Параметры лавинного фотодиода ЛФД-2-А

Таблица 8.1

№	Наименование параметра	Значение параметра
	Темновой ток при напряжении обратного смещения V_см=8±1 В, мкА, не более	0,15
	Токовая монохроматическая чувствительность к лучистому потоку с длиной волны: λ =632,8 нм, не менее λ=1064 нм, не менее	0,26 0,61
	Напряжение обратного смещения, соответствующее величине коэффициента лавинного умножения фототока К=10 при нагрузочном сопротивлении в цепи фотодиода R_Н=1 кОм и первичном фототоке I_Ф=1 мкА, В	22,25
	Спектральная плотность напряжения шума при нагрузочном сопротивлении R_Н=1 кОм при напряжении обратного смещения V_см10, В/Гц^1/2, не более	1,5×10^-8
	Максимальный коэффициент лавинного умножения фототока при нагрузочном сопротивлении R_Н=1 кОм и первичном фототоке I_ф=1 мкА, не менее	24,0
	Граничная частота, МГц не менее	1000
	Пороговый поток к лучистому потоку с длиной волны λ=1064 нм при нагрузочном сопротивлении R_Н=1 кОм Вт, не более	1,73×10^-8

Фототранзисторы

Фототранзистор – это транзистор, который одновременно является приемником излучения и усилителем фототока. Поэтому чувствительность фототранзисторов гораздо больше чем у фотодиодов.

Некоторые конструктивные схемы фототранзисторов приведены
на рис. 8.20.

Рис.8.20. Разновидности схем конструкций фототранзисторов.

Световой поток, который является входным сигналом для фототранзистора, направляется в область базы, через специальное окно в корпусе фототранзистора. При освещении базы в ней возникают электронно-дырочные пары, которые при их достижении коллекторного перехода разделяются полем перехода (рис.8.20), дырки движутся в коллектор, увеличивая ток коллектора. Электроны остаются в базе, понижая его потенциал. При этом на эмиттерном переходе создается прямое дополнительное напряжение, вызывающее дополнительную инжекцию дырок из эмиттера в базу и соответствующее увеличение тока коллектора.

Обычно фототранзистор включают по схеме с общим эмиттером с отключенной базой и резистором R_H в цепи коллектора (рис.8.21) коллекторный ток I_К при I_Б =0 (база отключена) в (b+1) раз больше, чем I_КБ0. В этом случае через транзистор идет сквозной коллекторный ток:

I_К=b(I_КБ0+I_Ф), (8.37)

где bI_КБ0 -темновой ток фототранзистора; bI_Ф=bК_ФФ - световой ток фототранзистора; К_Ф -интегральная фоточувствительность фототранзистора, которая в b раз больше, чем у фотодиода, при прочих равных условиях. Схема включения фототранзистора показана на рис.8.22. Рис.8.22. Схема включения фототранзистора.

Вывод базы фототранзистора можно дополнительно использовать для электрического управления фототранзистором, например, для подачи смещения с целью регулирования характеристик фототранзистора.

Вольтамперные характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам фотодиода, изготовленного из того же материала, но с увеличенным в b раз масштабом по оси тока. В соответствии с этим они обладают большой крутизной, т.е. фототранзистор имеет меньшее внутреннее сопротивление, чем фотодиод. Световые характеристики фототранзистора линейны.

Фототиристоры

Фототиристор представляет собой аналог управляемого полупроводникового тиристора, но переключение его в открытое состояние производится световым импульсом.

Рис.8.22. Э₁,Б₁,Э₂,Б₂-эмиттеры и базы условных транзисторов, П₁ и П₃ -эмиттерные переходы, П₂ -коллекторный переход, У -управляющий электрод.

Фототиристор представляет собой четырехслойную p-n-p-n –структуру с двумя p-n –переходами, один из которых смещен в прямом, а другой в обратном направлении. При таком включении структура фототиристора имеет вид двух условных транзисторов p-n-p и
n-p-n с положительной обратной связью через общий коллектор, как показан на рис.8.22.

