HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
Fundamental of Optical Fiber Communications
Giảng viên:
Bộ
ộ môn:
Email:
Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp
Thông
g Tin Q
Quang
g – Khoa Viễn thông
g2
[email protected], [email protected]
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
CHƯƠNG 3
BỘ PHÁT QUANG
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 2
NỘI DUNG CHƯƠNG 3
•
•
•
•
•
•
Nguyên lý chung về biến đổi quang điện
LED
Laser diode (LD)
Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang
Các
á nguồn
ồ laser bán
á dẫn
ẫ đơn mode
Bộ phát quang
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 3
Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện
• Mức năng lượng (Energy Level):
Tính chất hạt của ánh sáng:
• Eph = hf
• Eánh sáng = Nph x Eph
h: hằng số Plank (h= 6,625x10-34J.s)
f : tần số của photon ánh sáng
Nph: số p
photon
Tính lượng tử của vật chất:
• Hat nhân: điện tích dương
• Các điện tử: điện tích âm
– Quay
Q yq
quanh hạt
ạ nhân theo các q
quỹỹ
đạo ổn định
– Mang một mức năng lượng nhất định
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 4
Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện
• Mức năng lượng (Energy Level):
Biểu đồ mức năng lượng (energy level diagram):
Năng lượng E(eV)
E4
E3
E2
E1
E0
Dải cấm năng luợng (energy gap)
ΔEij=Ej - Ei
Trạng thái nền (ground state)
• Biểu diễn trạng thái năng lượng của điện tử trong một nguyên tử
• Các mức năng lượng này không liên tục Æ rời rạc nhau
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 5
Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện
• Mức năng lượng (Energy Level):
Hàm phân bố Boltzmann:
Ni = N0 × e
− [ ΔE i / k B T ]
Năng lượng E
exp(-ΔEi/kBT)
Ei
ΔEi: độ chênh lệch năng lượng giữa Ei và E0;
kB: hằng số Boltzmann (1,38.10-23 (J/oK))
T: nhiệt độ tuyệt đối (oK).
E0
Ni
N0
Mật độ điện tử
• Phân bố mật độ điện tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau
• Khi “cân bằng về nhiệt”
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 6
Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện
• Mức năng lượng (Energy Level):
Nhận xét:
• Ni > Nj (với i 0oK: điện
ệ tử hấp
p thụ
ụ năng
g lượng
ợ g nhiệt
ệ Æ thayy đổi trạng
ạ g thái
năng lượng Æ chuyển từ E0 lên các mức năng lượng cao hơn
• Số điện tử ở các mức năng lượng kích thích tăng lên khi To tăng
• Trạng thái nền là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử
– Xu hướng chuyển về các trạng thái năng lượng thấp
– Thời gian sống (lifetime) của điện tử
• Khi điện tử chuyển từ EjÆEi (với iVD
n
-
VD +
+
Loã troáng
- Ñieän töû
+
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 17
LED
• Đặc tính P-I của LED:
Mối quan hệ giữa công suất phát quang và dòng điện:
• Công suất quang:
P = E/t = Nph.Eph /t= (Ne.ηint.Eph)/t
• Hiệu
ệ suất lượng
ợ g tử nội:
ộ
P(mW)
ηint = Nph / Ne
10
• Dòng điện:
I = Ne.e/t
e/t
5
Æ P = [(ηint.Eph)/e].I
I(mA)
0
100
200
• Nếu Eph được
ợ tính bằng
g đv ((eV):
) P(mW)
(
) = [(ηint.Eph(eV)]
)].I((mA)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 18
LED
• Đặc tính phổ của LED:
E
Vuøng daãn
((Conduction band))
1
λ1
λ3
λ2
Công suất
cchuẩn
uẩ hóa
óa
λ4
0.5
Δλ
Vuøng hoaù trò
(Valence band)
λp
λijj ( μ m) =
www.ptit.edu.vn
1, 24
Eij (eV
V)
λ(nm)
Với Eij = Ej - Ei
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 19
LED
• Đặc tính phổ của LED:
Nguồn quang bán dẫn: vùng năng lượng
Các photon được tạo ra có bước sóng:
λijj ( μ m) =
1, 24
Eij (eV
V)
Với Eij = Ej - Ei
Nhiều mức NL Æ nhiều bước sóng ás được tạo ra.
Công suất phát quang tại các bước sóng khác nhau
không đều nhau
Bước sóng trung tâm:
• Công suất lớn nhất
• Thay đổi theo nhiệt độ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP
BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
Trang 20