Universitatea Politehnica-Facultatea de Transporturi Transporturi
Fizica si dispozitivele electronice ale viitorului Diode electroluminiscente (LED)
DIODA ELECTROLUMINISCENTĂ
Dioda electroluminiscentă este foarte des cunoscută cu denumirea de LED ( Light Emitting Diode). Dioda electroluminiscen centă (LED- light emi emitting diode ode) este ste o dioda semiconductoare ce emite lumină la polarizare polarizareaa directă a joncțiuni p-n. Semnul convențional al LED- ului este următorul (fig. 1)
Fig. 1 Efectu Efectull este este o formă formă de electr electrolu olumin minesc escen! en!ă. ă. "n LED este o sursa de lumina pe o supraf suprafaață mica mica (mai (mai puțin de 1 mm#) adesea cu un sistem optic adăugat pe cip pentru a da o forma radiației si a ajuta in refle$ie. refle$ie. %uloarea %uloarea luminii emise depinde depinde de compoziția si condi țiile materialul materialului ui semiconductor semiconductor folosi folosit& t& si poate poate fi infrar infraroo șu& vizi'il vizi'il sau ultravi ultraviole olet. t. De altfel altfel&& in afara luminări luminării&i& aplica aplica ții inte intere resa sant ntee incl includ ud folo folosi sire reaa LEDLED- uril urilor or " pent pentru ru ster sterililiz izar area ea apei apei si dezi dezinf nfec ec ția dispozitivelor& si ca o sursa de lumina mai mare pentru a spori fotosinteza plantelor.
DENUMIRI ALTERNATIVE ALE DIODELOR ELECTROLUMINISCENTE : • • •
LED (Light Emitting Diode) Diodă fotoluminiscentă Diodă fotoemisivă
Exemple de LED-uri (fig.2)
Fig.2
ARAMETRII SECI!ICI : • • •
%urentul direct ma$im *m +uterea de disipa!ie ma$imă + dm %aracteristica spectrală sau culoarea emisă
OLARI"ARE : DIRECTĂ RORIETĂ#I : • • •
• •
Emite radia!ii luminoase sau infraro,ii Se polarizează direct Este un convertor de energie care transformă energia electrică (primită de la sursa de polarizare) n energie luminoasă %uloarea luminii emise depinde de materialul utilizat pentru jonc!iunea pn Se folosesc ca indicatoare optice (afi,aje&semnalizări&etc.). Sunt incorporate in
semafoare semafoare si indicatoa indicatoare re rutiere.M rutiere.Majori ajoritatea tatea semnelor semnelor rutiere rutiere utilizeaza utilizeaza leduri leduri rosii, verzi, albastre
• • •
Creeaza animatii in centrele urbane Produc accente de lumina pe fatade Ledurile sunt folosite in aplicatii de iluminat arhitectural, ambiental, stradal
Cum $unc%ionea&ă LED' urile LED- ul sau Dioda Emi!ătoare de Lumină este un tip special de diodă& ce con!ine
materiale semiconductoare& care convertesc energia electrică direct n lumină. Lungimea de undă sau culoarea luminii emise depinde de com'ina!ia e$actă a materialelor semiconductoare. *cest lucru face posi'ilă producerea de LED- uri care să emită lumină ro,ie& ro,ie& gal'en gal'enă& ă& chihli chihlim'a m'ariu riu&& verde& verde& azurie azurie sau al'ast al'astră. ră. Lumina Lumina emisă emisă este este foarte foarte apropiată de o singură lungime de undă& astfel culorile sunt saturate ,i nu necesită filtre.
LED' urile al(e "n LED al' se 'azează pe un LED al'astru acoperit cu fosfor& ce converte,te lumina al'astră par!ial n gal'en. *mestecul celor două culori de lumină este al'.
LED' uri )entru a)lica%ii decorati*e Efectul de schim'are dinamică a culorilor reprezintă 'aza pentru multe aplica!ii de iluminat decorativ ,i arhitectural. LED- ul este o componentă electronică& se comută pe pozi!ia pornit instantaneu ,i poate fi controlat electronic pentru a produce aceste efecte. +entru o'!inerea efectelor speciale de iluminat& multe produse recurg la controlul prin intermediul unor programe soft - sau hardare.