Вольтамперные характеристики фототиристоров имеют вид, показанный на рис.8.23.

Рис.8.23. Вольтамперные характеристики фототиристоров

Увеличение светового потока Ф (Ф₁<Ф₂<Ф₃) приводит к уменьшению напряжений переключения (u₁, u₂и u₃). Фототиристор остаётся во включённом состоянии, и после окончания светового импульса.

Одним из основных характеристик фототиристора является пороговой поток излучения Ф_пор, обеспечивающий гарантированное включение фототиристора при заданном напряжении питания. Фототиристор служит для быстрого переключения больших токов.

Фоторезисторы

Фотосопротивления имеют гораздо большую интегральную чувствительность, чем вакуумные фотоэлементы. Для их изготовления используются PbS, CdS, PbSe и некоторые другие полупроводники. Если катоды вакуумных фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей имеют красную границу фотоэффекта не выше 1,1 мкм, то применение фотосопротивлений позволяет производить измерения в далекой инфракрасной области спектра (3-4 мкм), а также в областях рентгеновского и гамма-излучений. Кроме того, они малогабаритны и имеют низкое напряжение питания. Недостаток фоторезисторов - их заметная инерционность, поэтому они непригодны для регистрации быстропеременных световых потоков.

Рис. 8.24. Схема включения фоторезистора и вольт-амперные характеристики при различных световых потоках. Пунктиром показана зона ограничения разрушения материала фоторезистора.

Список литературы

1. Звелто О. Принципы лазеров.- М.: - Мир,1990

2. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. -М.: Наука, 1988

3. Страховский Г.М., Успенский А.В. Основы квантовой электроники.

-М.: Высшая школа, 1979

4. Качмарек Ф. Введениев физику лазеров.- М.: Мир,1990

5. Микаэлян А.Л. и др. Оптические генераторы на твердом теле.

- М.: Сов.Радио,1967

6. Богданкевич О.В. и др. Полупроводниковые материалы.

-М.: Наука, 1976

7. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. –М.: Высшая школа, 1983

8. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света.
-М.: Наука, 1970

9. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники.-Л:Машиностроение, 1990

10. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика.
-М.: Радио и связь, 1982

11. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. -М.: Наука, 1989

12. Ахманов С.А., Коротеев Н.И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света. -М.: Наука, 1981

13. Гребнев А.К., Гридин В.Н., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства.-М.: Радио и связь,1998

14. Бобровский Ю.Л. и др. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника.-М.: Радио и связь,1998

15. Тугов И.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А.Полупроводниковые приборы.

-М.: Энергоатомиздат, 1990

16. Анисимов И.Д. и др. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний ИК диапазоны спектра.
-М.: Радио и связь, 1984

17. Иванов А.Б. Волоконная оптика. -М.: Сайрус системс, 1999

18. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. -М.: Радио и связь, 2000

19. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. Отв. ред. М.Е. Жаботинский, - М.: Сов. Энциклопедия, 1969

20. Справочник по лазерам. Т.2. Пер.с англ./ Под ред.А.М.Прохорова.

-М.: Советское радио, 1978

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….3

1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРОВ……………………………………...5

1.1 Оптическое излучение………………………………………………...…5

1.2 Энергетические состояния квантовой системы. Населенности квантовых уровней……………………...………………………………………7

1.3 Элементарные процессы взаимодействия оптического излучения с веществом…………………………………………………….…………………8

1.4 Основы теории формы и ширины линии излучения..................... 11

1.5 Коэффициенты Эйнштейна. Термодинамическое рассмотрение.. 15

1.6 Квантовое усиление в среде............................................................. 16

1.7 Квантовый генератор (лазер).......................................................... 18

1.8 Методы инверсии населенностей квантовых уровней.................... 20

1.9 Метод оптической накачки.............................................................. 21

1.10 Кинетические уравнения для населенностей уровней.................... 23

1.11 Оптические резонаторы................................................................... 25

1.11.1 Добротность открытого резонатора......................................... 27

