Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем

Проведен комплексный анализ тепловых процессов в гетеролазерах и лазерных модулях скоростных волоконно-оптических систем. Приведена тепловая модель лазерного передатчика. Рассмотрены физико-технологические уровни обеспечения температурных режимов излучателя и устройства в целом. Обсуждаются механизм...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2000
Hauptverfasser: Осинский, В.И., Вербицкий, В.Г., Николаенко, Ю.Е., Жук, С.К., Бобженко, С.В., Мержвинский, П.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2000
Schriftenreihe:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70924
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем / В.И. Осинский, В.Г. Вербицкий, Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, С.В. Бобженко, П.А. Мержвинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2000. — № 2-3. — С. 27-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70924
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-709242025-02-09T15:01:14Z Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем Теплові процеси у мікролазерних пристроях інформаційних систем Heat processes in microlaser devices of information system Осинский, В.И. Вербицкий, В.Г. Николаенко, Ю.Е. Жук, С.К. Бобженко, С.В. Мержвинский, П.А. Обеспечение тепловых режимов аппаратуры Проведен комплексный анализ тепловых процессов в гетеролазерах и лазерных модулях скоростных волоконно-оптических систем. Приведена тепловая модель лазерного передатчика. Рассмотрены физико-технологические уровни обеспечения температурных режимов излучателя и устройства в целом. Обсуждаются механизмы тепловыделения в оптическом резонаторе лазера, показано их влияние на граничную частоту лазера и особенности сборки и герметизации элементов конструкции. Даны рекомендации по техническим и технологическим решениям для каждого из уровней термостабилизации микролазерных устройств. Предложена конструкция лазерного передатчика с тепловыми микротрубами. The comprehensive analysis of heat processes in heterolasers and laser modules of speed fiber-optic systems has been carried out. The heat model of laser transmitter has been given. The physic and process levels of temperature modes provision of emitter and device as a whole have been considered. The mechanisms of heat release in optical laser resonator is discussed, their influence on limit frequency of laser and peculiarity of assembly and hermetic encapsulation of design elements has been shown. The recommendations on engineering and technological solutions for every of from levels of heat setting of microlaser devices have been given. The construction of laser transmitter with heat micropipes has been proposed. Авторы выражают признательность к. т. н. А. А. Мержвинскому и А. А. Воронько за обсуждения и рекомендации при разработке модулей ВОЛС. 2000 Article Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем / В.И. Осинский, В.Г. Вербицкий, Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, С.В. Бобженко, П.А. Мержвинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2000. — № 2-3. — С. 27-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70924 621.315.592 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Обеспечение тепловых режимов аппаратуры
Обеспечение тепловых режимов аппаратуры
spellingShingle Обеспечение тепловых режимов аппаратуры
Обеспечение тепловых режимов аппаратуры
Осинский, В.И.
Вербицкий, В.Г.
Николаенко, Ю.Е.
Жук, С.К.
Бобженко, С.В.
Мержвинский, П.А.
Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Проведен комплексный анализ тепловых процессов в гетеролазерах и лазерных модулях скоростных волоконно-оптических систем. Приведена тепловая модель лазерного передатчика. Рассмотрены физико-технологические уровни обеспечения температурных режимов излучателя и устройства в целом. Обсуждаются механизмы тепловыделения в оптическом резонаторе лазера, показано их влияние на граничную частоту лазера и особенности сборки и герметизации элементов конструкции. Даны рекомендации по техническим и технологическим решениям для каждого из уровней термостабилизации микролазерных устройств. Предложена конструкция лазерного передатчика с тепловыми микротрубами.
format Article
author Осинский, В.И.
Вербицкий, В.Г.
Николаенко, Ю.Е.
Жук, С.К.
Бобженко, С.В.
Мержвинский, П.А.
author_facet Осинский, В.И.
Вербицкий, В.Г.
Николаенко, Ю.Е.
Жук, С.К.
Бобженко, С.В.
Мержвинский, П.А.
author_sort Осинский, В.И.
title Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
title_short Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
