Optické vysílače – zdroje záření
- Zdroje záření lze charakterizovat jako prvky, které mění elektrický signál na optický.
- Zdrojů záření existuje celá řada. V oblasti telekomunikací se však téměř výhradně, díky svým výhodným vlastnostem, používají zdroje polovodičové. Ty využívají ke generaci optického záření rekombinaci injektovaných děr a elektronů do oblasti polovodičového přechodu P-N. Volné nosiče jsou do oblasti přechodu injektovány přiložením napětí v propustném směru. Takový optický zdroj se chová z hlediska elektrických parametrů téměř jako klasická polovodičová dioda se dvěma napájecími přívody.
- Obecně se dají rozdělit do dvou skupin podle stupně spektrální čistoty generovaného světla:
Elektroluminiscenční diody LED
Polovodičové laserové diody LD
- Polovodičové diody, jak laserové, tak elektroluminiscenční, se vždy budí v propustném směru.
- Světelná energie (tok fotonů) se generuje u diod LED prostřednictvím spontánní emise, což znamená, že se fotony generují v oblasti přechodu P-N jeden po druhém nezávisle.
- Pro laserovou diodu je typická simulovaná emise, u které dochází k rekombinaci dalšího volného páru elektro/díra v oblasti přechodu P-N náhodně generovaným fotonem. Tím se uvolní nový foton, ale původní stimulující nezaniká. Tyto dva fotony, stimulující a nově vzniklý, mohou opět stimulovat vznik dalších dvou fotonů. Fotony se tedy negenerují zcela nezávisle na sobě, ale jeden stimuluje vznik druhého. Takto se účinně u laseru světelná energie násobí.
- Hladní rozdíl mezi LED a LD je v tom, že LD vykazuje na svém výstupu podstatně větší optické výkony než LED a její spektrální čistota (koherence) je o několik řádů vyšší.
Optické přijímače – detektory záření
Optický detektor je součástka, která převádí optický výkon na výkon elektrický. Opět se setkáváme s polovodičovými součástkami těchto typů:
- Fotodetektory s jednoduchým PN přechodem – v této ryzí formě se v optických systémech nepoužívá pro svou nízkou citlivost.
- PIN dioda – fotodioda bez vnitřního zisku, do jejíž struktury je přidána speciální vrstva polovodiče I zvětšující její citlivost a účinnost.
- APD – lavinová fotodioda s vnitřním ziskem – uvnitř této diody dochází vlivem silného elektrického pole (velké závěrné napětí) k lavinovému vzniku volných elektronů (primárně uvolněné elektrony díky dopadu fotonů na přechod P-N se tím účinně násobí), čímž se zvětšuje citlivost v porovnání s diodou PIN. Jednoduše je možné si to představit jako fotodiodu PIN s vnitřním proudovým zesilovačem.
V přijímačích optických komunikačních systémů se polovodičový prvek používá jako pasivní detektor, tedy polarizuje se výhradně v závěrném směru.