Prinsip kerja diod pemancar cahaya-
-Diod pemancar cahaya (LED) digunakan dalamgentian optikkomunikasi memancarkan cahaya inframerah yang tidak kelihatan, manakala LED yang digunakan dalam paparan memancarkan cahaya yang boleh dilihat, seperti lampu merah dan hijau. Walau bagaimanapun, mekanisme pemancaran cahayanya-pada dasarnya adalah sama. Proses pelepasan LED terutamanya sepadan dengan proses pelepasan cahaya spontan. Apabila arus hadapan disuntik, pembawa bukan keseimbangan-yang disuntik bergabung semula semasa resapan, memancarkan cahaya. Oleh itu, LED adalah sumber cahaya yang tidak koheren dan bukan peranti ambang; kuasa keluaran mereka pada asasnya adalah berkadar dengan arus yang disuntik.
LED mempunyai lebar spektrum yang luas (30–60 nm) dan sudut sinaran yang besar. Dalam-komunikasi digital berkelajuan rendah dan-sistem komunikasi analog jalur lebar yang sempit, LED ialah sumber cahaya yang optimum. Berbanding dengan laser, litar pemanduan LED adalah lebih mudah, dan ia menawarkan volum pengeluaran yang lebih tinggi dan kos yang lebih rendah.
Perbezaan antara LED dan laser ialah LED tidak mempunyai rongga resonan optik dan tidak boleh menghasilkan cahaya laser. Mereka terhad kepada pelepasan spontan, memancarkan cahaya yang tidak koheren. Laser, sebaliknya, adalah pelepasan yang dirangsang, memancarkan cahaya koheren.
Struktur LED
LED juga kebanyakannya menggunakan cip heterojunction berganda. Perbezaannya ialah LED tidak mempunyai permukaan belahan, bermakna ia tidak mempunyai rongga resonan optik, dan kerana ia tidak berayun seperti laser, ia tidak mempunyai resonans optik. LED dibahagikan kepada dua kategori utama:-LED pemancar permukaan dan-LED pemancar tepi. Struktur LED pemancar permukaan-ditunjukkan dalam Rajah 3-11 dan struktur LED pemancar tepi ditunjukkan dalam Rajah 3-12.
Rajah 3-11 Struktur LE pemancar permukaanD
LED pemancar tepi{0}}juga menggunakan struktur heterojunction berganda. Menggunakan teknologi topeng SiO2, satu-elektrod sentuhan berbentuk jalur (40-50mm) berserenjang dengan muka hujung terbentuk pada permukaan sentuhan berbentuk-jalur, sekali gus mentakrifkan lebar lapisan aktif. Pada masa yang sama, lapisan pandu gelombang optik ditambah untuk meningkatkan lagi kekangan cahaya, membimbing sinaran cahaya yang dijana di kawasan aktif ke permukaan pemancar, dengan itu meningkatkan kecekapan gabungan dengan gentian optik. Satu hujung lapisan aktif disalut dengan-filem pantulan tinggi, dan hujung satu lagi dengan filem-anti pantulan untuk mencapai pancaran cahaya satu arah. Dalam arah yang berserenjang dengan satah simpang, sudut perbezaan adalah kira-kira 30 darjah, menunjukkan kecekapan gandingan keluaran yang lebih tinggi daripada LED pemancar permukaan.
Rajah 3-12 menunjukkan struktur LED pemancar tepi
Ciri-ciri operasi LED
(1) Ciri spektrum: Lebar garis spektrum ΔA LED jauh lebih luas daripada laser. Spektrum pelepasan LED InGaAsP ditunjukkan dalam Rajah 3-13.
Rajah 3-13 Spektrum pelepasan LED InGaAsP
Oleh kerana LED tidak mempunyai rongga resonan optik untuk memilih panjang gelombang, spektrumnya adalah berdasarkan pelepasan spontan, menghasilkan lebar garis spektrum yang luas. Panjang gelombang yang sepadan dengan keamatan bercahaya maksimum pada lengkung spektrum dipanggil panjang gelombang puncak pelepasan λp, dan perbezaan panjang gelombang Δλ antara dua separuh-titik intensiti pada lengkung spektrum dipanggil lebar garis spektrum LED (atau hanya lebar spektrum), iaitu kuantiti yang berkaitan dengan suhu T dan panjang gelombang λ.