title_full Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
title_fullStr Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
title_full_unstemmed Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
title_sort тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2000
topic_facet Обеспечение тепловых режимов аппаратуры
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70924
citation_txt Тепловые процессы в микролазерных устройствах информационных систем / В.И. Осинский, В.Г. Вербицкий, Ю.Е. Николаенко, С.К. Жук, С.В. Бобженко, П.А. Мержвинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2000. — № 2-3. — С. 27-35. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT osinskijvi teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT verbickijvg teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT nikolaenkoûe teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT žuksk teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT bobženkosv teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT meržvinskijpa teplovyeprocessyvmikrolazernyhustrojstvahinformacionnyhsistem
AT osinskijvi teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT verbickijvg teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT nikolaenkoûe teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT žuksk teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT bobženkosv teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT meržvinskijpa teplovíprocesiumíkrolazernihpristroâhínformacíjnihsistem
AT osinskijvi heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
AT verbickijvg heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
AT nikolaenkoûe heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
AT žuksk heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
AT bobženkosv heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
AT meržvinskijpa heatprocessesinmicrolaserdevicesofinformationsystem
first_indexed 2025-11-27T04:05:27Z
last_indexed 2025-11-27T04:05:27Z
_version_ 1849914904337711104
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 27 ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 15.03 2000 ã. Îïïîíåíòû ä. ò. í. Â. À. ÐÎÌÀÍÎÂ, Â. Ì. ÌÀÐÊÓÑ Ä. ò. í. Â. È. ÎÑÈÍÑÊÈÉ, ê. ò. í. Â. Ã. ÂÅÐÁÈÖÊÈÉ, ê. ò. í. Þ. Å. ÍÈÊÎËÀÅÍÊÎ, ê. ò. í. Ñ. Ê. ÆÓÊ, Ñ. Â. ÁÎÁÆÅÍÊÎ, Ï. À. ÌÅÐÆÂÈÍÑÊÈÉ Óêðàèíà, ã. Êèåâ, ÍÈÈ Ìèêðîïðèáîðîâ, Ãîñêîìèòåò ïðîìûø- ëåííîé ïîëèòèêè, ÍÒÓÓ "Êèåâñêèé ïîëèòåõí. èí-ò" Ðàññìîòðåíû ôèçè÷åñêèå è êîíñòðóê- òèâíî-òåõíîëîãè÷åñêèå àñïåêòû îõëàæ- äåíèÿ è òåìïåðàòóðíîé ñòàáèëèçàöèè ìèêðîëàçåðíûõ óñòðîéñòâ äëÿ âîëî- êîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè. Ïîòðåáíîñòè ñîâðåìåííîãî îáùåñòâà â îáðàáîò- êå è ïåðåäà÷å áîëüøèõ îáúåìîâ èíôîðìàöèè óäîâ- ëåòâîðÿþòñÿ óâåëè÷åíèåì ñòåïåíè èíòåãðàöèè òðàí- çèñòîðíûõ ýëåìåíòîâ è îñâîåíèåì ñâåðõâûñîêî÷àñ- òîòíîãî è îïòè÷åñêîãî äèàïàçîíîâ ÷àñòîò. Óìåíü- øåíèå ðàçìåðîâ ýëåìåíòîâ è óâåëè÷åíèå èõ êîëè÷å- ñòâà â çàìêíóòîì îáúåìå óñòðîéñòâà ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ òåïëîâûäåëåíèÿ â åäèíèöå îáúåìà è ðîñòó òåìïåðàòóðû àêòèâíûõ çîí ïîëóïðîâîäíèêî- âûõ ïðèáîðîâ. Íåñìîòðÿ íà ðåêîðäíûé êïä ïðåîá- ðàçîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè â îïòè÷åñêóþ, äî- ñòèãàþùèé 70%, ïîëóïðîâîäíèêîâûå ëàçåðû ÿâëÿ- þòñÿ íàèáîëåå ìîùíûìè ýëåìåíòàìè ìèêðîñõåì [1], òåìïåðàòóðíàÿ ñòàáèëüíîñòü êîòîðûõ ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà èíôîðìàöèîííûå è ýêñïëóàòàöèîííûå õà- ðàêòåðèñòèêè óñòðîéñòâ, èõ òåõíîëîãè÷åñêóþ è ôóí- êöèîíàëüíóþ èíòåãðàöèþ [2]. Èññëåäîâàíèå òåïëî- âûõ ïðîöåññîâ ñ öåëüþ òåðìîñòàáèëèçàöèè ìèêðî- ëàçåðíûõ óñòðîéñòâ ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ íà ðàçëè÷- íûõ ôèçèêî-òåõíîëîãè÷åñêèõ óðîâíÿõ èõ ñîçäàíèÿ è ôóíêöèîíèðîâàíèÿ: 1. Àòîìíî-ìîëåêóëÿðíûé óðîâåíü ïðåäïîëàãàåò èçó÷åíèå âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîíîâ ñ ôîíîíàìè êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè è åãî âëèÿíèÿ íà êâàíòî- âûé âûõîä èçëó÷åíèÿ è ïîãëîùåíèÿ ýíåðãèè àòîìà- ìè ðåøåòêè. Ýòîò óðîâåíü îïðåäåëÿåò, êàê îáðàçóåò- ñÿ èñòî÷íèê òåïëîâûäåëåíèÿ. 2. Ïðèáîðíûé óðîâåíü ðàññìàòðèâàåò îòâîä òåï- ëà îò àêòèâíîé çîíû ÷èïà è êîðïóñà ìèêðîëàçåðà. 3. Ñõåìíûé óðîâåíü ïðåäóñìàòðèâàåò àíàëèç òåï- ëîâîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìèêðîëàçåðà ñ äðóãèìè ýëå- ìåíòàìè ìèêðîñõåì, ïå÷àòíûõ ïëàò è óñòðîéñòâ â öåëîì. 4. Àðõèòåêòîííûé óðîâåíü îïðåäåëÿåò ïóòè òåð- ìîñòàáèëèçàöèè õàðàêòåðèñòèê ìèêðîëàçåðîâ è óñò- ðîéñòâ íà èõ îñíîâå. Ðåøåíèÿ ìîãóò áûòü ðåàëè- çîâàíû íà àòîìíîì óðîâíå, òåïëîôèçè÷åñêîì è êèáåð- íåòè÷åñêîì ñ àâòîìàòè÷åñêîé ñèñòåìîé ðåãóëèðîâàíèÿ. Êàæäûé èç ýòèõ ïîäõîäîâ èìååò ìíîæåñòâî êîí- êðåòíûõ ðåøåíèé, êîòîðûå çàâèñÿò îò óðîâíÿ òåõ- íîëîãèè è òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêîé öåëåñîîáðàçíîñòè.