فرمت ورد:دانلود پروژه رشته برق در مورد مولدهاي نوري – قسمت اول

دانلود پایان نامه

-1- مقدمه

هر اتم از يك باند ظرفيت و يك باند هدايت تشكيل شده می باشد. بعد از باند ظرفيت اتم، باند هدايت قرار گرفته می باشد كه در حالت عادي خالي می باشد. الكترونهاي باند ظرفيت با گرفتن انرژي كافي به ممانه هدايت رفته يك جفت الكترون حفره ايجاد مي‌كنند. حال اگر الكترونها در معرض تغييرات انرژي كافي در اثر بايار مناسب قرار گيرند. الكترونها دوباره از باند ممنوعه پرش كرده و به باند مجاور مي رود و هنگام اين پرش از باند ممنوعه مقداري انرژي از دست مي دهند و اين اتلاف انرژي همراه با تشعشع به همراه مقداري انرژي مشخص می باشد. اين مكانيزم مدارهاي نوري مورد بهره گیری قرار مي گيرد.

 

2-1- مولدهاي نوري

دو نوع ابزار مولد نور مورد بهره گیری قرار مي گيرند كه LEDها و ليزرها هستند. LEDها و ليزرها دو تفاوت اساسي دارند.

1- LED يك ابزار نيمه هادي می باشد كه با بهره گیری از يك فرآيند تبديل توان به شكل جريان ورودي و فوتون خروجي، نور ساطع مي كند در حاليكه ليزر يك ابزار مولد تشديد در حفره می باشد كه ممكن می باشد به عنوان واسطه فعال خود، از يك گاز، يك مايع يا يك جسم جامد بهره گیری كند و به عنوان محصول فرآ‌يند افزايش شار فوتوني نور ساطع نمايد.

2- LED نوري با باند عريض ساطع مي كند كه در آن فوتونها مستقيماً وابسته به فاز نيستند در حاليكه ليزر يك نوع نوري با باند باريك ساطع مي كند كه در آن فوتونهاي تابشي يا فوتونهاي مولد همفازند و به همين جهت نور laser برخلاف LED مي تواند در يك نقطه دور و بسيار كوچك متمركز گردد و در نتيجه در محل تمركز نور چگالي توان بسيار بالايي داشته باشد.

در حال حاضر ديودهاي نور گسيل نسبت به laser داراي اشكالات بيشتري می باشد مانند:

الف- قدرت نوي پايين تر

ب- پهناي باند مدولاسيون نسبتاً كوچكي دارند (كمتر از MHZ50)

ج- انحراف هارمونيكي دارند

با وجود اشكالات فوق ديودهاي نور گسيل مزايايي دارند كه كا ربرد آنها را در مخابرات نوري بسيار برجسته كرده می باشد كه عبارتند از:

الف- ساخت ساده تر در آن هيچ تراش منعكس كننده اي وجود ندارد و در بعضي از انواع ساختاري آن Striped Geometry وجود ندارد.

ب- هزينه كمتر بخاطر ساختار ساده تر

ج- وابستگي دمايي كمتر آن. مشخصات خروجي نور پیش روی جريان آن نسبت به مشخصات ليزر كمتر تحت تاثير قرار مي گيرد و مسائل مربوط به پايداري جريان آستانه و جبران حرارتي را ندارد.

د- خطي بودن. يك ديود نور گسيل داراي خروجي نوري خطي در قبال مشخصات جريان مي باشد (برخلاف ليزر اتصالي) كه اين امر در مواردي كه مدولاسيون آنالوگ مورد نظر می باشد، سودمند می باشد.

3-1- كارايي ديودهاي نور گسيل

عدم وجود تقويت نوري از طريق نشر تحريك شده در ديود نور گسيل، سبب محدود شدن كارائي كمي دروني ديود (نسبت فوتونهاي توليد شده به الكترونهاي تزريق شده) مي گردد. تكيه بر نشر خودبخودي، بدليل وجود نقص ها و ناخالصي ها اجازه جا گرفتن تركيبات مجدد غير تابشي را درون ساختار مي دهد و در نتيجه در بهترين حالت، كارايي داخل 50% را براي دستگاههاي ساده اي با اتصال Homojvnetion را مي دهد اگرچه كارايي كمي دروني مي تواند بطور نسبي بالا باشد، ولي شكل نامبرده براي ديود نور گسيلي كه از طريق يك سطح مسطح منتشر مي گردد ضرورتاً به صورت Lambertion مي باشد چرا كه تشعشع سطحي قدرت تابيده شده از يك فضاي واحد به يك زاويه سه بعدي در تمام جهات ثابت مي باشد. توزيع شدت Lambertion در شكل 1-1 نشان داده شده می باشد. J0 شدت ماكزيمم بر سطح مسطح عمودي مي باشد ولي به طرفين كاهش مي يابد (متناسب با كسينوس زاويه تصوير 5) اين مساله بهره قدرت خروجي را به ميزان چند درصد كاهش مي دهد.

