Útlum optického vlákna

Při nízkých proudech tekoucích přes přechod PN v přímém směru dochází ke generování spontánního záření šířícího se ve všech směrech s náhodnou fází. Růst proudu zvyšuje rychlost zářivé rekombinace, což vede k růstu hustoty fotonového toku. Generované fotony stimulují další rekombinace. Vzhledem k tomu, že největší počet generovaných fotonů má energii rovnou energii maxima spektrálního rozdělení spontánní emise, nastává pro tuto energii nejvíc vynucených přechodů ve srovnání s jinými oblastmi spektrálního rozdělení. Tato okolnost pak vede k postupnému zužování spektra spontánní emise a výraznému růstu intenzity vyzařování v oblasti maxima spektrálního rozdělení emise. Roste-li intenzita vyzařování nelineárně s růstem buzení, nazýváme tento proces superluminiscence. Fotony generované v procesu superluminiscence se šíří stejně jako ve spontánním režimu ve všech směrech s náhodnou fází. Přechod k laserovému režimu nastává, když se stimulované zesílení rovná ztrátám a záření se stává koherentním. Koherence dosahujeme použitím optického rezonátoru, který zajistí selektivní zesílení elektromagnetické vlny s určitou frekvencí a definovanou fází, čímž vzniká stojaté vlnění. Stupeň koherence je dán kvalitou rezonátoru.

Úzká oblast energie čerpání, při níž dochází k náhlému přechodu z režimu spontánní emise do režimu stimulované emise, se nazývá práh. U injekčních polovodičových laserů máme co činit s prahovou hustotou budícího proudu resp. Prahovým proudem IP a laserová dioda při něm přechází z režimu nekoherentního zdroje do režimu laseru (obr.4).

Obr.4 - Závislost emitovaného optického výkonu na budícím proudu

Pro malé proudy má záření spontánní charakter a je lineární funkcí budícího proudu. Po dosažení prahového proudu, tj. po dosažení prahu laserového generování, prudce narůstá výkon stimulovaného záření a ze zrcadel rezonátoru je emitováno koherentní záření opět lineárně závislé na velikosti budicího proudu. Zároveň také dochází ke kvalitativní změně tvaru vyzařovací charakteristiky laserové diody vyjádřené zmenšováním úhlu vyzařování v rovině kolmé a rovnoběžné s rovinou přechodu PN, rovněž ke zmenšení šířky pásma emitovaného záření viz obr.5.

Fotodioda

PN a PIN fotodiody pracují na následujícím principu. Foton, který vstupuje do polovodiče s dostatečnou energií může být absorpován, přičemž vzniklý volný elektron a díra vytváří v polovodiči napětí (fotovoltaický jev) nebo zvětšují jeho vodivost (fotovodivostní jev) . Maximální vlnová délka, při níž může ještě dojít k absorpci, tzv. absorpční hrana, je dána vztahem

λmax =

1,24

ΔW

[μm; eV].

Voltampérová charakteristika PN a PIN diody zasahuje do tří kvadrantů. Ve fotovoltaickém (hradlovém) režimu (IV. kvadrant) se dioda chová jako aktivní prvek. Dopadají-li na fotodiodu v hradlovém režimu fotony o energii větší než je šířka zakázaného pásu ΔW, dochází k jejich absorpci za vzniku párů elektron-díra. To znamená uvolnění elektronů do vodivostního pásu a děr do valenčního pásu.