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìîòðåíû ôèçè÷åñêèå è êîíñòðóêòèâíî-òåõíîëîãè÷åñêèå àñïåêòû òåìïåðàòóð- íîé ñòàáèëèçàöèè ìèêðîëàçåðíûõ óñòðîéñòâ äëÿ âîëîêîííî-îïòè÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè (ÂÎËÑ). Ïî- ýòîìó àíàëèçèðóþòñÿ ïðîöåññû â ãåòåðîëàçåðàõ íà îñíîâå àðñåíèäà�ôîñôèäà ãàëëèÿ�èíäèÿ, èçëó÷à- þùèå â îêíàõ ïðîçðà÷íîñòè êâàðöåâîãî îïòîâîëîê- íà 1,3 è 1,55 ìêì. Òåìïåðàòóðíàÿ ñòàáèëèçàöèÿ âíóòðåííåãî êâàíòîâîãî âûõîäà èçëó÷àþùèõ ñòðóêòóð Òåîðåòè÷åñêè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ âíóòðåí- íèé êâàíòîâûé âûõîä ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷å- íèÿ η ïðÿìîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ òèïà àðñåíè- äà ãàëëèÿ ðàâåí 100%, ò. å. èçëó÷àòåëüíàÿ ðåêîìáè- íàöèÿ ïðîèñõîäèò áåç îáðàçîâàíèÿ ôîíîíîâ. Îäíà- êî ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû T ÷àñòü ýíåðãèè êâàí- òîâûõ ïåðåõîäîâ ðàñõîäóåòñÿ íà êîëåáàíèÿ êðèñ- òàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Ýíåðãèÿ òåïëîâûõ êîëåáàíèé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè Eô õàðàêòåðèçóåòñÿ ñðåäíåêâàäðàòè÷íûìè äèíàìè÷åñêèìè ñìåùåíèÿìè àòîìîâ Uäèí 2 è ñâÿçàíà ñ õàðàêòåðèñòè÷åñêèìè òåìïåðàòóðàìè. Ñðàâíåíèå îòíîñèòåëüíîãî êâàíòîâîãî âûõîäà èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè çíà÷åíèÿìè õà- ðàêòåðèñòè÷åñêèõ òåìïåðàòóð θ ïîçâîëÿåò ïîñòðî- èòü çàâèñèìîñòü èíòåãðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ðåêîì- áèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ Ô îò ýíåðãèè ôîíîíîâ êðè- ñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè Eô. Âåëè÷èíó Uäèí 2 ìîæíî îïðåäåëèòü êàê U h T km T Täèí 2 2 2 2 3 4 4 =     +      π θ θ θΦ , Ñðàâíåíèå òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè èíòåíñèâ- íîñòè èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè p�n-ïåðåõîäîâ â àðñåíèäå ãàëëèÿ, ôîñôèäå èíäèÿ è òâåðäûõ ðà- ÒÅÏËÎÂÛÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ Â ÌÈÊÐÎËÀÇÅÐÍÛÕ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀÕ ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÕ ÑÈÑÒÅÌ ãäå h � k � m � Φ θ T     � ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà; ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà; ñðåäíÿÿ ýôôåêòèâíàÿ ìàññà èîíîâ; ôóíêöèÿ Äåáàÿ, îïðåäåëÿåòñÿ èç òàáëèö äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ (θ/Ò). Àâòîðû âûðàæàþò ïðèçíàòåëüíîñòü ê. ò. í. À. À. Ìåðæâèí- ñêîìó è À. À. Âîðîíüêî çà îáñóæäåíèÿ è ðåêîìåíäàöèè ïðè ðàçðàáîòêå ìîäóëåé ÂÎËÑ. 4* Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 28 ñòâîðàõ InGaAsP ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè òåìïåðàòóð- íûìè èçìåíåíèÿìè ñðåäíåêâàäðàòè÷íûõ äèíàìè÷åñ- êèõ ñìåùåíèé ïîêàçàëî, ÷òî ñóùåñòâåííîå óìåíüøå- íèå èíòåíñèâíîñòè ïðîèñõîäèò ïðè òåõ æå òåìïåðà- òóðàõ, ÷òî è ñóùåñòâåííîå âîçðàñòàíèå ñðåäíåêâàä- ðàòè÷íûõ äèíàìè÷åñêèõ ñìåùåíèé [3, ñ. 217�220]. Ââåäåì äîïóùåíèå, ÷òî èíòåíñèâíîñòü èçëó÷àòåëü- íîé ðåêîìáèíàöèè Ô(Ò) óìåíüøàåòñÿ ïî ýêñïîíåíöè- àëüíîìó çàêîíó ïðè âîçðàñòàíèè âåëè÷èíû Uäèí 2 , ò. å. Φ Φ ( ) exp äèí T C R U 0 2=     , Òîãäà â ïðÿìîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ ñ êàíà- ëàìè áåçûçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè êâàíòîâûé âû- õîä êðàåâîé ëþìèíåñöåíöèè îáðàòíî ïðîïîðöèîíà- ëåí ñðåäíåêâàäðàòè÷íûì ñìåùåíèÿì àòîìîâ ðåøåòêè: ln ( ) äèí Φ Φ 0 2 T A R U= + , ãäå Φ Φ 0 ( )T � âåëè÷èíà, îáðàòíàÿ îòíîñèòåëüíîìó êâàí- òîâîìó âûõîäó èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè, à êîíñòàí- òà À=åõðÑ õàðàêòåðèçóåò èíòåíñèâíîñòü èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè ïðè îòñóòñòâèè êîëåáàíèé êðèñòàëëè÷åñ- êîé ðåøåòêè. Ïðîâåäåííûå ñðàâíèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ òåì- ïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè êâàíòîâîãî âûõîäà èçëó÷à- òåëüíîé ðåêîìáèíàöèè íà äèîäàõ èç ìàòåðèàëîâ ñ ðàçëè÷íîé äèíàìèêîé ðåøåòêè ïîêàçàëè, ÷òî îíà îêà- çûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà çàâèñèìîñòü Ô(Ò) ÷åðåç ïîñðåäñòâî ïðîìåæóòî÷íûõ öåíòðîâ ðåêîìáè- íàöèè. Ïðè íàëè÷èè äîïîëíèòåëüíîãî êàíàëà ðåêîì- áèíàöèè êâàíòîâûé âûõîä èçëó÷åíèÿ η óìåíüøàåò- ñÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ïî çàêîíó η β σ β β = = + +np Ò Ò N Ð 1 1á è ( ) ( ) , Äàííîå ôåíîìåíîëîãè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå ïîêà- çûâàåò âîçìîæíîñòü ñìåíû õàðàêòåðà òåìïåðàòóð- íîé çàâèñèìîñòè êâàíòîâîãî âûõîäà