1.11.2 Волновая теория открытого резонатора.................................. 28

1.11.3 Дифракционная теория.............................................................. 31

1.11.4 Геометрическая теория открытого резонатора........................ 34

1.11.5 Селекция типов колебаний........................................................ 37

2 ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ............................................................. 40

2.1 Рубиновый лазер.............................................................................. 41

2.2 Неодимовые лазеры......................................................................... 42

2.3 Устройство твердотельного лазера................................................. 43

2.4 Система оптической накачки........................................................... 44

2.5 Электрическая схема питания.......................................................... 47

2.6 Режимы работы твердотельных лазеров........................................ 49

3 Газовые лазеры............................................................................ 57

3.1 Принцип работы и конструкция газовых лазеров......................... 57

3.2 Инверсия населенностей в плазме газового разряда...................... 59

3.3 Гелий – неоновый лазер................................................................... 60

3.4 Аргоновый лазер.............................................................................. 62

3.5 СО₂-лазер.......................................................................................... 62

4 Полупроводниковые лазеры................................................. 64

4.1 Физические основы работы полупроводникового лазера............. 64

4.1.1 Энергетические состояния в полупроводниках........................ 64

4.1.2 Излучательные и безызлучательные переходы…………………..66

4.1.3 Условие усиления электромагнитной волны в полупроводнике 67

4.2 Инжекционный полупроводниковый лазер на гомопереходе....... 69

4.3 Инжекционный полупроводниковый лазер на гетеропереходе.... 72

4.4 Характеристики и параметры полупроводниковых лазеров......... 76

4.5 Применения лазеров……………………………………………………76

5 Оптические модуляторы......................................................... 78

5.1 Электрооптические модуляторы..................................................... 78

5.2 Акустооптические модуляторы....................................................... 85

5.3 Магнитооптические модуляторы..................................................... 88

6 Волоконно-оптические усилители................................... 89

6.1 Принцип работы волоконно-оптических усилителей..................... 89

6.2 Устройство и схемы волоконно-оптических усилителей................ 90

6.3 Характеристики и параметры волоконно-оптических усилителей. 91

7 Основы нелинейной оптики................................................. 93

7.1 Поляризация диэлектрика. Нелинейная поляризация.................... 93

7.2 Генерация оптических гармоник, суммарных и разностных частот 95

7.3 Фазовый синхронизм в одноосных кристаллах............................. 97

7.4 Самофокусировка света................................................................... 99

7.5 Двухфотонное поглощение............................................................ 102

7.6 Вынужденное комбинационное рассеивание света....................... 104

8 Элементы оптоэлектронных приборов....................... 107

8.1 Физические основы работы полупроводниковых светоизлучающих диодов 107

8.2 Внутренний и внешний квантовые выходы.................................. 109

8.3 Потери излучения в светоизлучающем диоде.............................. 110

8.4 Излучательная и спектральная характеристики светоизлучающего диода 111

8.5 Модуляционная характеристика светоизлучающего диода........ 113

8.6 Параметры и электрические характеристики светоизлучающего диода 114

8.7 Конструкции излучающего диода и эффективность связи с волоконным световодом 115

8.8 Принцип работы полупроводниковых фотоприемников............ 117

8.9 Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость.............................. 118

8.10 Скорость оптической генерации носителей заряда...................... 120

8.11 Процессы рекомбинации носителей заряда.................................. 122

8.12 Основное характеристическое соотношение фотопроводимости 123

8.13 Процессы релаксации..................................................................... 124

8.14 Фоточувствительность. Фототок. Усиление фототока.................. 124

8.15 Характеристики фотоприемников................................................. 126

8.16 Фотодиоды...................................................................................... 128

8.17 Фототранзисторы........................................................................... 136

8.18 Фототиристоры.............................................................................. 137

8.19 Фоторезисторы…………………………………………………………138

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………........140

1 Термины MASER и LASER образованы от первых букв выражения "Microwave (Light) Amplification by Stimulated Emission of Radiation", что означает "Усиление микроволн (света) путем индуцированного излучения".