+i iluminat ,eneral De,i primele LED- uri au fost produse n 1/0#& progresele din ultimii ani au făcut posi'il iluminatul general. Eforturile sunt ncă a$ate pe o'!inerea unei eficien!e sporite ,i a unui flu$ luminos ridicat. n prezent LED- urile sunt capa'ile să producă p2nă la 134 lumeni ,i au o eficacitate luminoasă de peste 144 lumeni56. %ompara!i aceste date cu cele ale unei lămpi cu halogen care n cel mai 'un caz generează circa #4 lumeni56 ,i cu o lampă incandescentă care generează 14 lumeni56. 7i acestea sunt tehnologii deja mature n timp ce iluminatul cu LED- uri are ncă foarte mult poten!ial pentru m'unătă!iri ulteriore a eficacită!ii luminoase (lumeni56).
Avantajele ledurilor •
•
•
•
•
•
•
•
Consum redus de energie Ledul consuma cu pana la !"# mai putina energie decat alte surse de iluminat. $urata de functionare %re o durata de viata de 1"".""" de ore &durata de functionare ' luminozitate redusa cu ("#) *ezistenta, durabilitate +u are filament sau parti mobile nu se poate sparge sau defecta la socuri, rezista la e-treme de temperatura. $easemenea nu se deterioreaza datorata aprinderilor aprinderilor si stingerilor succesive. $egaja foarte putina caldura. Culoare perfecta Ledul emite lumina ce are lungime de unda fi-a si nu are nevoie de filtre pentru a produce produce culori. Marime redusa Ledul este o sursa de lumina miniaturizata, miniaturizata, care permite un ma-imum de fle-ibilitate in conceperea designului designului /oltaj redus +ici un led nu are nevoie de mai mult de 0 /olti pentru a functiona imp de reactie rapid Ledul se aprinde mult mai repede decat alte surse de iluminat. %ceasta calitate il face perfect pentru stopuri la automobile automobile sau ecrane publicitare comple-e.
Consumul redus de energie, durata de via23 mare, dimensiunea mic3, varietatea nelimitat3 de forme constructive c4t 5i o serie de alte avantaje ce caracterizeaz3 L6$urile 5i coprurile de iluminat cu L6$uri, au atras aten2ia marilor produc3tori produc3tori din industrie 7nc3 de la mijlcul secolului 88, ace5tia investind sume importante pentru o dezvoltare continu3 a acestor surse de lumin3. $atorit3 flu-ului luminos slab emis de primele diode electroluminiscente electroluminiscente acestea erau folosite doar ca indicatoare 7n dispozitive dispozitive electronice, ceasuri digitale, etc. urm4nd apoi s3 se realizeze indicatoare luminoase, afi5aje, panouri cu mesaje, reclame luminoase. 9n urma dezvolt3rii rapide L6$ul constituie viitorul 7n iluminat, acestea 7nlocuind 7nlocuind 7n scurt timp corpurile de iluminat clasice 5i a5a zis economice. ec onomice. Practic L6$urile au cel mai larg domeniu de utilizare dintre toate tipurile de surse de lumin3.
