vị thời gian) của LED cóthể được xác định theo số photon phát xạ như sau:

P=E/t=Nph.Eph/t=(Ne.ηint.Eph)/tNgoài ra ta có cường độ dòng điện chạy qua LED:

I=Ne.e/tVới Ne là số điện tử do dòng điện cung cấp, e là điện tích của điện tử

Khi xẩy ra quá trình phát xạ ánh sáng, năng lượng của photon phát xạ bằng với độchênh lệch năng lượng của điện tử khi ở vùng dẫn và vùng hóa trị

Eph là năng lượng của photon là độ chênh lệch năng lượng của điện tử khi ở vùngdẫn và vùng hóa trị

Suy ra mỗi quang hệ P-I giữa công xuất phát quang và dòng điện được xác địnhnhư sau:

P=[(ηint.Eph)/e].ITrong công thức trên, Eph có đơn vị là (j) nếu Eph được tính bằng đơn vị (eV), thìcông xuất phát quang là:

P(mW)=[( ηint.Eph(eV)].I(mA)Hiệu xuất lượng tử nội ηint phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng và cấutrúc của nguồn quang Do đó, đối với mỗi loại nguồn quang khác nhau sẽ có đặc tuyếnP-I khác nhau Công xuất phát quang tỷ lệ thuận với dòng điện cung cấp và trongtrường hợp lý tưởng, đặc tuyến P-I thay đổi tuyến tính như hình sau:

P (mW)

10

Hình 2.4 Đặc tính P – I của LED

2.1.2.3 Đặc tính phổ của LED

Trong thông tin quang, ánh sáng do nguồn quang phát ra không phải tại một bướcsong mà tại một khoảng bước song Điều này dẫn đến hiện tượng tán sắc sắc thể(chromatic dispersion) làm hạn chế cự ly là dung lượng truyền dẫn của tuyến mạng.tính chất này của nguồn quang nói chung và LED nói riêng được giải thích như sau:+ Các nguồn quang trong thông tin quang được chế tạo từ chất bán dẫn do đó cácđiện tử nằm trong một vùng năng lượng chứ không phải ở một mức năng lượng+ Các điện tử khi chuyển từ các mức năng lượng Ej trong vùng dẫn xuống mức nănglượng Ei trong vùng hóa trị sẽ tạo ra photon có bước sóng

+ Do có nhiều mức năng lượng khác nhau trong các vùng năng lượng nên sẽ cónhiều bước sóng ánh sáng được tạo ra

+ Phân bố mật độ điện tử trong vùng dẫn và vùng hóa trị không đều nhau, dẫn đếncông xuất phát quang tại các bước song không đều nhau

+ Bước sóng có công xuất lớn nhất được gọi là bước sóng trung tâm Bước sóng nàythay đổi theo nhiệt độ do phân bố mật độ điện tử trong các vùng năng lượng thayđổi theo nhiệt độ

Hình 2.5 Nguồn quang bán dẫn phát ra ánh sáng

trong một khoảng bước sóng

Độ rộng của phổ quang được định nghĩa là khoảng bước sóng do nguồn quangphát ra có công xuất bằng 0,5 lần công xuất đỉnh (hay giảm 3dB)

Độ rộng phổ của LED phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo nguồn quang Ánh sáng

có bước sóng 1,3µm do LED chế tạo bằng bán dẫn InGaAsP có độ rộng phổ từ

50-60nm LED được chế tạo bằng bán dẫn GaAs phát ra ánh sáng có độ rộng phổ hẹphơn 1,7 lần sao với LED chế tạo bằng bán dẫn InGaAsP

Hình 2.6 Đặc tính phổ của LED

2.1.3 Mạch phát quang dùng LED

2.1.3.1 Mạch phát quang dùng LED với tín hiệu điều chế là tín hiệu analog