CHƯƠNG II I: LINH KIỆN BIẾN ĐỔI QUANG ĐIỆN 3.1 Tổng quát.
3.2.1 Nguyên lý chung:
Các linh kiện biến đổi quang điện - điện quang dùng trong thông tin quang hiện nay là các linh kiện bán dẫn. Theo lý thuyết vật chất, bán dẫn có hai mức năng lượng:
• Mức hoá trị. • Mức dẫn điện.
Do đó năng lượng của điện tử chia thành 3vùng: • Vùng dẫn điện(Condution band ).
• Vùng cấm.(Energy gap). • Vùng hoá trị.(Valence band).
Trong đó:
E: năng lượng điện tử. Ec: Mức năng lượng dẫn. Ev: Mức năng lượng hoá trị. X: Khoảng cách vật chất.
• Photon bức xạ vào chât bán dẫn, cung cấp năng lượng (E = hν) cho một điện tử đang ở vùng hoá trị thì điện tử sẽ chuyển lên vùng dẫn, photon biến mất điện tử sẽ để lại một lỗ trống trong vùng hoá trị. Như vậy một photon có năng lượng thích hợp chiếu vào chất bán dẫn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống còn photon thì biến mất. Đó gọi là hiện tượng hấp thụ, được ứng dụng trong photon diode làm linh kiện thu quang.
Eg
X E E
Ec
• Nếu trong vùng dẫn có số điện tử nhiều hơn mức cân bằng thì điện tử thừa sẽ rơi xuống vùng hoá trị một cách tự phát để kết hợp với lỗ trống. Trong khi dịch chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp, năng lượng chênh lệch được bức xạ dưới dạng photon. Như vậy khi một điện tử kết hợp với một lỗ trống có thể làm bức xạ ra một photon, đó là hiện tượng phát xạ tự phát được ứng dụng trong diode phát quang (LED) dùng làm nguồn quang.
• Hiện tượng thứ ba gọi là sự phát xạ kích thích được ứng dụng trong các Laser Diode dùng làm nguồn quang. Hiện tượng này xảy ra khi các photon phát xạ ra do quá trình tái hợp của điện tử và lỗ trống lại kích thích các điện tử dang có mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp và phát ra những photon quá trình cứ tiếp diễn và số lượng photon phát ra rất lớn. Ánh sáng phát ra ở quá trình này có cùng pha cùng bước sóng.
Có hai loại linh kiện được dùng làm nguồn quang hiện nay là: - Diode phát quang hay LED (Light Emitting Diode) - Diode Laser hay LD ( Laser Diode)