อุปกรณ์กำเนิดแสงและรับแสง
แสง เป็นพลังงานรูปหนึ่งที่รับรู้ด้วยตา - แสงช่วยให้มองเห็นสิ่งต่างๆ ได้ - ทำให้พืชเจริญเติบโต แหล่งกำเนิดแสง 1.แสงเกิดจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากเช่นดวงอาทิตย์โดยแผ่พลังงานออกมารอบตัวและส่อง มายังโลกด้วยและพลังงานแสงที่เกิดดจากความร้อนที่เห็นได้ชัดเจนคือไส้ของหลอดไฟฟ้าแ บบมีไส้ 2.แสงเกิดจากสารเรืองแสงเมื่อกระทบรังสีบางชนิดเช่นสารเรืองแสงที่ฉาบไว้ที่ผิว ด้านในของหลอดฟลูออเรสเซนต์เมื่อกระทบกับรังสีอัลตร้าไวโอเลตที่เกิดขึ้นภายในหลอด ก็เปล่งแสงสีขาวออกมา 3.แสงเกิดจากหลอดบรรจุก๊าซบางชนิดเมื่อต่อเข้ากับแรงดันไฟฟ้าสูงๆก็เปล่งแสง เป็นสีต่างๆซึ่งจะเป็นสีอะไรขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซที่บรรจุเช่นหลอดไฟที่บรรจุก๊าซนีออน ให้สีส้มใช้ทำป้ายโฆษณาในตอนกลางคืน
4.แสงเกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเช่นฟืน,เทียนไข,น้ำมัน,ก๊าซแสงที่เกิดจาก วิธีนี้จะทำให้เกิดมลพิษทางอากาศ 5.แสงเกิดจากสิ่งมีชีวิตเช่นหิ่งห้อยเห็ดบางชนิดสรุปว่าแหล่งกำเนิดแสงสามารถ แบ่งได้ 2 ประเภทคือ แสงที่เกิดขึ้นเองจากธรรมชาติ และแสงที่เกิดขึ้นโดยที่มนุษย์สร้างขึ้น สารของอุปกรณ์รับแสง สำหรับอุปกรณ์รับแสงก็เช่นเดียวกับอุปกรณ์กำเนิดแสงนั่นคือมีสารหลายชนิดนอกจาก นั้นผลต่างของพลังงานของConductionBandและValenceBandของอุปกรณ์รับแสงมีค่าแ ตกต่างกันทำให้มีย่านความยาวคลื่นต่างกันที่ดูดสัญญาณแสงที่เข้ามาได้ง่าย(ความไวใน การรับแสงดี) คุณสมบัติความไวในการรับแสงของสารแต่ละชนิด แสดงดังรูป ในการออกแบบระบบการสื่อสารด้วยเส้นใยแสงนั้นจะต้องเลือกอุปกรณ์รับแสงที่ เหมาะสมกับความยาวคลื่นที่ใช้เช่นเดียวกับอุปกรณ์กำเนิดแสงสำหรับย่านความยาวคลื่นที่ต่ ำกว่า 1 um จะใช้ Si (Silicon) สำหรับย่านความยาวคลื่นจาก 1~1.7 um ใช้ Ge(Germanium) เป็นส่วนใหญ่นอกจากนั้นปัจจุบันสำหรับความยาวคลื่นที่อยู่ในThirdWindowตามที่กล่าวม าแล้ว การใช้งานอุปกรณ์รับแสงชนิดใหม่ที่ทำจากสาร ที่เป็นสารประกอบของสารกึ่งตัวนำ InGaAs และอื่นๆ ซึ่งมีความไวในการรับแสงดีมากนั้น กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
โครงสร้างของอุปกรณ์รับแสง ในหัวข้อที่แล้วกล่าวถึง Space Electric Field ตรงรอยต่อ PN Junction ที่ทำให้อิเลคตรอน และ HOLE เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม แต่ถ้าให้แรงดันไฟฟ้ากลับทิศทางจากภายนอก กล่าวคือ ทางด้านรับ P ให้ไฟ - และทางด้าน N ให้ไฟ + จะทำให้การเคลื่อนที่ของอิเลคตรอน และ HOLE ตรงรอยต่อมีอัตราเร่งเพิ่มขึ้นอุปกรณ์รับแสงที่เป็นสารกึ่งตัวนำนี้ แบ่งออกเป็นพวกใหญ่ๆ ได้ 2 พวกตามปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้จากภายนอก คือ Photo Diode : PD กับ Avalanche Photo Diode : APD พวก PD นั้น เป็นพวกได้รับการป้อนแรงดันไฟฟ้าปริมาณน้อย ส่วนพวก APD เป็นพวกที่ได้รับการป้อนแรงดันไฟฟ้าปริมาณมาก ตัวอย่างของ PD คือ PIN-PD ดังรูป PIN หมายถึงว่า ในระหว่างสารกึ่งตัวนำ P-type และ N-type