2. Bản chất giỏn đoạn của hệ số β
3.2.1. Các nguyên lý tách quang.
Các linh kiện tách quang có nhiệm vụ đón nhận bức xạ quang và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Chúng đợc chia thành hai nhóm:
Nhóm thứ nhất là các linh kiện hoạt động theo nguyên lý biến đổi quang năng thành nhiệt, để chuyển đổi gián tiếp ánh sáng thành tín hiệu, nhóm này hầu nh không đợc ứng dụng trong kỹ thuật viễn thông.
Nhóm thứ hai là các linh kiện hoạt động theo nguyên lý biến đổi trực tiếp lợng tử ánh sáng thành tín hiệu điện, đợc gọi là bộ tách quang lợng tử. Nhóm này hiện nay đợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật viễn thông.
Các bộ tách quang lợng tử lại đợc chia ra thành linh kiện sử dụng hiệu ứng quang ngoại và hiệu ứng quang nội. Hiệu ứng quang ngoại nghĩa là quá trình phát xạ các điện tử từ vật rắn vào không gian khi có tác động của các l- ợng tử ánh sáng. Các linh kiện loại này là các tế bào quang điện chân không hoặc các hạt nhân quang điện rất phổ biến trong các thiết bị còn dùng các đèn điện tử. Chúng có nhợc điểm là kích thớc lớn, cần điện áp cung cấp lớn hàng trăm vôn và hiệu suất lợng tử hoá rất thấp ở các bớc sóng dài.
Hiệu ứng quang nội là quá trình tạo ra các phần tử mang điện trong chất rắn, cụ thể là tạo ra các cặp điện tử – lỗ trống trong bán dẫn, khi có tác động của các lợng tử ánh sáng. C ác linh kiên loại này bao gồm điện trở quang, phôtô điôt, tranzitor quang và thyristor quang. Các linh kiện này phù hợp cho sử
dụng trong các hệ thống thông tin hiện đại, vì phù hợp với công nghệ vi điện tử. Trong các hệ thống thông tin quang hiện nay chỉ sử dụng hai loại điôt quang phổ biến là điôt PIN và điôt quang thác APD. Cả hai đều sử dụng hiệu ứng quang nội xảy ra ở vùng lân cận một lớp tiếp giáp p-n. Trong các phần tiếp theo chúng ta chỉ chú trọng vào hai loai điôt này là phần tử biến đổi quang điện thông dụng hiện nay.
3.2-2 Nguyên lý chuyển đổi quang điện tại lớp tiếp giáp p-n.
Quá trình xảy ra ngợc lại quá trình trong điôt LED và LD. Mở LED và LD do ảnh hởng của điện áp thuận đặt vào mà các cặp điện tử và lỗ trống tái hợp với nhau để bức xạ ra các phôtôn. Lớp tiếp giáp p-n ở điôt thu quang có đặt một điện áp phân cực ngợc để tạo ra trờng dịch chuyển các phần tử tải điện thiểu số sẽ đợc sinh ra sao cho khi cha có tác dụng của ánh sáng vào thì trong điôt thu cha có dòng điện chỉ có thể xuất hiện một dòng tối hoặc dòng rò rất nhỏ, bởi vì điôt hoàn toàn bị khoá.
Khi cho ánh sáng tác động vào, năng lợng của các phôtôn đợc trao cho các điện tử để nâng điện tử vùng hoá trị lên vùng dẫn, nh trên hình 3.9
Hình 3.9. Nguyên tắc tạo các cặp điện tử lỗ trống ở tiếp giáp p-n–
Tại chính lớp tiếp giáp p-n sinh ra một miền điện tích không gian do chính điện áp phân cực ngợc đặt vào, và ở đó có một điện trờng. Các điện tử- lỗ trống sinh ra ở lân cận vùng điện tích không gian này là phần tử thiểu số, do tác động của điện trờng của miền điện tích không gian, các điện từ thiểu số từ miền p đợc dịch chuyển qua vùng này sang miền n, các lỗ trống thiểu số
từ miền n trôi sang miền p nh thế trên mạch ngoài có một dòng điện chảy qua gọi là dòng quang điện. Tần số và cờng độ của dòng này hoàn toàn do tần số và cờng độ của ánh sáng kích thích quyết định.
Độ rộng của miền điện tích không gian và tốc độ trôi của các phần tử mang dòng thiểu số quyết định thời gian trôi của chúng, do đó cần lu ý khi sử dụng để truyền dẫn với tốc độ cao, vì lúc đó các xung ánh sáng rất hẹp.