èçëó÷åíèÿ η(Ò)~ ~βè(T) è, ñëåäîâàòåëüíî, Ô(Ò) èç îòðèöàòåëüíîé íà ïîëîæèòåëüíóþ, ò. å. âîçìîæíî âîçðàñòàíèå èíòåí- ñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû. Õàðàêòåð òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè èçëó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ íåñêîëüêèìè ðåêîìáèíàöèîííûìè ïðî- öåññàìè, îñíîâíûìè èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ: � èçëó÷àòåëüíûå ìåæçîííûå ïåðåõîäû, êîòîðûå îáóñëàâëèâàþò êðàåâîå èçëó÷åíèå; � èçëó÷àòåëüíûå ïåðåõîäû ìåæäó óðîâíÿìè ëî- âóøå÷íûõ êîìïëåêñîâ «âàêàíñèÿ�ïðèìåñü» è çî- íîé èëè ìåæäó îñíîâíûì è âîçáóæäåííûì ñîñòîÿ- íèåì öåíòðîâ çàõâàòà; � áåçûçëó÷àòåëüíûå ïåðåõîäû, ýôôåêòèâíîñòü êîòîðûõ âîçðàñòàåò ñ âîçðàñòàíèåì òåìïåðàòóðû. Ýêñïåðèìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè ôîòîëþ- ìèíåñöåíöèè àðñåíèäà ãàëëèÿ, èíæåêöèîííîé ëþìè- íåñöåíöèè p�n- è p+�n-ïåðåõîäîâ, îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ ãåòåðîñòðóêòóð óñòàíîâëåíî, ÷òî ó÷àñòîê ïîëîæèòåëüíîé òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ïðè ðà- áî÷èõ òåìïåðàòóðàõ îïòîýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ íà- áëþäàåòñÿ â àðñåíèäå ãàëëèÿ n-òèïà, à åãî òåìïåðà- òóðíûé èíòåðâàë â äîïóùåíèè ïàðàáîëè÷åñêèõ êðà- åâ çîí è íèçêîé êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé îïðåäåëÿ- åòñÿ èç óðàâíåíèÿ [4] E kT E kT Ò Ò n n g g 2 1 2 1 02 01 3− = −ln ln ,  àðñåíèäå ãàëëèÿ p-òèïà â èññëåäóåìîì èí- òåðâàëå òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò èíòåíñèâíîñ- òè âñåãäà îòðèöàòåëüíûé [4]. Äëÿ ìåæçîííûõ ïðÿìûõ ïåðåõîäîâ, äëÿ êîòî- ðûõ âûïîëíÿåòñÿ ïðàâèëî îòáîðà ïî âîëíîâîìó âåê- òîðó, ïðîâåäåí ìàøèííûé ýêñïåðèìåíò ïî îïðåäåëå- íèþ âëèÿíèÿ òåìïåðàòóðû íà ñêîðîñòü èçëó÷àòåëü- íîé ðåêîìáèíàöèè γ(E,T) àðñåíèäà ãàëëèÿ[5] è ôîñ- ôèäà èíäèÿ. Äëÿ ðàñ÷åòîâ èñïîëüçîâàëîñü ñîîòíî- øåíèå γ α α α ν ν ν ν ν ( , ) exp exp , E T A E T m m m E T kT F E kT m m m E T kT F E kT c c c c c = = ′ − + − + − −                  × × − − − + − −                  ∆ ∆ ∆ 1 1 Êîýôôèöèåíò À′ îïðåäåëÿåòñÿ ÷åðåç êîíñòàíòû ìàòåðèà- ëà è äëÿ àðñåíèäà ãàëëèÿ ðàâåí 3·1027 ýÂ�1ñ�1ñì�3, äëÿ àðñåíèäà�ôîñôèäà èíäèÿ À′=7·1025 ýÂ�1ñ�1ñì�3; α � êà- ëèáðîâî÷íûé êîýôôèöèåíò øêàëû òåìïåðàòóð. Ìàøèííûé ðàñ÷åò ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ïîëî- æåíèÿ óðîâíÿ Ôåðìè, ïðè êîòîðûõ ðåàëèçóþòñÿ ïî- ëîæèòåëüíàÿ, íóëåâàÿ èëè îòðèöàòåëüíàÿ òåìïåðà- òóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ èíòåíñèâíîñòü ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ ïðè 77 Ê; êîíñòàíòà; êîýôôèöèåíò, êîòîðûé çàâèñèò îò êîíöåíòðà- öèè ïðèìåñåé, äåôåêòîâ è êîíêðåòíîãî ìåõà- íèçìà ðåêîìáèíàöèè. ãäå Ô0 � Ñ � R � ãäå Åg � Ò1 è Ò2 � n01, n02 � øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû; òåìïåðàòóðû ìàêñèìóìîâ ðåêîìáèíàöèîí- íîãî èçëó÷åíèÿ êîíêóðèðóþùåãî êàíàëà â èññëåäóåìîì è êîíòðîëüíîì îáðàçöàõ, ñî- îòâåòñòâåííî; ñîîòâåòñòâóþùèå êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé. âåðîÿòíîñòü ðåêîìáèíàöèè; êîíöåíòðàöèè ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ è äûðîê, ñîîòâåòñòâåííî; ñêîðîñòü ãåíåðàöèè ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïàð; âåðîÿòíîñòè èçëó÷àòåëüíîé è áåçûçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèè, ñîîòâåòñòâåííî; ïëîòíîñòü öåíòðîâ çàõâàòà äûðîê; êîíöåíòðàöèÿ öåíòðîâ ãåíåðàöèè äûðîê. ãäå β � n, p � σ � βè, βá � N1 � Ð � ãäå À′, α � ∆E � mc, mν � Fc, Fν � Ec, Eν � êîýôôèöèåíòû; ðàçíîñòü ýíåðãèè èñïóùåííîãî êâàíòà è øè- ðèíû çàïðåùåííîé çîíû; ýôôåêòèâíûå ìàññû ýëåêòðîíîâ è äûðîê; êâàçèóðîâíè Ôåðìè; ñîîòâåòñòâóþùèå êðàÿ çîí ïðîâîäèìîñòè è âàëåíòíîé. ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 29 (ðèñ. 1). Òàêèì îáðàçîì, âûáîð ïðèìåñíîãî ñîñòà- âà è ñòåïåíè ëåãèðîâàíèÿ àêòèâíîé îáëàñòè èçëó÷à- òåëåé ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü âëèÿíèå òåìïåðàòóðû íà âíóòðåííèé êâàíòîâûé âûõîä, à ñëåäîâàòåëüíî, íà èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ.  ëàçåðíûõ äèîäàõ ýíåðãèÿ áåçûçëó÷àòåëüíûõ ïåðåõîäîâ ïåðåäàåòñÿ ïðîäîëüíûì îïòè÷åñêèì ôî- íîíàì.  ìíîãîêîìïîíåíòíîé ñèñòåìå InGaAsP ýíåð- ãèÿ ïåðåäàåòñÿ ðåøåòêå ïðè ðàññåÿíèè íà àòîìàõ èíäèÿ, ãàëëèÿ, ìûøüÿêà è ôîñôîðà. (Ñóùåñòâóåò è îáðàòíûé ïðîöåññ îòáîðà ïîäâèæíûìè íîñèòåëÿìè ýíåðãèè îò ðåøåòêè; â ñèñòåìå ìîæåò óñòàíîâèòüñÿ ðàâíîâåñèå.) Äåòàëüíûé àíàëèç ìåõàíèçìîâ ïîãëî- ùåíèÿ è èñïóñêàíèÿ ôîòîíîâ è ôîíîíîâ â òâåðäûõ ðàñòâîðàõ AlGaAs è InGaAsP ïîêàçûâàåò, ÷òî ýíåð- ãèÿ íîñèòåëåé (ýëåêòðîíîâ è äûðîê) âñåãäà áîëü- øå ýíåðãèè ðåøåòêè, ÷òî ðàâíîñèëüíî ñîîòâåòñòâó- þùèì çíà÷åíèÿì èõ òåìïåðàòóð (ðèñ. 2). Ïîýòîìó ïðè êîíñòðóèðîâàíèè ãåòåðîñòðóêòóð ñâåòîäèîäîâ è ëàçåðîâ ãîðÿ÷èå íîñèòåëè íåîáõîäèìî îòâîäèòü â õîëîäíûå çîíû. Ãåòåðîñòðóêòóðû ëàçåðîâ äëÿ ÂÎËÑ Ðàññìîòðåííûå òåïëîâûå ïðîöåññû ñóùåñòâåííî âëèÿþò íà ãðàíè÷íóþ ÷àñòîòó ëàçåðîâ, êîòîðàÿ óìåíü- øàåòñÿ ïðè âîçðàñòàíèè òåìïåðàòóðû, îáóñëîâëåí- íîì óâåëè÷åíèåì òîêà íàêà÷êè. Ýòî ÿâëÿåòñÿ ãëàâ- íûì îãðàíè÷åíèåì áûñòðîäåéñòâèÿ ëàçåðíûõ ìîäó- ëåé â îáëàñòè äî 2�5 ÃÃö, êîòîðîå íåîáõîäèìî ó÷è- òûâàòü ïðè âûáîðå ñòðóêòóðû ëàçåðîâ è êîíñòðóê- öèè ìîäóëåé äëÿ ñêîðîñòíûõ ÂÎËÑ. Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, òåìïåðàòóðà äûðîê íèæå òåìïåðàòóðû ýëåêòðîíîâ ïðè òåõ æå óñëîâèÿõ âîç- áóæäåíèÿ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äëÿ óâåëè÷åíèÿ ãðà- íè÷íîé ÷àñòîòû íåîáõîäèìî àêòèâíóþ îáëàñòü ëàçå- ðîâ ëåãèðîâàòü ïðèìåñÿìè p-òèïà. Óñèëåíèå â ëàçå- ðàõ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî ðàçíîñòè ýíåðãèé óðîâ- íåé Ôåðìè çîíû ïðîâîäèìîñòè è âàëåíòíîé çîíû. Èç-çà ìåíüøåé êðèâèçíû ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé âà- ëåíòíîé çîíû íàìíîãî áîëüøå, ÷åì â çîíå ïðîâîäè- ìîñòè.  ýòîì ñëó÷àå êâàçèóðîâåíü Ôåðìè îñòàåòñÿ â çàïðåùåííîé çîíå ïðè áîëåå âûñîêèõ ïëîòíîñòÿõ íîñèòåëåé, ÷åì â ñëó÷àå, êîãäà êðèâèçíà âàëåíòíîé çîíû àíàëîãè÷íà êðèâèçíå çîíû ïðîâîäèìîñòè. Ýòîãî ìîæíî äîñòèãíóòü â íàïðÿæåííûõ ñòðóêòóðàõ, â êî- òîðûõ ïðîèñõîäèò ìåõàíè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ êðèñ- òàëëè÷åñêîé ðåøåòêè.  ñòðóêòóðàõ ñ êâàíòîâûìè ÿìàìè íàíîîáëàñòü ÿìû îêàçûâàåòñÿ çàæàòîé â ìàò- ðèöå äðóãîãî ñîñòàâà ñ áîëüøåé Eg. Íà ïðàêòèêå êâàíòîâûå ÿìû ñîäåðæàò âûñîêóþ êîíöåíòðàöèþ èíäèÿ, à îêðóæàþùèå îáëàñòè èìåþò ïîâûøåííóþ êîíöåíòðàöèþ ãàëëèÿ è ôîñôîðà. Îöåíêè ïîëó÷åí- íûõ íàìè ñòðóêòóð ñ êâàíòîâûìè òî÷êàìè â ñèñòå- ìå InGaAsP [6] äàþò çíà÷åíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëåíèÿ 7·10�16 ñì2, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ïðèåìëåìîé âå- ëè÷èíîé äëÿ ëàçåðîâ ñ ãðàíè÷íûìè ÷àñòîòàìè äî ~20 ÃÃö. Îäíàêî â ðåàëüíûõ ïðèáîðàõ áîëåå ñóùå- ñòâåííûìè ÿâëÿþòñÿ îãðàíè÷åíèÿ RC-ïàðàçèòíûìè öåïÿìè è òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì ñòðóêòóð. Ñïåöèàëüíûå ìåòîäû ìîíòàæà êðèñòàëëîâ ëàçå- ðîâ ïîçâîëÿþò ìèíèìèçèðîâàòü òåïëîâîå ñîïðîòèâ- ëåíèå è ðåàëèçîâûâàòü ÷àñòîòû, ñîñòàâëÿþùèå 70� 80% îò ãðàíè÷íîé. Äëÿ ìîäóëåé ÂÎËÑ äî íåñêîëü- êèõ ñîòåí ÌÃö îáû÷íî ïðèìåíÿþòñÿ ñòðóêòóðû íà ñèëüíîëåãèðîâàííûõ ïîäëîæêàõ n+-InP (ðèñ. 3, à). Äëÿ áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò, îñîáåííî â ãèãàáèòíîì äèàïàçîíå, ëó÷øèå ðåçóëüòàòû ïî ãðàíè÷íîé ÷àñòîòå äàþò ìåçàïîëîñêîâûå ñòðóêòóðû (ðèñ. 3, á), êîòî- ðûå ïîëó÷àþòñÿ ïðåöèçèîííûì ïëàçìåííûì òðàâ- ëåíèåì ÷åðåç ìàñêó èç òóãîïëàâêîãî ìàòåðèàëà [7]. Íàèáîëüøåå ïðèìåíåíèå íàõîäÿò ïîëóïðîâîäíè- êîâûå ëàçåðû íà îñíîâå òâåðäûõ ðàñòâîðîâ InGaAsP, óæå â ïåðâîé ðàáîòå ïî êîòîðûì [3] óñòàíîâëåíà áîëåå ñëàáàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü èçëó÷åíèÿ, ÷åì â ôîñôèäå èíäèÿ è àðñåíèäå ãàëëèÿ. Êîíñòðóê- òèâíî ëàçåðû äëÿ ÂÎËÑ îáû÷íî ïðåäñòàâëÿþò ñî- áîé ìåçàïîëîñêîâóþ çàðîùåííóþ ñòðóêòóðó ñ øè- ðèíîé ïîëîñêà îêîëî 1 ìêì (ðèñ. 3). Âàòò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ÿâëÿþòñÿ ëèíåéíûìè â øèðîêîì äè- àïàçîíå òîêîâ è â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò �40 äî +70îÑ (ðèñ. 4). Òàêèå ëàçåðû â ðàáî÷åé òî÷êå, êî- òîðàÿ îáû÷íî âûáèðàåòñÿ ïðè òîêàõ, â 1,5�2 ðàçà áîëüøèõ ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ Iïîð, ÿâëÿþòñÿ îäíî- ìîäîâûìè, îäíàêî ïðè ìåíüøèõ òîêàõ èìååòñÿ ìíî- ãî ìîä, ÷èñëî êîòîðûõ âîçðàñòàåò ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ëàçåðà (ðèñ. 4, âñòàâêè). ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ 300 350 400 450 500 0 5 10 15 20 25 30 I í, ìÀ Ò , Ê Al e In e In ðåø Al ðåø Al ä In ä Ðèñ. 2. Ñðàâíåíèå çàâèñèìîñòåé òåìïåðàòóð ýëåêòðî- íîâ (å), äûðîê (ä) è êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè (ðåø) îò òîêà íàêà÷êè Ií äëÿ ëàçåðîâ AlGaAs/GaAs (Al) è InGaAsP/InP (In) ñ îäíîé êâàíòîâîé ÿìîé 2 4 3 1 Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èçëó÷åíèÿ: 1 � p-InGaAs; 2 �ïðèìåñíàÿ ïîëîñà â n-InGaAs; 3 �îñíîâ- íàÿ ïîëîñà n-InGaAs ñ êîìïåíñèðóþùèì ïðèìåñíûì êàíàëîì ðåêîìáèíàöèè; 4 �ñâåòîèçëó÷àþùèé äèîä ñ âíåøíåé òåìïå- ðàòóðíîé ñòàáèëèçàöèåé 100 200 300 400 Òåìïåðàòóðà, Ê 3 2 1 0 ln (Ô / Ô 0) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 30 Óñòîé÷èâûé îäíîìîäîâûé ðåæèì, êîòîðûé ñëàáî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû, îáåñïå÷èâàåòñÿ â ëàçåðàõ ñ ðàñïðåäåëåííîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Íàèáîëåå êà÷åñòâåí- íûå äèôðàêöèîííûå ðåøåòêè íà ïîâåðõíîñòè ëàçåðà äàåò ìåòîä ýëåêòðîííîé ëèòîãðàôèè.  