광학 광원 위키: LED와 레이저 다이오드의 종합 소개

우리는 전체 기본 광섬유 시스템이 광섬유 시스템에서 송신기, 광섬유, 수신기로 구성된다는 것을 알고 있습니다. 대부분의 실제 애플리케이션에서 송신기와 수신기는 다음으로 알려진 단일 장치로 통합됩니다 광 트랜시버 모듈. 이 글에서는 송신기의 필수 광학 부품인 할로겐, LED 및 레이저를 포함한 광섬유 광원을 소개합니다. 

광원은 전송할 신호에 따라 구동 회로를 통해 변조될 수 있습니다. 광섬유 네트워크 테스트에서도 광섬유 링크의 광섬유 손실을 측정하기 위해 광원이 필요합니다. Laser diode vs의 차이점을 알고 계신가요 LED? 이 글에서는 LED와 laser라는 두 가지 유형의 반도체 광원을 자세히 소개합니다.

그림 1: LED vs. VCSEL vs. 레이저

광학 광원의 작동 원리는 무엇인가요?

LED 및 레이저 광원의 작동 원리는 미세한 광선을 광섬유에 투사하는 것이며, 광 신호 전송 중 광원은 매초 수백만 번 또는 심지어 수십억 번 켜지고 꺼질 수 있습니다. 두 광원이 모두 정확하고 빠르게 전환될 때에만 광 신호가 올바르게 전송될 수 있습니다.

LED 광원은 무엇인가요?

LED는 여러 중요한 분야에서 광원으로 사용될 수 있습니다. 발광 원리는 전계 발광입니다. 이 현상은 전자와 정공이 접합부에서 재결합할 때 순방향 바이어스된 P-N 접합이  광원을 방출한다는 것을 의미합니다.

그림 2: LED 작동 원리

광섬유 LED 내부에는 전도대와 가전자대가 사용됩니다. 더 높은 에너지 준위의 전자가 정공을 포함하는 생성대에 있는 가전자대로 이동하면 에너지를 방출하며, 이는 빛 에너지 또는 열 에너지일 수 있습니다.

전하 운반체의 재결합은 발열 반응 또는 흡열 반응을 일으킵니다. 발열 반응은 위에서 언급한 고에너지 준위의 전자가 저에너지 준위의 원자가대로 이동하여 정공과 결합할 때 발생합니다. 동시에 재결합은 재결합하려는 두 전자의 에너지가 유사할 때만 발생합니다.

재료 과학 연구를 통해 게르마늄과 실리콘을 포함한 일부 반도체는 열을 방출하여 에너지를 방출하는 반면, 일부 반도체는 빛을 방출하여 에너지를 방출하며, 여기에는 주로 GaAsP(갈륨 비소 인화물)와 GaP(갈륨 인화물)가 포함됩니다. 따라서 GaAsP와 GaP는 LED 소자를 만드는 데 가장 적합합니다.

LED 광섬유 광원의 등장은 0.1마이크로초의 빠른 응답 시간, 가시광 협대역 파장 방사, 높은 광 변환 효율 등 많은 이점을 가져왔습니다. 이러한 중요한 장점은 이를 뛰어난 광학 광원 장치로 만들어 줍니다.

레이저 광학 광원이란 무엇인가요?

레이저의 작동 원리는 유도 방출 복사입니다. 따라서 사람들은 이를 유도 복사 광 증폭이라고도 불렀습니다. 유도 방출은 광자가 원자와 충돌할 때 유사한 광자를 생성하는 현상입니다

그림 3: 레이저 광원

전자에 더 낮은 수준의 전기 에너지가 공급되면 전자는 가전자대에서 전도대로 이동하고 동시에 제공된 추가 에너지를 흡수하게 되는데, 이를 흡수라고 합니다.

그림 4: 레이저 작동 원리

전자가 더 높은 준위에 있을 때 전자는 불안정해집니다. 전자를 안정하게 만들기 위해 전자는 일정한 에너지를 방출하며, 이는 빛 에너지 또는 열 에너지일 수 있습니다. 빛 에너지를 방출할 때는 광자의 형태로 방출합니다. 우리는 이 과정을 자발 방출이라고 부릅니다.

그렇다면 유도 방출이란 무엇일까요? 광자가 전자에 충돌하면, 더 많은 에너지를 운반하는 광자의 충돌로 인해 이러한 전자에는 높은 에너지가 부여되어 전자가 불안정해집니다. 동시에 전자는 더 낮은 에너지 상태로 이동하고 입사 광자와 함께 또 다른 광자를 방출합니다. 우리는 이 과정을 유도 방출이라고 불렀습니다.

유도 방출 과정은 모두 레이저 다이오드에서 발생하며, 입사 광자와 유사한 광자들이 수렴하여 광빔으로 방출됩니다. 이렇게 방출된 광자들은 입사 광자와 유사한 더 많은 광자를 방출하게 하므로, 레이저 광원에서 생성된 광빔은 간섭성이 있고 단색성입니다.

LED와 레이저의 차이점은 무엇입니까

LED와 레이저의 주요 차이점은 광빔의 색상입니다. LED는 다양한 색상을 가질 수 있지만 레이저는 단일 색상의 광빔만 가능합니다. LED의 작동 원리는 전계 발광이고, 레이저의 작동 원리는 유도 방출입니다. 이 외에도 LED는 발광 다이오드의 약자인 표준 광원을 나타내는 반면, 레이저 광원은 일반적으로 특수한 상황에서 사용됩니다. 레이저 광원은 작동 속도가 더 빠르고, 광 전송 손실이 적으며, BER(bit error ratio)이 더 낮습니다. 이러한 점이 레이저 광원의 장점이며, 가격은 LED optic 광원보다 더 비쌉니다.

VCSEL이란 무엇인가요?

VCSEL은 vertical-cavity surface-emitting laser의 약자로, cavity layer를 사이에 두고 서로 반대로 도핑된 두 개의 Distributed Bragg Reflectors(DBR)로 구성되며, VCSEL laser는 시장에서 인기 있는 고속 네트워크 laser source가 되었습니다. 저비용과 높은 bandwidth의 장점으로 인해 gigabit optical fiber network에 이상적인 솔루션입니다. optical fiber light sources에 적용되는 것 외에도 analog broadband signal transmission, absorption spectroscopy (TDLAS), laser printers에도 사용됩니다.

결론

이 게시물에서는 두 가지 광원 유형 — 레이저 다이오드와 LED를 소개하고, 각각의 작동 원리에 중점을 둡니다. 한 가지 주목할 점은 LED와 레이저가 방출하는 파장이 단일 파장이 아니라 연속적인 범위에 있다는 것입니다. QSFPTEK 광섬유 트랜시버와 같은 광원과 함께 사용되는 액세서리를 제공합니다. [email protected]을 통해 고객 서비스로 QSFPTEK 제품에 대해 자세히 알아보세요.