بهره قدرت خروجي ، به عنوان نسبت قدرت نوري چاپ گردیده خروجي Pe، به قدرت الكتريكي تامين شده براي دستگاه، P، مي باشد كه مي توان آن را بصورت زير نوشت:

شكل

همچنين قدرت نوري چاپ گردیده (Pe) به درون محيطي با مشخصه انكسار پايين، n، از سطح يك ديود نور گسيل مسطح ساخته شده از موادي با مشخصه انكسار nx، تقريباً بصورت زير داده مي گردد:

كه در اين ارتباط Pint قدرت توليد شده داخلي و F فاكتور انتقال از سطح مشترك نيمه هادي- خروجي، مي باشد. از اين رو تخمين زدن درصد قدرت نوري چاپ گردیده، ممكن مي باشد.

موقعي كه خروجي نور به يك فيبر متصل مي گردد، اتلاف بيشتري به وجود مي‌آيد. اگر براي فيبري با مشخصه پله اي فرض گردد كه تمام نور به انتهاي فيبر، درون زاويه قابل قبول تزويج مي گردد، در محيط هوا معادله زير مستقر مي گردد. يعني زاويه با مقدار NA­ (روزنه عددي) برابر خواهد بود.

برای دانلود فایل ورد متن کامل اینجا کلیک کنید

نور در زوايايي بزرگتر از تزويج نخواهد گردید. براي يك منبع Lambertion شدت تابش در يك زاويه ، بصورت زير داده كه در شكل 1-1 نشان داده مي گردد (I0 شدت تابش در راستاي خط مي باشد).

منبعي كه از هسته فيبر كوچكتر باشد و در مجاورت و نزديكي آن قرار گيرد، ضريب تزويج آن بصورت زير برحسب مختصات استوانه اي داده مي گردد.

                                                              (4-1)

با جايگذاري ارتباط در معادله 4-1 خواهيم داشت:

معادله فوق براي ضريب تزويج، اجازه تخمين زدن درصد قدرت نوري تزويج شده به فيبري با مشخصه پله اي نسبت به ميزان قدرت نوري چاپ گردیده از ديود نور گسيل را مي دهد.

4-1- قدرت نوري خروجي

قدرت خروجي نوري ايده ال در قبال مشخصه جريان براي يك ديود گسيل در شكل 10-1 نشان داده شده می باشد در اقدام ديودهاي نور گسيل خصوصيات غير خطي عمده اي را بسته به ساختار مورد بهره گیری، ارائه مي دهند بنابراين بهره گیری از برخي تكنيكهاي خطي كردن مدار ضروري مي باشد اين اقدام براي اطمينان از عملكرد خطي ديود در سيستم انتقال آنالوگ مي باشد. شكلهاي (a,b11-1) خروجي نور را در ازاء جريانهاي مختلف براي انتشار دهنده هاي مسطح و اريب به ترتيب نشان مي دهد. نكته قابل توجه آن می باشد كه انتشار دهنده مسطح به گونه قابل توجهي قدرت نوري بيشتري را نسبت به انتشار دهنده اريب، بدون هوا منتشر مي سازد.

5-1- انواع ديودهاي نور گسيل

ساختارهاي متفاوتي براي ديودهاي نور گسيل هست كه كاربرد وسيعي در مخابرات نوري پيدا كرده اند مانند ديودهاي نور گسيل مسطح، اريب، گنبدي و Burrus.

1-5-1- ديود نور گسيل مسطح

اين ديود ساختمان بسيار ساده اي دارد و بوسيله مراحل LPE، UPE بر روي يك سطح GaAS ساخته مي گردد و با اين اقدام يك لايه نوع P به درون لايه زيرين نوع n متصل مي گردد. جريان جلو رونده جاري شده از طريق محل اتصال، نشر خودبخودي Lambertion را نتيجه مي دهد و نور از تمام سطوح ديود منتشر مي گردد. اگرچه فقط بخش محدودي از نور مي تواند از داخل ساختمان ديود (به دليل انكسار داخلي كلي) خارج گردد، بنابراين تشعشع بسيار پايين مي باشد.

 

2-5-1- ديود گنبدي شكل

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

ساختار يك ديود نور گسيل گنبدي در زير نشان داده شده می باشد يك نيم كره نوع N، GaAS بدور يك ناحيه نوع P كشيده شده می باشد قطر گنبد به گونه اي انتخاب مي‌گردد كه ميزان نشر داخلي اي را كه به درون زاويه بحراني سطح مشترك GaAS هوا مي رسد، ماكزيمم مي گردد. از اينرو اين نوع ديود نور گسيل داراي ضريب قدرت خروجي بيشتري نسبت به ديود نور گسيل مسطح مي باشد. با اين وجود هنسده ساختاري اين ديود به گونه اي می باشد كه سطح گنبد بسيار بزرگتر از سطح تركيب مجدد اكتيو مي باشد كه اين امر فضاي نشر موثر بزرگتري را ارائه مي دهد و در نتيجه ميزان تشعشع كاهش مي يابد.