Mai jos sunt prezentate c4teva aplica2ii Iluminat arhitectural
Cladiri moderne cu fa2ad3 de sticl3 Monumente istorice, cet32i Centre comerciale Prim3rii, prefecturi eatre, eatre, muzee, palate, case de cultura c ultura
Iluminat contur/margini poduri şi viaducte
:luminatul corespunz3tor corespunz3tor al podurilor podurilor 7n primul r4nd se realizeaz3 pentru avertizarea vapoarelor vapoarelor care circul3 pe r4uri dar dar 5i pentru ma5inile care traverseaz3 podul pe timp de noapte. :luminatul unei construc2ii este o art3 iar dac3 acesta este realizat cu bun gust devine un simbol al unei a5ez3ri umane. Fântâni arteziene piscine
6-ist3 o varietate mare de corpuri de iluminat cu L6$ care sunt recomandate pentru iluminarea piscinelor, piscinelor, f4nt4nilor arteziene e-terioare 5i interioare. ;tiliz4nd controlere a c3ror programe se pot edita 7n aplica2ii aplica2ii specializate 5i folosind folosind L6$uri *<= *<= sau monocrom de diferite culori se pot crea jocuri de lumini personalizate. Iluminat interior
Spa2ii de birouri, s3li de conferin23 Magazine, ghi5ee :ndustrie hotelier3 Localuri, restaurante Case 5i locuin2e >oluri, s3li de a5teptare Iluminat interior am!iental
Spa2ii de birouri /itrine magazine Camere hotel, motel 5i holuri de acces Case 5i locuin2e Localuri, restaurante
Iluminat stradal
Corpuri de iluminat speciale cu posibilitate posibilitate de alimentare direct3 de la panouri fotovoltaice fotovoltaice sau turbine eoliene pentru Parcuri Pie2e ?osele %lee uneluri
Linii de produc"ie @ deoarece corpurile corpurile cu L6$uri au o durat3 durat3 de via23 mult mai mare
fa23 de tuburile fluorescente nu este necesar3 oprirea produc2iei at4t de des pentru schimbarea iluminatoarelor iluminatoarelor ceea ce duce la o economisire considerabil3 de timp
E#pozi"ii de art$ mod$ şi altele
$eoarece L6$urile nu emit e mit ultraviolete prin urmare sunt ideale pentru astfel de aplica2ii. aplica2ii. Se 5tie c3 lumina ;/ altereaz3, altereaz3, decoloreaz3 2es3tura 5i in general materialele neprotejate.
%arcuri şi gr$dini
Aferta larg3 de produse cu tehnologie tehnologie L6$ permite iluminatul parcurilor, parcurilor, gr3dinilor, gr3dinilor, spa2iilor spa2iilor verzi prin cele mai variate metode 5i se pot ob2ine efecte de iluminat speciale toate acestea ace stea cu un consum redus de energie.
&isteme 'I
:luminatoare cu infraro5u pentru sisteme de supraveghere video. $isponibil 7n oferta S6CP*%L secpral.roBproduse.php secpral.roBproduse.php..
Diode electroluminiscente (LED)
Diagrama de !enzi energetice
S3 ne amintim c3 materialele sunt formate din atomi, iar 7n interiorul acestora se afl3 electroni care se invert pe orbite stationare 7n jurul unui nucleu. Fiecare orbit3 corespunde unei anumite valori pentru energia electronului, electronului, ceea ce 7nseamn3 c3 un atom posed3 doar nivele discrete de energie, ca 7n fig 1.
Fig. 1 Semiconductorii sunt materiale ce constau din atomi str7ns lega2i 7ntre ei 7n cadrul unei re2ele cristaline. 9n fiecare atom e-ist3 mul2i electroni, dar propiet32ile propiet32ile semiconductorului sunt date doar de electronii care se afl3 7n atomi pe cele mai e-terioare orbite. +ivele energetice posibile sunt tot discrete dar sunt at7t de apropiate 7ntre ele 7nc7t sunt reprezentate sub form3 de benzi de energie 7n loc de o mul2ime de nivele separate. %ceste benzi sunt private private ca ni5te regiuni continue continue de energie, energie, dar dac3 am avea o lup3 special3 special3 ca s3 privim 7n interiorul lor, am putea vedea nivelele discrete care le compun, fig..Da. 9n semiconductori se disting dou3 benzi energetice banda de valen23 &de energii joase) 5i banda de conduc2ie conduc2ie &de energii mai mari). mari). 6le sunt separate printro printro band3 band3 interzis3, 6 g , 7n care nu e-ist3 nici un nivel energetic permis &adic3 nu poate e-ista nici un electron). Prin urmare electronii pot fi ori 7n banda de valen23, ori 7n banda de conduc2ie, dar nu pot fi 7ntre ele. $ac3 temperatura este zero absolut 5i nu este aplicat nici un c7mp electric e-terior, to2i electronii sunt concentra2i 7n banda de valen23 5i nu se afl3 nici un electron 7n banda de conduc 2ie. %ceasta deoarece nici un electron nu posed3 suficient3 energie suplimentar3 ca s3 sar3 peste banda interzis3. $ac3 este furnizat 3 electronilor electronilor din banda de valen23 energie din e-terior fie prin temperatur3, fie printr un c7mp electric e-tern atunci unii dintre ei vor primi suficient3 energie pentru a s3ri peste banda interzis3 5i vor ocupa nivele energetice 7n banda de conduc2ie. Spunem ca ace5ti electroni sunt Ee-cita2iE. %ce5ti electroni e-cita2i las3 goluri &echivalent cu sarcini electrice pozitive) 7n banda de valen23, ca 7n fig.D.
