Полупроводниковые модуляторы

Для реализации модуляции на длинных инфракрасных волнах используют свойство полупроводников поглощать фотоны малой энергии. Практически это можно осуществить, располагая на пути пучка оптического излучения некоторый объем полупроводника, оптическая плотность которого меняется вследствие изменения концентрации или подвижности свободных носителей тока.

Наиболее эффективным методом увеличения концентрации свободных носителей в полупроводниковом материале является инжекция через p-n-переход, к которому приложено напряжение в прямом направлении.Такой прибор представляет собой полупроводниковый диод (обычно германиевый), имеющий форму параллелепипеда (рис. 2.2), на одном конце которого имеется p-n-переход, а на другом – не инжектирующий - переход ("омический контакт").

Если к диоду приложено прямее смещение, то через p-n-переход в n-область диода инжектируются неосновные носители заряда (дырки), снижая прозрачность зоны по отношению к оптическому излучению. Коэффициент модуляции и потери зависят от приведённой толщины слоя кристалла , где - его действительная толщина. Наибольшей глубина модуляции получается при условии, что d' кратна половине длины модулируемой оптической волны X.

Недостатком рассмотренных модуляторов является нелинейность модуляционной характеристики, узкополосность, а также сильный нагрев базы при прохождении больших токов в прямом направлении. Кроме того, глубина модуляции в таких приборах не превышает 50%.

Частично устранить эти недостатки можно при модуляции с помощью обратно смещённых диодов. Известно, что область объёмного заряда p-n-перехода представляет собой тонкий слой, в котором нет свободных электронов и дырок. Ширина этого обеднённого слоя зависит от приложенного к переходу напряжения. Если поглощение света материалом полупроводника много меньше поглощения на свободных носителях, то изменяя ширину области объёмного заряда p-n-перехода, можно модулировать свет по интенсивности.

На рис. 2.3 изображён модулятор света, состоящий из двух брусков, полупроводника с p- и n- проводимостями. В p- и n-областях оптическое излучение поглощается за счёт соответствующих механизмов электронного и дырочного поглощения. В обеднённом слое p-n-перехода поглощение на свободных носителях заряда отсутствует, ибо здесь их практически нет.

Таким образом, общая прозрачность диода по отношению к оптическому излучению должна возрастать при увеличении ширины области объёмного заряда p-n-перехода и падать при её уменьшении.

Модуляторы, использующие поглощение оптического излучения в диодах с обратным смещением, вследствие меньшей инерционности имеют более широкий диапазон рабочих частот, чем модуляторы с прямым смещением. Эти модуляторы более экономичны, так как обратный ток p-n-перехода много меньше прямого тока. Глубина модуляции достигает 60 %.

Дата добавления: 2015-08-05