CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ PHÁT QUANG VÀ THIẾT BỊ THU QUANG 4.1 Thiết bị phát quang
4.1.1.2 Điode Laser
Điode laser bán dẫn LD được cấu tạo từ một chuyển tiếp dị thể kép có dạng khối chữ nhật với hai đầu được mài nhẵn tạo thành hai gương song song phản xạ ánh sáng. Một gương phản xạ toàn phần, còn một gương có khe để cho ánh sáng phát đi qua ra ngoài.Cấu trúc dị thể và hai gương tạo thành một hộp cộng hưởng Phabry-Pero. Chiều dài hộp cộng hưởng chọn bằng một số nguyên lần nửa bước sóng phát của Laser, theo công thức :
,.... 3 , 2 , 1 , 2 = = m n m L λ (4.1)
Điode Laser làm việc dưới thiên áp thuận và dòng thiên áp có giá trị trên dòng ngưỡng ánh sáng do Diode Laser phát ra là ánh sáng bức xạ kích thích, có tính kết hợp, nên cường độ và công suất mạnh hơn nhiều lần so với ánh sáng của LED. Khác với LED, Diode Laser làm việc dựa trên nguyên tắc bức xạ ánh sáng kích thích của vùng hoạt tính của cấu trúc dị thể kép chất bán dẫn. Để có ánh sáng phát trong chế độ Laser, theo nguyên lý làm việc chung của Laser, Diode LD cần đảm bảo được ba điều kiện sau :
Vùng hoạt tính của chuyển tiếp dị thể kép phải là môi trường khuyếch đại đối với ánh sáng bức xạ kích thích.
Phản hồi quang của ánh sáng bức xạ tái hợp trong vùng hoạt tính phải là dương, tức vùng hoạt tính của chuyển tiếp dị thể kép phải có cấu trúc hộp cộng hởng nhờ hai gương ở hai đầu đặt song song nhau. Chiều dài L của hộp chọn theo điều kiện (công thức 4.1). Khi đó các tia sáng tới và tia phản xạ truyền dọc hộp sẽ phản xạ liên tiếp tại hai mặt hai gương hai đầu hộp có pha cách nhau là 2mπ (đồng pha với nhau). Với m = 1, 2, 3,….
Dòng thiên áp thuận đặt lên Diode LD phải đạt trên giá trị dòng ngưỡng, để bảo đảm trạng thái nghịch đảo nồng độ điện tử trong vùng hoạt tính.
Để vùng hoạt tính là môi trường khuyếch đại ánh sáng, thì nồng độ hạt dẫn do thiên áp tạo ra trong nó cần đạt trên giá trị ngưỡng. Chẳng hạn đối với bán dẫn InGaAsP thì nồng độ ngưỡng là NT = (0,9-1,5).1018/cm3. Trong điều kiện như vậy, ánh sáng do tái hợp bức xạ truyền trong vùng hoạt tính sẽ được khuyếch đại mà không bị hấp thụ.
Nói chung, Laser có rất nhiều dạng và đủ các kích cỡ. Chúng tồn tại ở dạng khí, chất lỏng, tinh thể hoặc bán dẫn. Đối với các hệ thống thông tin quang, các nguồn phát Laser là các Laser bán dẫn và thường gọi chúng là LD. Các loại Laser có thể là khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng là như nhau. Hoạt động của Laser là kết quả của ba quá trình mấu chốt là: hấp thụ phôton, phát xạ tự phát và phát xạ kích
thích. Ba quá trình này tương tự cơ chế phát xạ ánh sáng
Các hệ thống thông tin quang thường là có tốc độ rất cao, hiện nay nhiều hệ thống thông tin quang có tốc độ 2.5Gbit/s đến 5Gbit/s đã được đưa vào khai thác. Băng tần của hệ thống thông tin quang đòi hỏi khá lớn, như vậy các LD phun sẽ phù hợp hơn là các Điode phát quang LED. Các LD thông thường có thời gian đáp ứng nhỏ hơn 1ns, độ rộng phổ trung bình từ 1nm đến 2 nm và nhỏ hơn, công suất ghép vào sợi quang đạt vài miliwatt.