Fig..D *adia"ia luminoas$ şi !enzile de energie
Cand un electron cade de pe un nivel energetic superior superior pe unul inferior, el elibereaz3 o cuant3 de energie numit3 foton. *ela2ia dintre varia2ia de energie, 6, energia fotonului, fotonului, 6 p 5i lungimea de und3 este 6 ' 6 p ' hc G %ceast3 idee se p3straz3 5i pentru un semiconductor. semiconductor. $ac3 un electron e-citat cade din banda de conduc2ie conduc2ie 7n banda de valen23, este eliberat eliberat un foton a c3rui c3rui energie, 6 p , este mai mare sau egal3 cu banda interzis3, 6g . $eoarece la procesul de radia2ie pot participa mai multe nivele energetice din banda de conduc2ie 5i banda de valen23, lungimile de und3 radiate G i pot fi multiple. Prin urmare putem scrie 6 p H 6g , sau sub o alt3 form3 Gi I hc 6g &dac3 6g este m3surat 7n e/ 5i G 7n nm, atunci Gi I1 I1D0! 6g ). *ezultatul acestei radia2ii multivalente este un spectru larg, G, a luminii emise de un semiconductor, fig.J.
Fig..J.
*adia"ia luminoas$ şi jonc"iune p+n
Cind un semiconductor de tip n este pus 7n contact cu unul de tip p, se formeaz3 o jonctiune pn. La frontiera frontiera jonc2 iunii, iunii, electronii difuzeaz3 difuzeaz3 din partea n 7n partea partea p 5i se recombin3 cu golurile de aici 5i, 7n acela5i timp, golurile din partea p difuzeaz3 7n partea n 5i se recombin3 cu electronii de aici. 9n consecin23 se formeaz3 o regiune s ărăcită de purt ători, 7n care nu e-ist3 nici electroni liberi, nici goluri libere. :onii pozitivi din partea n 5i cei negativi din partea p a acestei regiuni, r3min necompensa2i ceea ce determin3 apari2ia unui c7mp electric intern numit potenţial de contact 5i 5i descris cantitativ prin tensiunea de sărăcire /$ , fig.0.
Fig.0 recombinarea electron-gol eliberează o Lucrul cel mai important de re2inut este c3 recombinarea cuantă de energie - un foton. Prin urmare, pentru a face un semiconductor s3 radieze este necesar s3 sus2inem recombinarea electrongol. electrongol. $ar tensiunea de s3r3cire 7mpiedic3 electronii 5i golurile de a intra 7n regiunea s3r 3cit3. Prin urmare trebuie furnizat3 energie din e-terior pentru a 7nvinge aceast3 barier3 a tensiunii de s3r3cire. %ceast3 tensiunea e-terioar3, numit3 tensiune directă de polarizare, /, este ar3tat3 7n fig.( ea trebuie s3 fie mai mare dec7t /$ .