òî æå âðåìÿ èìåþò ìåñòî èçìåíåíèå ëèíåéíûõ ðàçìåðîâ ðåøåòêè â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû è ñîîòâåòñòâóþùåå èçìåíåíèå ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ ëàçåðà.  ñèñòåìàõ ñ ÷àñòîòíûì óïëîòíåíèåì êàíàëîâ ýòîò ýôôåêò èñïîëü- çóåòñÿ êàê ïîëåçíûé. Çíà÷åíèå ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ ëàçåðà êàæäîãî êàíàëà óñòàíàâëèâàåòñÿ ñõåìîé óï- ðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé ëàçåðà ïóòåì èçìåíåíèÿ óñ- òàâêè â ñõåìå êîíòóðà ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû. Òåïëîâûå îñîáåííîñòè ñáîðêè è ãåðìåòèçàöèè ñâåòîäèîäîâ, ìèêðîëàçåðîâ è ìîäóëåé ÂÎËÑ Íàðÿäó ñ îñíîâíûìè òåïëîâûìè õàðàêòåðèñòè- êàìè ìàòåðèàëîâ ëàçåðîâ è èõ òâåðäîòåëüíîé ñòðóê- òóðû, ñâÿçàííûìè â îñíîâíîì ñ àòîìíûì ñîñòàâîì ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñëîåâ è ìèêðîýëåêòðîííîé òåõ- íîëîãèåé èõ ïîëó÷åíèÿ, âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ òåðìî- ñòàáèëèçàöèè êðèñòàëëîâ èìååò îòâîä òåïëà îò àê- òèâíûõ çîí ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåòñÿ â êîíñòðóêöèÿõ êîðïóñîâ, îáåñïå÷è- âàþùèõ âûñîêîå òåïëîâîå âçàèìîäåéñòâèå èçëó÷àþ- ùèõ ÷èïîâ ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé. Ê íàñòîÿùåìó âðå- ìåíè íàêîïëåí çíà÷èòåëüíûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ìà- òåðèàë ïî ñáîðêå è ãåðìåòèçàöèè ìèêðîëàçåðîâ è ìîäóëåé ÂÎËÑ, íî òåì íå ìåíåå ñèñòåìàòè÷åñêîå èç- ëîæåíèå òåïëîâûõ àñïåêòîâ ïðîáëåìû îòñóòñòâóåò. Êîíñòðóêöèÿ êîðïóñîâ èçëó÷àþùèõ ïðèáîðîâ è ìîäóëåé ÂÎËÑ íà èõ îñíîâå îïðåäåëÿåòñÿ èõ íà- çíà÷åíèåì è ñîñòàâîì. ×àùå âñåãî ïðèåìíûå è ïå- ðåäàþùèå ìîäóëè èçãîòàâëèâàþòñÿ â îòäåëüíûõ êîðïóñàõ. Ýòî ïîâûøàåò âûõîä ãîäíûõ ïðèáîðîâ è óìåíüøàåò ýëåêòðîìàãíèòíîå âëèÿíèå ïåðåäàò÷èêà íà ïðèåìíèê. Äëÿ êîðîòêèõ (äî 10 êì) è ìàëîñêîðîñòíûõ (äî 10 ÌÃö) ëèíèé ñâÿçè øèðîêîå ïðèìåíåíèå íàõîäÿò ñâåòîäèîäû, ÷òî îáóñëîâëåíî èõ áîëåå íèçêîé ñòî- èìîñòüþ è íàìíîãî áîëåå âûñîêîé íàäåæíîñòüþ. Íà ðèñ. 5 èçîáðàæåíû äâà îñíîâíûõ òèïà êîíñò- ðóêöèè ñâåòîäèîäíîãî óçëà: ñâåòîäèîä â êîðïóñå ÒÎ-18, ãäå èçëó÷åíèå ôîêóñèðóåòñÿ äâóìÿ ëèíçàìè äëÿ ââîäà â îïòîâîëîêíî, è ñîåäèíåíèå, íàçûâàåìîå "áàððàñ-äèîä", ãäå âîëîêíî ïðèáëèæåíî ê èçëó÷àþ- ùåé îáëàñòè ñâåòîäèîäà. Òàêèå óçëû íå òðåáóþò òî÷íîé þñòèðîâêè ýëåìåíòîâ, îäíàêî êîýôôèöèåíò ââîäà èçëó÷åíèÿ ñâåòîäèîäà â âîëîêíî íå ïðåâû- øàåò 0,05. ×èï ñâåòîäèîäà îáû÷íî ìîíòèðóåòñÿ íà ìåäíûé òåïëîîòâîä, êîòîðûé ïðèâàðèâàåòñÿ ê îñíî- âàíèþ êîðïóñà, ÷òî îáåñïå÷èâàåò íîðìàëüíûé òåïëî- âîé ðåæèì ñòðóêòóðû. ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ �40oC �20 0 +20 +40 +60 +70 +90oC 5 4 3 2 1 0 10 20 30 Ií, ìÀ Ô , ì  ò Ðèñ. 4. Âàòò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ëàçåðîâ InGaAsP/InP ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ (íà âñòàâ- êàõ � ñîîòâåòñòâóþùèå ìîäîâûå ñòðóêòóðû èçëó÷åíèÿ) n+-InP i-InP i-InP p-InP InGaAsP + i-InP Ïëàçìåííîå òðàâëåíèå n+ Àêòèâíàÿ îáëàñòü InGaAsP + p Ðèñ. 3. Ñòðóêòóðû ëàçåðîâ äëÿ ìîäóëåé ÂÎËÑ íà ïðî- âîäÿùåé ïîäëîæêå n+-InP (a) è íà ïîëóèçîëèðóþùåé ïîäëîæêå ñ ïðåöèçèîííûì ïëàçìåííûì òðàâëåíèåì ìåçà- ñòðóêòóð (á) à) á) + à) á) Ýïîêñèäíûå êîìïîçèöèè Îïòîâîëîêíî ×èï ñâåòîäèîäà Êîðïóñ ìîäóëÿ Êîëëèìèðóþ- ùàÿ ëèíçà Òåïëîîòâîä Ôîêóñèðóþ- ùàÿ ëèíçà ×èï ñâåòîäèîäà Ðèñ. 5. Êîíñòðóêöèè ñâåòîäèîäíûõ èçëó÷àòåëåé â êîðïó- ñå ÒÎ-18 (à) è â ïåðåäàþùåì ìîäóëå ñ îïòîâîëîêíîì (á) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 31 Ñ ðîñòîì ñêîðîñòè è äàëüíîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ îñíîâíûì òèïîì èçëó÷àòåëÿ ñòàíîâèòñÿ ëàçåðíûé äèîä. Íà ðèñ. 6 èçîáðàæåíû êîíñòðóêöèè ëàçåðíûõ óçëîâ: â îòäåëüíîì êîðïóñå ñ ôîòîïðèåìíèêîì îá- ðàòíîé ñâÿçè è èçëó÷åíèåì, âûõîäÿùèì ÷åðåç ïëîñ- êîå îêíî, è â êîðïóñå ìîäóëÿ, ãäå èçëó÷åíèå ïîëó- ïðîâîäíèêîâîãî ëàçåðà, îõëàæäàåìîãî ñ ïîìîùüþ ýëåìåíòà Ïåëüòüå, ÷åðåç ìèêðîëèíçó âõîäèò â îïòî- âîëîêíî. Òåïëîâûå óñëîâèÿ ðàáîòû ëàçåðîâ îïðåäåëÿþò îñíîâíûå èíôîðìàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè ïåðåäà- þùèõ ìîäóëåé. Ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû óâåëè÷èâàåò- ñÿ ïîðîãîâûé òîê èçëó÷åíèÿ ëàçåðà è óìåíüøàåòñÿ êðóòèçíà âàòò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè äèîäà, ðàñ- òåò äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ. Äëÿ ïîääåðæàíèÿ ìè- íèìàëüíî íåîáõîäèìîãî ðàáî÷åãî òîêà èñïîëüçóþò êîððåêòèðîâêó åãî ñ ïîìîùüþ ôîòîäèîäà îáðàòíîé ñâÿçè, óëàâëèâàþùåãî ÷àñòü èçëó÷åíèÿ ëàçåðà. Ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû ïðèõîäèòñÿ ïîâûøàòü òîê ÷å- ðåç ëàçåð, ÷òî âåäåò ê åùå áîëüøåìó åãî íàãðåâó è ñíèæåíèþ ðåñóðñà ðàáîòû. Ðàññåèâàåìàÿ ìîäóëåì îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà ìîùíîñòü ìîæåò áûòü îðèåíòèðîâî÷íî îïðåäåëåíà êàê Ð=UI�Pèçë+Ðèíò,  ñâÿçè ñ íåîáõîäèìîñòüþ îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòû ìîäóëÿ â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îêðóæàþùåé ñðåäû (Òîêð) îò �40 äî +85îÑ [6�8] â îñîáî îòâåòñòâåí- íûõ ñâåðõâûñîêî÷àñòîòíûõ ìîäóëÿõ ïðèìåíÿþòñÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèå ìèêðîîõëàäèòåëè (ÒÝÌÎ) (ðèñ. 6, á). Íà ðèñ. 7 ïðèâåäåíà îáîáùåííàÿ ñõåìà ðàñïîëî- æåíèÿ òåõ ýëåìåíòîâ ëàçåðíîãî ïåðåäàò÷èêà, êîòî- ðûå îïðåäåëÿþò òåïëîâûå ïðîöåññû â íåì.  íåé âûäåëåíû ñëåäóþùèå èñòî÷íèêè òåïëîâûäåëåíèÿ: Ð1 � òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â ëàçåðíîì ÷èïå � Ð1=UI �Ðèçë ïðÿì+Ðèçë îáð, ãäå Ðèçë ïðÿì è Ðèçë îáð � ìîù- íîñòü, èçëó÷àåìàÿ â ïðÿìîì è îáðàòíîì íàïðàâëåíèè; Ð2 � òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â óçëå êîíò- ðîëüíîãî ôîòîïðèåìíèêà; ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ; ïîòðåáëÿåìûé òîê; ìîùíîñòü, ââîäèìàÿ â îïòîâîëîêíî; ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ íà èíòåðôåéñíûõ ýëå- ìåíòàõ (ñîãëàñóþùèå ðåçèñòîðû Rñîãë öåïåé ïå- ðåäà÷è äàííûõ, öåïè êîíòðîëÿ, óïðàâëåíèÿ). ãäå U � I � Ðèçë � Ðèíò � Ð3 � òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â óçëå ââåäåíèÿ îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ â îïòîâîëîêíî (âñëåäñòâèå ïî- òåðü îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè ïðè ââåäåíèè è â îáúåìå îï- òîýëåêòðîííîãî ìîäóëÿ çà ñ÷åò ïîãëîùåíèÿ ïðÿìîãî è îáðàòíîãî èçëó÷åíèÿ); Ð4 � òåïëîâàÿ ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â ýëåêòðè÷åñêîé ïëàòå � Ð4=UïèòIïèò+Ðèíò; Ð5 � ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ ñõåìîé óïðàâëåíèÿ ìèê- ðîõîëîäèëüíèêîì. Òåïëîâûå ïîòîêè ïðèâåäåííîé ìîäåëè ìîãóò áûòü îòðàæåíû íà ýêâèâàëåíòíîé ñõåìå, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 8, íà êîòîðîé +Ðìo � ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ ìèêðîîõëàäèòåëåì; �Ðìo � ìîùíîñòü, ïîãëîùàåìàÿ ìèêðîîõëàäèòåëåì; rìî � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ìèêðîîõëàäèòåëÿ; r÷1 � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ìàòåðèàëà ÷èïà ìåæäó ïîëîñêîé îïòè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà è áîêîâîé ïîâåðõíîñ- òüþ ïîñàäêè íà ïüåäåñòàë; rï � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ïüåäåñòàëà; rîñí � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå îñíîâàíèÿ; rêîíò îñí � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà îñíîâà- íèÿ ñ êîðïóñîì; róââ � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå óçëà âûâîäà îïòè÷åñ- êîãî èçëó÷åíèÿ; rêîíò óââ � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà óçëà ââî- äà-âûâîäà ñ êîðïóñîì; rôïï � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòðîëüíîãî ôîòîïðè- åìíîãî ïüåäåñòàëà; râûâ ôï � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå âûâîäîâ ôîòîïðèåì- íèêà; rýëï � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïëàòû; rêîíò ýëï � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà ýëåêòðè- ÷åñêîé ïëàòû ñ êîðïóñîì; rýë âûâ � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî âû- âîäà ïüåäåñòàëà; rýëâ1, rýëâ2 � òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ñîîòâåòñòâåííî ýëåêòðè÷åñêèõ âûâîäîâ 1 è 2 ìèêðîîõëàäèòåëÿ ê ýëåêò- ðè÷åñêîé ïëàòå; rèçë, rêîíâ, ròåïë � êîìïîíåíòà òåïëîâîãî ñîïðîòèâëå- íèÿ ñîîòâåòñòâåííî äëÿ òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ, êîíâåêöèè è êîíäóêòèâíîãî òåïëîîáìåíà. Ïîñêîëüêó êîðïóñ îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà äëÿ ïîâûøåíèÿ òåïëîïåðåäàþùåé ñïîñîáíîñòè âûïîë- íÿåòñÿ ìåòàëëè÷åñêèì, òî ïðè ðàáîòå ïåðåäàò÷èêà òåïëî îò íàãðåòîãî êîðïóñà ðàññåèâàåòñÿ â îêðó- Îêíî Òåïëî- îòâîä Ëàçåðíûé äèîä Ôîòîäèîä îáðàòíîé ñâÿçè à) á) Ðèñ. 6. Êîíñòðóêöèè ëàçåðíûõ èçëó÷àòåëåé â êîðïóñå ÒÎ-18 (à) è â ïåðåäàþùåì ìîäóëå ñ òåðìîýëåêòðè÷åñêèì ýëåìåíòîì Ïåëüòüå è îïòîâîëîêíîì (á) Îïòîâî- ëîêíî Ëàçåðíûé äèîä Òåðìî- äàò÷èê Ôîòîäèîä îáðàòíîé ñâÿçè Ýïîê- ñèäíûå êîìïî- çèöèè Êîðïóñ Òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ìèêðîîõëàäèòåëü Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 32 æàþùóþ ñðåäó òðåìÿ ñïîñîáàìè � èçëó÷åíèåì, êîí- âåêöèåé è êîíäóêöèåé êîíòàêòèðóþùèõ ñ êîðïóñîì ýëåìåíòîâ. Ñóììàðíîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå îò êîðïóñà ïåðåäàò÷èêà ê îêðóæàþùåìó âîçäóõó áó- äåò îïðåäåëÿòüñÿ òðåìÿ ïàðàëëåëüíî âêëþ÷åííûìè òåïëîâûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè � rèçë, rêîíâ è ròåïë, îï- ðåäåëÿþùèìè ñîáîé îáùèé êîýôôèöèåíò òåïëîïå- ðåäà÷è k, ïðè÷åì ïðîèçâåäåíèå kF∆t äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íûì äëÿ îòâîäà