มีสารกึ่งตัวนำแบบที่เรียกว่า Intrinsic: I คั่นอยู่ตามที่กล่าวมาแล้ว Drift Current นั้นเกิดขึ้นใน Depletion Zone และผลของสนามไฟฟ้าทำให้มีการตอบสนองเร็วแต่ในทางตรงข้ามDiffusionCurrentที่เกิดภายนอก Depletion Zone นั้น มีการตอบสนองช้า ดังนั้น ถ้าความกว้างของ DepletionZoneยิ่งกว้างมากเท่าใด Quantum Efficiency และความเร็วของการตอบสนองความถี่ยิ่งดีขึ้น ความกว้างของ Depletion Zone นี้ ถ้าความหนาแน่นของอิเลคตรอนและ HOLE ของ P-type และ N-type ยิ่งต่ำจะยิ่งกว้าง ดังนั้นสารกึ่งตัวนำแบบ I ที่คั่นกลางระหว่าง P-typeและN-typeจึงมีหน้าที่เพื่อทำให้ความกว้างของ Depletion Zone กว้างขึ้นนั้นเอง เนื่องจาก PD ที่ใช้ในระบบการสื่อสารนั้น โดยทั่วไปต้องการความเร็วในการตอบสนองสูง ดังนั้น ส่วนใหญ่จะใช้ PIN-PD อนึ่ง APD นั้น ใช้ปฏิกิริยาการขยาย Avalanche ของอิเลคตรอน และ HOLE ในสารกึ่งตัวนำเมื่อเปรียบเทียบกับ PD แล้ว เป็นอุปกรณ์รับแสงที่ให้กระแสจำนวนมากหลักการทำงานของ APD แสดงดังรูป
สำหรับโครงสร้างนั้น ส่วนใหญ่ทางด้าน P ของ PN-Junction จะมีสารกึ่งตัวนำแบบ P-type ที่มีความหนาแน่นของ HOLE สูงติดอยู่ (ส่วนที่แสดงด้วย P+ ในรูป) โดยการทำเช่นนี้ทำให้สนามไฟฟ้าภายในของบริเวณใกล้ๆรอยต่อ ที่มีP-typeเป็นศูนย์กลางมีค่ามาก อิเลคตรอนที่ดูดแสงที่มาตกกระทบจากด้าน P + และถูกกระตุ้นจาก Valence Band ไปยัง ConductionBandในระหว่างที่มันได้รับอัตราเร่งและผ่านPlayerนั้นมันจะได้รับพลังงานจำนวนมากกว่าผลต่างของพลังงานของConductionBandกับValenceBa ndจากผลนี้ทำให้สามารถกระตุ้นอิเลคตรอนกับ HOLE ใหม่ได้ และอิเลคตรอนกับ HOLE ใหม่นี้ยังถูกสนามไฟฟ้าเร่งอัตราเร่งให้อีก ทำให้เกิดอิเลคตรอนกับ HOLE ใหม่ออกมาอีก เมื่อขบวนการนี้เกิดอย่างต่อเนื่องกัน จำนวนของอิเลคตรอนกับ HOLE จะเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนมากมาย (Avalanche) เป็นผลให้เกิดการขยายที่เรียกว่า Avalanche Multiplicationผลนี้ทำให้กระแสถูกขยายนั้นเอง
คุณสมบัติของอุปกรณ์รับแสง ประสิทธิภาพของอุปกรณ์รับแสงประเมินจากคุณสมบัติต่างๆ ได้แก่ Quantum Efficiency ซึ่งแสดงว่าแสงที่รับมานั้นถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้มากเท่าไรความไ วการรับแสง(ระดับแสงต่ำสุดที่ต้องการสำหรับการส่งที่มีคุณภาพ) ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการออกแบบระยะการถ่ายทอดของระบบการสื่ อสารด้วยเส้นใยแสงที่จะกล่าวถึงภายหลังสัญญาณรบกวน(Noise)เกิดขึ้นและ ความเร็วของการตอบสนองการทำงานสำหรับQuantumEfficiencyกำหนดจากสารและโครงสร้าง ของอุปกรณ์รับแสงแต่สำหรับความไวการรับแสงนั้นจะเกี่ยวข้องกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ป้อน ให้เนื่องจากAPDใช้ปรากฎการณ์การขยายAvalancheตามที่กล่าวมาแล้วในตอนต้อนดังนั้นจึงมีคว ามไวสูงประมาณ 10 - 20 dB ( 10-100เท่า) เมื่อเทียบกับ PD สัญญาณรบกวน (Noise) ที่แปลงของ Photo Current ที่เกิดจากการกระตุ้นอิเลคตรอนอย่างไม่เป็นระเบียบทางเวลาหรือทาง Space คุณสมบัติของ Shot Noise