Fig.(
Pentru a ob2ine o emisie permanent3 de lumin3, trebuie s3 aib3 loc urm3torul proces dinamic electronii mobili din partea n, atra5 i de terminalul pozitiv al tensiunii /, intr3 7n regiunea s3 racit3. Simultan, golurile mobile din regiunea p, atrase de terminalul negativ al tensiunii /, intr3 intr3 in aceea5i regiune s3r 3cit3. *ecombinarea electrongol din interiorul regiunii s3r3cite produce lumina. Sarcinile electrice se refac din sursa de alimentare. %rincipiul de ,unc"ionare al unui LED
;n L6$ este o diod3 semiconductoare semiconductoare care func2ioneaz3 e-act pe principiul principiul prezentat mai sus al emisiei permanente de lumin3. %cest concept este demonstrat de circuitul din fig.K. Cei familiariza2i cu polarizarea direct3 a unei diode vor avea sigur urm3toarea observa2ie recombinarea recombinarea electrongol este un proces care are loc 7n orice diod3 sau tranzistor. tranzistor. Care este diferen2a dintre un L6$ 5i o diod3 obi5nuit3
fig.K $iferen2a este c3 7n diodele obi5nuite, obi5nuite, aceast3 recombinare elibereaz3 energie sub form3 de c3 ldur3 nu sub form3 de lumin3 &adic3 7ntrun alt domeniu al spectrului). 9ntrun L6$, aceste recombin3ri elibereaz3 energie sub form3 de lumin3. *ecombinarea generatoare de caldur3 se nume5te neradiativă, 7n timp ce recombinarea generatoare de lumina se nume5te radiativ ă. 9n realitate, 7n orice diod3 au loc ambele tipuri de recombin3ri c7nd majoritatea recombin3rilor sunt radiative, avem un L6$. Curentul direct injecteaza electroni 7n regiunea s3r3cit3 de purt3tori, unde ei se recombin3 cu golurile 7n mod radiativ sau neradiativ. neradiativ. Prin urmare, recombin3rile neradiative Econsum3E din electronii e-cita2i necesari recombin3rii radiative, radiative, ceea ce scade eficien2a procesului. %cest fapt este este caracterizat prin eficienţa cuantică internă, int , parametru care arat3 ce frac2ie din num3rut total de electroni e-cita2i produce fotoni. 6-plica2iile 6-plica2iile de mai sus justific3 caracteristica intrareie5ire a unui L6$ prezentat3 7n fig.N. *a2ionamentul de mai sus poate fi formalizat astfel puterea luminoas3, P, este energia per secund3, adic3 num3rul de fotoni 7nmul2it 7nmul2it cu energia unui foton, 6 p . +um3rul de fotoni este egal cu num3rul de electroni injecta2i, +, 7nmul2it cu eficien2a cuantic3 intern3. %stfel P ' &+int 6 p ) t
&.D)
fig.N. Pe de alt3 parte, num3rul de electroni &+) 7nmul2it cu sarcina unui electron &e) , pe secund3, este intensitatea curentului electric : ' +e t $eci, puterea luminoas3 radiat3 va fi P ' &&:t e)int6p ) t ' O&int6p e) $ac3 m3sur3m 6p 7n electronvol2i, e/, 5i curentul : 7n m%, atunci P&mQ) ' &int6p &e/)):&m%)
E#emplu
Ce putere radiaz3 un L6$ dac3 eficien2a cuantic3 a sa este 1# 5i lungimea de und3 ma-im3 este !(" nm Soluţie
Mai 7nt7i trebuie s3 calcul3m panta graficului putere func2ie de curent, care e ste termenul Oint 6 p &e/). $ac3 G ' !(" nm, atunci 6 p ' he G '1D0! G '1.0N e/. $eci, Oint 6 p &e/)' "."10N mQBm%. Pentru a calcula puterea trebuie s3 cunoa5tem curentul direct. /alorile /alorile tipice pentru un L6$ sunt cuprinse 7ntre (" 5i 1(" m%. %stfel, pentru : ' (" m%, puterea radiat3 este P ' "."10N: ' ".NJ( mQ. -omostructuri şi heterostructuri
Semiconductorii de tip n 5i de tip p discuta2i pina acum erau realiza2i pe acela5i semiconductor semiconductor intrinsec. Ronctiunile pn realizate in acest fel se numesc homojonc2iuni, homojonc2iuni,
iar un asemenea semiconductor semiconductor homostructur3. 6-ist3 dou3 construc2ii de baz3 pentru un L6$ L6$ cu emisie de suprafa23 &SL6$), fig.! L6$ cu emisie lateral3 &6L6$), fig. •
•
Fig.!
