Диаграмма направленности излучения показывает распределение мощности в пространстве.

Угловая расходимость излучения оценивается на уровне, при уменьшении максимального излучения в два раза.

Рисунок А.19 – Диаграмма направленности СИД

Рисунок А.20 - Диаграмма направленности ЛД а) ширина излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, б) зависимость излучаемой мощности от угла во взаимно перпендикулярных направлениях

Для СИД в параллельной и перпендикулярной плоскости: _x,_y – 90^о-180^о, для ЛД: _х=20-30^о _y=30-60^о.

Спектральная характеристика - зависимость относительной мощности излучения от длины волны.

По спектральной характеристике на уровне 0,5 от максимальной мощности (Pu_max) определяется ширина спектра излучения источника ().

Рисунок А.21– Спектральные характеристики источников

Расчет параметров многомодового лазера с резонатором Фабри-Перо:

1. Расстояние между модами m=_о²/ 2·L·n

где ₀ – центральная длина волны;

L – длина резонатора;

n – показатель преломления материала резонатора.

2. Число мод

3. Добротность резонатора на центральной длине волны

,

где R0,3 – коэффициент отражения зеркал резонатора.

Добротность колебательной системы, характеристика резонансных свойств системы, показывающая, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает их амплитуду вдали от резонанса. Чем выше добротность системы, тем меньше потери энергии в ней.

4. Частота моды

где m – модовое число (номер моды).

В одномодовом режиме величина подавления боковые мод излучения лазера должна быть не менее 30 дБ.

Быстродействие источника - определяет время преобразования электрического сигнала в оптический сигнал.

На выходе источника импульс считается преобразованным, если его мощность достигла значения 0,9 Pu_max. Быстродействие характеризуется через время нарастания _н – это время в течение, которого амплитуда импульса изменяется от уровня 0,1 до 0,9 от максимальной мощности (Pu_max).

Рисунок А.22 – Быстродействие источника

Время нарастания определяет максимальную частоту модуляции источника.

Для СИД Для ЛД

_н5 нс _н=0,15 нс

f = 70МГц f = 2,5ГГц

Время деградации определяется уменьшением излучаемой мощности в два раза при одном и том же токе накачки.

Так как ЛД работают при более высоких плотностях тока накачки, это приводит к более быстрой деградации полупроводникового слоя.

1.5 Соединение источника с волокном

С учетом различия апертур источника излучения и световода разработан ряд элементов ввода – вывода излучения. Они выполняют функцию оптического согласования угловых апертур активных элементов (светодиодов и лазеров) и световодов. Показатели преломления полупроводниковых материалов, из которых изготавливаются СИД и ППЛ, имеют размерность около 3,5 (ППЛ  3,5), а стекловолокно – около 1,5. Еще больше проблем с выводом/вводом излучения через воздушный зазор, так как показатель преломления воздуха мало отличается от единицы (n_в = 1,001). Условие полного внутреннего отражения при распространении света на границе раздела сред полупроводник–воздух имеет вид (11):

(7)

где  _кр - критический угол вывода (рисунок А.23)

При этом доля излучаемой мощности составит:

(8)

Вместе с тем лучи, достигшие поверхности раздела сред в пределах _КР испытывают некоторое отражение на неоднородностях поверхностей (полупроводника и стекловолокна).

Рисунок А.23 - Вывод излучения из световода

Коэффициент, учитывающий это рассеяние, вычисляется:

(9)

Эффективность вывода излучения

P_вых=P₀ m·k =0,0262·P₀ (10)

Пример расчета эффективности вывода излучения:

n_пп= 3,6;

α_кр = 15°;

к = 3.85 ´ 10 ^{- 2};

m = 0,68

где Р₀ – излученная мощность в активном слое.

Эффективность составит

(11)

Для повышения эффективности ввода излучения в стекловолокно используются различные линзы, позволяющие сконцентрировать световой луч, что эквивалентно увеличению апертуры.

На рисунках А.24 – А.27 представлены различные линзовые соединители, которые согласуют световоды и излучатели.

Рисунок А.24 - Согласование микролинзой

Рисунок А.25 - Согласование линзой на световоде

Рисунок А.26 - Согласование линзой на излучателе

Рисунок А.27 - Согласование градановой линзой