3-5-1- ديود نور گسيل منتشر كننده اريب

اين ديود كه در زير نشان داده شده می باشد نشر كننده اريب DH با ساختار هندسي راه راه مي باشد كه در مخابرات نوري براي تشعشع زياد مورد بهره گیری قرار مي گيرد. لايه هاي نگه دار شفاف به همراه يك لايه فعال فيلي نازك (50 تا 100 ميكرومتر) به مقصود پخش کردن نور توليد شده در لايه هاي فعال، بدرون لايه هاي نگه دار شفاف و كاهش دادن خود جذبي در لايه هاي فعال، در ساختار ديود نور گسيل قرار داده شده اند.

4-5-1- ديود نور گسيل با اميتر سطحي

يك روش براي دسترسي به تشعشع بالا، محدود كردن تشعشع به يك ناحيه فعال كوچك درون ديود نور گسيل مي باشد اين تكنيك بوسيله Burrus و Dawson ابداع شده می باشد. اساس كار بهره گیری از يك Etched Well در يك لايه زيرين GaAS به مقصود جلوگيري از جذب شديد تشعشع چاپ گردیده در ديودهاي نور گسيل با ساختار مشابه، و تطبيق فيزيكي به فيبر بود. اين ساختار داراي امپدانس حرارتي پاييني در ناحيه فعال مي باشد در نتيجه چگالي جريان بالايي دارد و نشر تشعشعي بالا را به فيبر نوري ارائه مي دهد. ساختار يك اميتر سطحي با تابش بالا براي باند طول موجي در شكل 5-1 نشان داده شده می باشد. جذب داخلي در اين ديود نور گسيل در اثر لايه‌هاي محدود كننده Gardland بزرگتر، خيلي كمتر مي باشد. قدرت تزويج شده به يك فيبر با مشخصه پله اي بصورت زير تخمين زده مي گردد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

                                                         (6-1)

كه r ضريب انكسار در سطح فيبر، A سطح مقطع كوچكتر فيبر (ناحيه نشر منبع) و RD تشعشع منبع مي باشد البته اين قدرت تزويج شده به فاكتورهاي زياد ديگري مثل فاصله، تعادل و تساوي بين ناحيه نشر و فيبر، خصوصاً ناحيه نشر ديود و محيط بين نشر و فيبر وابسته می باشد. به همين جهت اميترهاي سطحي اغلب قدرت نوري بيشتري نسبت به ميزان پيش بيني شده در معادله 6-1 را دارند.

چكيده

در مدار مورد نظر، آغاز صورت به روش مدولاسيون فركانس حول فركا نس KHZ25، مدوله مي گردد و سپس بوسيله خط انتقال فيبر نوري ارسال مي گردد. در گيرنده نيز پس از آشكارسازي و بازسازي سيگنال فرستاده شده، با بهره گيري از سيستم حلقه قفل فاز، سيگنال صوت بازيابي و تقويت مي گردد. به علت محدوديت كار ديودهاي فرستنده و گيرنده بازدهي كار در فركانسهاي بالاتر از KHZ25 كاهش مي يابد.

فصل دوم

آشكارسازهاي نوري

1-2- مقدمه

آشكار ساز نوري در يك سيستم به عنوان حساسترين قسمت مدار مي باشد زيرا اگر دريافت سيگنال به درستي صورت نگيرد عملكرد مدار دچار اختلال مي گردد و لذا اين قسمت عملكرد تمام مدار را تحت شعاع ق رار مي دهد. آشكارسازها بايد فاكتورهايي را دارا باشند كه كيفيت آنها را تضمين مي كند.

الف- براي توليد دوباره شكل موج سيگنال دريافت شده، مخصوصاً در انتقال آنالوگ پاسخ آشكارساز نوري بايد با در نظر داشتن سيگنال نوري در يك رنج نسبتاً وسيعي خطي باشد.

ب- زمان كوتاه پاسخ به مقصود نظاره پهناب باند مناسب. امروزه به سرعتهاي تا چندين مگاهرتز دست يافته اند و در آينده فيبرهاي تك مدي حتي در چندين گيگاهرتز اقدام خواهند كرد.

ج- كمترين نويز: جريانهاي نشتي و جريانهاي پنهان مي بايستي پايين باشند و مدارات و گين دروني بايد نويز كمي داشته باشند.

د- پايداري مشخصات عملكردي. عملكرد نسبت به شرايط محيطي تا حد ممكن استقلال داشته باشد اگرچه در اقدام مشخصاتي مانند نويز و گين دروني آنها با دما تغيير مي كنند. براي اينكار بايد از جبرانساز حرارتي بهره گیری كرد.

و- اندازه كوچك. اندازه فيزيكي آشكارساز براي تزويج موثر با فيبر كوچك باشد.

این نوشته در برق ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

پاسخی بگذارید