Fig. *egiunea s3r 3cit3 de purt3tori 5i zona 7nvecinat3, 7n care se recombin3 electronii cu golurile, este numit3 regiunea activă. Lumina produs3 prin aceast3 recombinare este radiat3 7n toate direc2iile, dar ea reu5e5te s3 ias3 din dispozitiv doar printro printro fereastr3 practicat3 7n electrodul electrodul superior &fig.!) &fig.!) sau deschiz3tura deschiz3tura practicata 7ntro margine &fig.). &fig.). oate oate celelalte direc2ii posibile, 7n cazul SL6$, sau direc2ia opus3, 7n cazul 6L6$, sunt blocate. A homostructur3 are dou3 dezavantaje principale. Primul este acela c3 regiunea activ3 este prea difuz3, ceea ce reduce eficien2a dispozitivului. *ecombin3rile *ecombin3rile electrongol au loc pe o arie larg3, situa2ie care impune o densitate mare de current pentru a sus2ine puterea radiate la nivelul nivelul dorit. %l %l doilea este c3 fascicolul de de lumin3 radiat este prea prea larg, ceea ce face e-trem de inefficient inefficient cuplajul luminii 7ntr o fibr3 optic3. %ceste dou3 motive fac ca, practice, s3 nu se foloseasc3 homostructurile homostructurile 7n constructia L6$urilor. L6$urilor.
L6$urile comercializate sunt realizate pe heterostructuri, adic3 dioda este realizat3 pe mai mul2i semiconductori, fiecare av7nd o banda interzis3 diferit3. 9n fig.1" este prezentat3 o heterostructur3 heterostructur3 f3cuta din doi doi semiconductori semiconductori diferi2i.
Fig.1" Cu aceste heterostructuri sunt introduse două concepte de bază: confinarea recombinării electron-gol într-o regiune activa foarte redusă şi ghidarea luminii radiate într-o singură direcţie.
Confinarea este ob2inut3 plas7nd un semiconductor cu o banda interzis3 mic3 7ntre dou3 straturi semiconductoare semiconductoare cu banda interzis3 mai mare. 9n fig.1" se arat3 c3 semiconductorul semiconductorul
Cele doua tipuri de leduri au configura2ii spatiale ale radia2iei diferite. SL6$ul radiaz3 lumina ca o sursa Lambertian3, ca in fig.11.
Fig.11. $istribu2ia spatial3 a puterii radiate este descrisa de formula P ' P" cos T unde T este unghiul dintre dintre direc2ia de observa2ie 5i dreapta perpendicular3 pe suprafa2a de radia2 ie. Rum3tate din puterea unei surse Lambertiene este concentrat3 7ntrun con de 1D"U. 6L6$ul radiaz3 ca o surs3 Lambertian3 7ntrun plan paralel cu marginea, produc7nd un fascicol mult mai 7ngust 7ntrun plan perpendicular pe margine, ca 7n fig.1D.
Fig.1D &pectrul radia"iei unui LED
Lungimea de und3 radiat3 depinde de banda interzis3 a semiconductorului. semiconductorului. +u putem schimba banda interzis3, prin urmare pentru a ob2ine o alt3 lungime de und3 trebuie s3 alegem un alt semiconductor. A enrgie 6 g dorit3 se ob2ine utiliz7nd un semiconductor compus din mai multe elemente. $e e-emplu, banda interzisa pentru
compus din JN# %l%s 5i KJ#
Materialul Si
6g &e/) 1.1N ".NN( 1.0D0 1.J( ".N( 1.D0 1.0D 1.D ".N( 1.J(
G &nm) 1"KN 1K1"
!NK D0 1KK0 1""K
!N K(" 1KK0 D0
Prima genera2ie de fibre optice 7n telecomunica2ii a folosit L6$uri realizate di %l
Cheia pentru c7t de departe putem transmite lumina printro fibra nu este c7t de puternica este sursa ci cit din puterea acesteia putem cupla 7n interiorul fibrei. $ac3 apro-im3m configura2ia de radia2ie a unui SL6$ prin modelul Lambertian, atunci puterea luminoas3, luminoas3, P in , cuplat3 7ntro fibra cu salt de indice, av7nd apertura numerica +%, poate fi calculat3 cu rela2ia Pin ' P" & +%)D unde P" este determinata cu rela2ia &.K). E#emplu
Care este puterea cuplat3 7ntro fibra multimod, cu salt de indice, av7nd miezul cu indicele de refractie 1.0! si teaca cu 1.0K, daca SL6$ul radiaz3 o putere de 1"" VQ. Soluţie
%pertura numerica a fibrei este +% '
1.0!D W1.0KD ' ".D0D( . Prin P rin urmare
Pin ' P" & +%)D '1""VQ X"."N(K ' N.(KVQ Cu alte cuvinte, mai pu2in de 1"# din puterea radiat3 este cuplata 7n fibra multimod.