Dalam formula, c ialah kelajuan cahaya dalam vakum; h ialah pemalar Planck, h=6.625 × 10⁻³⁴ J·s; dan k ialah pemalar Boltzmann, k=1.38 × 10⁻ J/K.
Seperti yang dapat dilihat daripada persamaan (3-10), lebar spektrum bertambah dengan pertambahan panjang gelombang sinaran λ mengikut λ². Secara amnya, lebar spektrum LED -panjang gelombang pendek (GaAlAs-GaAs) ialah 10~50nm dan lebar spektrum LED panjang gelombang (InGaAsP-InP) ialah 50~120nm.
Lebar spektrum meningkat dengan peningkatan kepekatan doping lapisan aktif. LED pemancar{1}}permukaan biasanya didopkan dengan banyak, manakala LED pemancar tepi-didopkan sedikit; oleh itu, LED pemancar{3}}permukaan mempunyai lebar spektrum yang lebih luas. Tambahan pula, doping berat mengalihkan panjang gelombang pelepasan ke arah panjang gelombang yang lebih panjang. Selain itu, perubahan suhu dan variasi dalam pengagihan tenaga pembawa juga menyebabkan perubahan lebar spektrum.
(2) Ciri Kuasa Optik Output Ciri P-I bagi LED merujuk kepada hubungan antara kuasa optik output dan arus suntikan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3-14. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 3-14, peranti pemancar permukaan-mempunyai kuasa yang lebih tinggi, tetapi terdedah kepada tepu pada arus suntikan yang tinggi; manakala peranti pemancar tepi mempunyai kuasa yang lebih rendah. Secara umumnya, di bawah arus suntikan yang sama, kuasa optik output bagi permukaan{12}}LED pemancar adalah 2.5 hingga 3 kali lebih besar daripada LED pemancar tepi. Ini kerana LED pemancar tepi tertakluk kepada lebih banyak penyerapan dan gabungan semula antara muka.
Rajah 3-14 ciri PI LED
(3) Ciri suhu Memandangkan LED adalah peranti tanpa ambang, ia mempunyai ciri suhu yang baik dan tidak memerlukan litar kawalan suhu.
(4) Kecekapan gandingan Di bawah keadaan aplikasi biasa, arus kendalian LED ialah 50-150mA dan kuasa output ialah beberapa miliwatt. Oleh kerana sudut perbezaan rasuk yang dipancarkan oleh LED adalah besar, kecekapan gandingan dengan gentian optik adalah rendah, dan kuasa gentian adalah lebih kecil. Ia biasanya hanya sesuai untuk penghantaran jarak dekat.
(5) Ciri-ciri modulasi: LED mempunyai frekuensi modulasi yang rendah. Di bawah keadaan operasi biasa, kekerapan pemotongan bagi permukaan-LED pemancar ialah 20-30MHz dan kekerapan pemotongan bagi LED pemancar tepi ialah 100-150MHz, terutamanya disebabkan oleh had hayat pembawa.
Perbandingan Laser (LD) dan LED
Berbanding dengan diod optik (LD), LED mempunyai kuasa keluaran yang lebih rendah, lebar garis spektrum yang lebih luas, dan frekuensi modulasi yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, LED menawarkan prestasi yang stabil, jangka hayat yang panjang, kemudahan penggunaan, julat linear kuasa output yang luas, dan lebih mudah untuk dikeluarkan dan lebih murah.
LED biasanya digandingkan dengan gentian optik berbilang mod untuk sistem komunikasi optik-berkapasiti rendah-jarak pendek dengan panjang gelombang 1.31μm atau 0.85μm.
Diod laser (LD) biasanya digandingkan dengan gentian mod-tunggal untuk sistem komunikasi optik-berkapasiti tinggi,-jarak jauh pada panjang gelombang 1.31 μm atau 1.55 μm.
Laser maklum balas yang diedarkan (DFB-LDs) juga digabungkan terutamanya dengan gentian mod-tunggal atau gentian mod tunggal-yang direka khas untuk sistem gentian optik-tinggi baharu pada panjang gelombang 1.55 μm, yang kini menjadi trend utama dalam pembangunan komunikasi gentian optik.
