6.2.4. Геометрия светодиода

Существенной составной частью источников света является их способность вводить свет в узкий сердечник волокна. Базовые светодиоды, как подчеркивалось выше, излучают свет во всех направлениях. Это затрудняет направление света в волокно. Для концентрации свел в узкий пучок могут использоваться различные внутренние структуры. Двумя обычно используемыми схемами являются диоды Барруса (Burrus) и диоды, излучающие из кромки (edge emitting diodes).

В структуре диода Барруса, или диода с вытравленным каналом, для ограничения излучения света используется дыра, вытравленная в субстрате, сопряженном с внутренними структурами. Волокно может быть непосредственно введено в дыру в верхней части устройства для сбора выходящего света.

Диоды с излучением с торца (edge emitting diodes - ELED) генерируют свет в тонком узком активном переходном слое, как показано на рис. 6.3. Излучающая зона может быть толщиной всего несколько микрометров и шириной десять микрометров. Структур; включает в себя особенности, разработанные для ограничения выхода света и направления его к одному концу устройства. Такие устройства обычно дают меньше выходящей света, чем поверхностно-излучающие светодиоды, из-за меньшей поперечной площади активной излучающей зоны, но пучок более эффективно направляется в волокно. Более яркие и точные пучки требуют более сложной конструкции, сопряженной с более дорогими структурами с большим выделением тепла.

Рис. 6.3. Светодиод с излучением с торца

6.2.4. Рабочие параметры

Выходная мощность и питание

Выходная мощность обычно не превышает 1 мВт, но может быть и лишь несколько микроватт. Выходная мощность светодиода линейно зависит от прямого тока. Волоконно-оптические светодиоды обычно работают с токами от 20 до 100 мА и требуют прямого напряжения смещения от 1,2 до 1,8 вольт. При мощности рассеяния от небольшого устройства до 180 мВт необходима соответствующая охлаждающая конструкция для предотвращения избыточного повышения температуры и, как следствие, снижения надежности и срока службы устройства. По мере старения светодиодов их выходная мощность снижается.

Ширина спектра

Суммарная излучаемая передатчиком мощность распределяется по диапазону длин волн, сгруппированных вокруг основной длины волны. Это оценивается величиной ширины спектра h_λ, в пределах снижения уровня мощности на 3 дБ и измеряемой обычно в нанометрах. Типичный светодиод, работающий на длине волны 850 нм, имеет ширину спектра примерно 40 нм, а светодиод, работающий на 1300 нм, - ширину примерно 80 нм. Большие значения ширины спектра вызывают повышение хроматической дисперсии светового импульса по мере его продвижения по волокну.

Рабочий срок службы

Сроком службы светодиода является время, в течение которого его световое излучение снижается до половины первоначального значения (то есть уменьшается на 3 дБ в основной рабочей длине волны). Хорошие светодиоды должны иметь срок службы около 105 часов (11 лет).

Модуляция

Цифровая модуляция излучения светодиода достигается простым включением и выключением источника тока светодиода.

Для аналоговой модуляции светодиода к нему требуется приложить смещение постоянного тока, чтобы гарантировать, что светодиод всегда находится под действием прямого напряжения смещения. Влияние Температуры

Допустимы рабочие диапазоны температур от -65 до 125°С. По мере увеличения температуры перехода выходная мощность снижается, обычно на 0,012 дБ/°С.

6.2.5. Конструкции светодиодов

Чипы светодиодов должны монтироваться в соответствующем корпусе, чтобы эффективно рассеивать тепло и дать возможность подключить к источнику света волокно. Производители используют множество различных подходов, включая прозрачные окна или линзы в металлических колпачках, дыры в корпусе для введения и склеивания волокон, присоединение косичек непосредственно к чипу или использование в чипах микроскопических линз для ограничения пучка. Два из них показаны на рис. 6.4. Использование большой линзы в качестве крышки устройства показано на рис. 6.4,а. Это создает большой пучок, поскольку дистанция, отделяющая линзу и светодиод как таковой, подходит лишь для волокон большого диаметра. На рис. 6.4,6 показано использование микролинзы, посаженной непосредственно на светодиод. В этом случае пучок не расширяется до его ограничения линзой, поэтому его можно эффективно направить в волокно с диаметром сердечника ,50 мкм. Потери, связанные с соединениями волокон и источников света, обсуждались в главе 5.

Рис. 6.4. Конструкции светодиодов