itirea datelor de catalog ale unui LED Lungimea de und$ a radia"iei si l$timea spectral$
Lungimea de und3 radiat3, adesea numit3 lungimea de unda de v7rf, G p , este determinat3 de banda interzisa, 6 g . Fabrican2ii specifica, deobicei, valorile minime 5i ma-ime ale lui G p . %stfel pentru un SL6$ produs de firma %MP, aceste limite sunt 1D" nm 5i 1J(" nm, iar pentru un 6L6d sunt 1DN" nm si 1JJ" nm. G p creste odata cu cre5terea curentului de comanda sau a temperaturii, dar r3mine 7n intervalul specificat. L32imea spectral3, G, este m3surata la jum3tate din ma-im &FQ>M 7n fig.1J).
fig.1J Pentru SL6$ul de la %MP, l32imea l32imea spectral3 este de 1N" nm, iar pentru un 6L6d este mult mai mic3 K( nm. La2imea spectral3 depinde de temperatur3, a5a cum se arata in fig.10.
fig.10 9n intervalul D(UC 5i "UC, l32imea spectral3 cre5te de la 1(( nm la 1!" nm, adic3 cu o panta de ".J! nmBUC. nmBUC. L32imea spectral3 cre5te 5i o data data cu curentul de comand3, comand3, panta fiind de apro-imativ ".K nmBm%, fig.1(.
Fig.1(. *eamintim c3 l32imea spectral3 a sursei este parametrul critic pentru dispersia cromatic3 a fibrei optice. aracteristicile electrice
Caracteristicile electrice tensiune direct3, capacitate 5i curent invers sunt comune oric3rei diode. Fa!rican"ii specific3 uneori tensiunea directă în funcţie de curentul direct , a c3rei aliur3
este ca 7n fig.1N.
Fig.1
$e regul3, valoarea tensiunii directe nu dep35e5te D/. Capacitatea, C, este inerent3 unui L6$. 6-ist3 dou3 surse ale acestei capacit3ti Capacitatea, C, este inerent3 unui L6$. 6-ist3 dou3 surse ale acestei capacit32i &a) capacitatea asociat3 jonc2iunii pn, numit3 numit3 capacitate de de 7nc3rcare &b) capacitatea asociat3 cu timpul timpul de via23 al purt3torilor purt3torilor 7n regiunea regiunea activ3, numit3 capacitate de difuzie. %ceast 3 capacitate limiteaz3 abilitatea de modula2ie a L6$ului prin restric2ionarea benzii. $e e-emplu, fabricantul fabricantul Mitel Semiconductor Semiconductor %= %= &Rarfalla Suedia) specifica specifica pentru un SL6$ o capacitate capacitate de D" pF 5i o band3 band3 de D"" M>z &la o lungime lungime de und3 de v7rf de !K( nm) 5i D"" pF pentru un SL6$ a c3rui band3 este 1D( M>z &la o lungime de und3 de v7rf de 1JD" nm). %cesta este intervalul tipic de valori pentru capacitatea ca pacitatea unui L6$. Curentul invers este cauzat de purt3torii minoritari. %ce5tia %ce5tia sunt produ5i de energia termic3. %cest curent este m3surat la o anumit3 tensiune invers3, de e-emplu D/ 7n fig..1K.
