fontes Ópticas - web.fe.up.pthsalgado/co/docs/leds.pdf · • junção pn polarizada directamente....

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Fontes ÓpticasEstudo das fontes Estudo das fontes óópticas para comunicapticas para comunicaçõçõeses

•• SumSumááriorio

– Tópicos de física de semicondutores

– Díodos emissores de luz (LEDs)

– Díodos laser semicondutores

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Fontes ÓpticasTTóópicos de fpicos de fíísica dos semicondutoressica dos semicondutores

•• Bandas de energiaBandas de energia– Pure crystal energy band diagram

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Fontes Ópticas•• Bandas de energia de materiais dopadosBandas de energia de materiais dopados

N-typematerial:

P-typematerial:

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Fontes Ópticas•• JunJunçãção pno pn

•• JunJunçãção pn polarizadao pn polarizada

directamentedirectamente

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Fontes Ópticas•• Bandas proibidas directas e indirectasBandas proibidas directas e indirectas

– Conservação da energia e quantidade de movimento

– Em materiais de banda proibida as recombinaçõesenvolvem uma terceira partícula, tornando arecombinação menos provável (menor eficiência).

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Fontes Ópticas: LEDs•• GeraGeraçãção o de luz de luz em semicondutoresem semicondutores

– Recombinação entre electrões e lacunas• Radiativa

• Não-radiativa (com a produção de calor)

– Eficiência quântica interna

• Rr: taxa de recombinação radiativa

(nº de recombinações radiativas/segundo)

• Rnr: taxa de recombinação não-radiativa

(nº de recombinações não-radiativas/segundo)

– Elevada eficiência quântica: como se consegue?• Escolha adequada dos materiais semicondutores (de

banda directa)

• Elevadas densidades de corrente

• Inundando a região activa onde se dá a recombinaçãoradiativa com portadores

• Através do confinamento dos portadores , usandobarreiras de energia (potencial) na vizinhaça da junçãopn.

• E do confinamento óptico

†

hint =Rr

Rnr

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Fontes Ópticas: LEDs•• Estrutura Estrutura de de ““Light Emitting DiodesLight Emitting Diodes””

– Elevada radiância e eficiência quântica conseguida através douso de uma hetero-estrutura dupla (“double heterojunction”).

fi As camadas adjacentes com banda proibida maior confinam os portadores (elevada eficiência quântica)

fi As diferenças de índice de refracção das camadas adjacentes confinam o campo óptico (baixa absorção da radiação emitida)

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Fontes Ópticas: LEDs•• Estrutura Estrutura de de LEDsLEDs

Surface-emitting LED

Edge-emitting LED

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Fontes Ópticas: LEDs•• Espectro Espectro de de emissemissãão o de de ddííodos odos LED a 1.3LED a 1.3!mm

– “edge-emitting” e “surface-emitting”

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Fontes Ópticas: LEDs

•• CCáálculo lculo da da potpotêência gerada internamentencia gerada internamente

– rt. Taxa de recombinaçã o total por unidade devolume

†

rt =Jed

=I

eVNo. de recombinações radiativas por segundo

Vrr = hintrtV = hintIe

Multiplicando pela energia de cada fotão emitido

obtem-se a potência gerada internamente, Pint,

Pint = hintIe

hn = hintIhcle

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Fontes Ópticas: LEDs•• Largura Largura de bandade banda

†

Bopt = 3B

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Bibliografia

•• G. Keiser, G. Keiser, ““Optical fiber communicationsOptical fiber communications””, (3rd Ed.),, (3rd Ed.),McGraw-Hill, 2001McGraw-Hill, 2001

•• J. M. Senior, J. M. Senior, ““Optical Fiber CommunicationsOptical Fiber Communications””, (2nd, (2ndEd)., Prentice Hall, 1992Ed)., Prentice Hall, 1992

•• J. J. GowarGowar, Optical communications systems, Prentice, Optical communications systems, PrenticeHall, 1983Hall, 1983