'impul de via"$ timpul de creştere/descreştere şi !anda de ,recven"e impul impul de viaţă, Y, al purt3torilor este timpul dintre momentul 7n care ei sunt injecta2i 7n
regiunea s3r3cit3 5i momentul 7n care ei se recombin3. $in acest motiv se mai folose5te 5i denumirea de timp de viaţă de recombinare. /alorile sale variaz3 de la nanosecunde la milisecunde. rebuie rebuie f3cut3 distinc2ie 7ntre timpul de via23 radiativ, Y r , , 5i neradiativ, Ynr , , astfel 7nc7t timpul de via23 se calculeaz3 cu rela2ia 1 Y '1 Yr Z1 Z1 Ynr 6ficien2a cuantic3 intern3, int , care arat3 c72i fotoni sunt radia2i 7n raport cu num3rul total de electroni injecta2i, poate fi calculat3 cu rela2ia int ' Y Yr impul de creştere!descreştere, t r , este definit 7ntre 1"#
pulsului, ca 7n fig.1!. fig.1!.
Fig.1!.
5i "# din valoarea ma-im3 a
Pentru un L6$, acest parametru arat3 cum urm3re5te pulsul de lumin3 de la ie5ire pulsul electric modulator de la intrare, vezi fig.1.
Fig.1. impul de cre5tereBdescre5tere cre5tereBdescre5tere este determinat de capacitatea L6$ului &C), de amplitudinea treptei de curent de la intrare &: p ) 5i de timpul de via23 &Y) 5i se poate calcula cu rela2ia O1 t r ' D.D OY Z 1.N X1" X U[XC : )B: p \ unde U[ este temperatura absolut3 7n ]elvini &"UC ' DNJU[). Pentru o valoare mare a lui : p , al doilea termen devine neglijabil 5i timpul de creştere este determinat, in ultimă instanţă de timpul de viaţă . Fabrican2ii prefer3 s3 m3soare acest timp, valorile tipice 7ncadr7nduse 7ntre D 5i 0 ns. =anda de modulatie, =Q, este intervalul de frecvente de modula2ie 7n cadrul c3ruia puterea electric3 detectat3 scade la Jd=, vezi vezi fig.D".
Fig.D". 9n electronic3, rela2ia general3 de leg3tur3 dintre band3 si timpul de cre5tere este
=Q ' ".J( ".J( t r $ac3 introducem 7n rela2ia de mai sus t r ' ' D.( ns &din datele din fig.1K) nu obtinem =Q ' 11( M>z, a5a cum apare 7n acea5i figur3 &ci obtinem 10" M>z). %ceast3 discrepan23 apare deoarece dac3 curentul direct este modulat cu pulsa2ia ^, intensitea luminii la ie5irea L6$ului, :&^), va varia dup3 rela2ia, OD
:&^)':&")
2
unde :&") este intensitatea luminoas3 emis3 de L6$ 7n cuent continuu, iar Y este timpul de propor2ionala ala cu : D . Prin urmare, consider7nd via23. Puterea electric3 detectat3 este propor2ion consider7nd raportul :D &^)
: D &" )'1 D , ceea
ce 7ns 7nsea eamn mn33 o sc3de sc3dere re la la
Jd= Jd=,, din din rela rela2i 2iaa &.1 &.1D) D)
ob2inem =Q ' ^ '1 Y Se eviden2iaz3 astfel un pricipiu foarte important banda de modulatie a unui "#$ este limitată de timpul de viaţă al purtătorilor . 6-plica2 ia fizic3 a acestui principiu este urm3toarea. Presupunem c 3 un electron este e-citat 7n banda de conduc2ie. Lui 7i ia Y ns p7n3 c7nd sa cad3 7n banda banda de valen23 prin recombinare. recombinare. 9n acest interval interval de timp nu pute2i pute2i modifica starea lui, astfel 7nc7t chiard ac3 se 7ntrerupe curentul direct, direct, trebuie a5teptat Y ns p7n3 c7nd radia2ia radia2ia va 7nceta practic.
%rodusul putere+!and$
Produsul putereband3 putereband3 este un alt 3 caracteristic3 important3 a unui L6$. %cest produs este o constant3. Cu alte cuvinte, pute2i cre5te banda de modula2ie a unui L6$ doar 7n detrimentul puterii puterii de ie5ire. *eciproc, pute2i cre5te puterea de ie5ire a unui L6$, doar 7n detrimentul benzii de modula2ie.