âûäåëÿåìîãî ïåðåäàò÷è- êîì òåïëà â îêðóæàþùóþ ñðåäó (çäåñü k � êîýô- ôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è, Âò/(ì2·îÑ), F � ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè, ì2, ∆t � òåïëîâîé íàïîð «êîðïóñ� îêðóæàþùàÿ ñðåäà», îÑ). Óçåë òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìèêðîîõëàäèòåëÿ ñî- ñòîèò èç äàò÷èêà òåìïåðàòóðû, âêëþ÷åííîãî â ïëå- ÷î ìîñòà, îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ è óïðàâëÿåìîãî ãåíåðàòîðà òîêà, âêëþ÷åííîãî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ òåð- ìîýëåêòðè÷åñêèì ýëåìåíòîì (ðèñ. 9). Ïðè ïîâûøå- íèè òåìïåðàòóðû âûøå çàäàííîé ïîðî- ãîâîé ìîñò ðàçáàëàíñèðóåòñÿ è ÷åðåç òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ýëåìåíò íà÷èíàåò ïðîòåêàòü òîê ìèêðîîõëàäèòåëÿ, ïðîïîð- öèîíàëüíûé âåëè÷èíå ðàññîãëàñîâàíèÿ. Èñõîäÿ èç íåîáõîäèìîñòè ñíèæåíèÿ òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìåæäó èçëó- ÷àþùåé îáëàñòüþ ëàçåðíîãî ÷èïà è êîð- ïóñîì âûáèðàþòñÿ êîíñòðóêöèÿ èçëó- ÷àòåëÿ, ìàòåðèàë äåòàëåé è ñïîñîá ìîí- òàæà. Íà ðèñ. 10 ïðèâåäåíî êà÷åñòâåí- íîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû â ëà- çåðíîì ìîäóëå. Èç ðèñ. 10 âèäíî, ÷òî èñïîëüçîâà- íèå òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìèêðîîõëàäè- òåëÿ, ðàñïîëîæåííîãî âíóòðè êîðïóñà îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà õîëîäíîé ïëà- ñòèíîé íåïîñðåäñòâåííî ïîä òåïëîîòâî- äÿùèì ïüåäåñòàëîì, íà êîòîðîì óñòàíîâ- ëåí ëàçåðíûé ÷èï, ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëü- íî ñíèçèòü òåìïåðàòóðó p�n-ïåðåõîäà ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè ðàññìîòðåííûìè âàðèàíòàìè ìîíòàæà ÷èïà. Òåïëî îò ãî- ðÿ÷åé ïëàñòèíû ÒÝÌÎ ïåðåäàåòñÿ òåï- ëîïðîâîäíîñòüþ êîðïóñà ê íèæíåé ïî- âåðõíîñòè åãî îñíîâàíèÿ. Ïîñêîëüêó â èçäåëèè îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê ñâîèì íèæíèì îñ- íîâàíèåì ÷àùå âñåãî óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ïå÷àòíóþ ïëàòó èç ñòåêëîòåêñòîëèòà, îáëàäàþùåãî ïëîõîé òåï- ëîïðîâîäíîñòüþ, òî îòâîä òåïëà îò îñíîâàíèÿ êîð- ïóñà ïåðåäàò÷èêà êàê êîíâåêöèåé âîçäóõà, òàê è òåï- ëîïðîâîäíîñòüþ ïëàòû, çàòðóäíåí, ÷òî íå ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî ðåàëèçîâàòü ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíî- ñòè ÒÝÌÎ äëÿ òåðìîñòàáèëèçàöèè ëàçåðíîãî ÷èïà. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè òåïëîîòâîäà ðàç- ðàáîòàíà íîâàÿ êîíñòðóêöèÿ îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò- ÷èêà ñ òåïëîâûìè ìèêðîòðóáàìè, ñõåìà êîòîðîãî ïîêàçàíà íà ðèñ. 11. Âèäû íåêîòîðûõ èçâåñòíûõ êîíñòðóêöèé òåïëîâûõ ìèêðîòðóá ïðèâåäåíû â [9]. Íàèáîëåå ïðèåìëåìûìè ÿâëÿþòñÿ ìèêðîòðóáû êðóã- ëîãî è ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ.  ñîñòàâ ïåðåäàò÷èêà âõîäèò íåñêîëüêî òåïëî- âûõ ìèêðîòðóá. Çîíà èñïàðåíèÿ îäíèõ òåïëîâûõ ìèêðîòðóá óñòàíîâëåíà ñ îáåñïå÷åíèåì õîðîøåãî ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ ròåïë rêîíò ýëï rýëâ2 rýëï râûâ ôï rýëâ1 rýë âûâ rôïï rêîíò îñí rêîíâ rîñí rìî rï r÷1 rèçë rêîíò óââ róââ Ñðåäà Ð3 Ð1 Ð2 Ð4 Ð5 �Ðìî +Ðìî Ðèñ. 8. Ýêâèâàëåíòíàÿ òåïëîâàÿ ñõåìà êîíñòðóêöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà Ïðèåì- íèê Óçåë ââî- äà â îïòî- âîëîêíî Ð3 Ð1 Ð2 Ëàçåðíûé ÷èï Êîíòðîëü- íûé ôîòî- äèîä Äðàéâåð Ð4 Rñîãë Ýëåêòðè÷åñêàÿ ïëàòà Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ìèêðîõîëîäèëüíèêîì Ð5 Ïüåäåñòàë ÎñíîâàíèåÌèêðî- îõëàäèòåëü Ðèñ. 7. Òåïëîâàÿ ìîäåëü êîíñòðóêöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà Êîðïóñ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 33 òåïëîâîãî êîíòàêòà â òåïëîïðîâîäíîì îñíîâàíèè, ïðè- ïàÿííîì ê ãîðÿ÷åé ïëàñòèíå ÒÝÌÎ, à äðóãèõ � íà ïå÷àòíîé ïëàòå ñ îñòàëüíûìè ýëåêòðîðàäèîýëåìåí- òàìè ïåðåäàò÷èêà, îñíîâàíèå êîòîðîé âûïîëíåíî èç òåïëîïðîâîäíîãî ìàòåðèàëà, íàïðèìåð ïî òåõíîëî- ãèè, îïèñàííîé â [10, ñ. 52]. Òðàíñïîðòíûå çîíû âñåõ òåïëîâûõ ìèêðîòðóá âûâåäåíû ñêâîçü ñòåíêè êîð- ïóñà çà åãî ïðåäåëû, à çîíû êîíäåíñàöèè èçîãíóòû ââåðõ è ïðèïàÿíû ê ðàäèàòîðíûì ïëàñòèíàì, ðàñïî- ëîæåííûì ñ äâóõ ñòîðîí êîðïóñà ïåðåäàò÷èêà. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ýôôåê- òèâíûé îòâîä òåïëà èç òåïëîíàïðÿæåííûõ çîí, ðàñ- ïîëîæåííûõ âíóòðè êîðïóñà ïåðåäàò÷èêà, è ýôôåê- òèâíîå ðàññåÿíèå åå â îêðóæàþùóþ ñðåäó � íåçàâè- ñèìî îò òåïëîïðîâîäíîñòè îñíîâàíèÿ, íà êîòîðîì ñìîí- òèðîâàí îïòè÷åñêèé ïåðåäàò÷èê â èçäåëèè. Òåïëîâîå è ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå ýëåìåíòîâ ëàçåðíûõ ìîäóëåé è òðàíñèâåðîâ Òåïëîâûå è ýëåêòðîìàãíèòíûå õàðàêòåðèñòèêè ëà- çåðíûõ ìîäóëåé è òðàíñèâåðîâ âî ìíîãîì îïðåäåëÿ- þòñÿ èõ êîíñòðóêöèåé. Ìîæíî âûäåëèòü ñëåäóþùèå òèïû êîðïóñîâ îïòè÷åñêèõ ïåðåäàþùèõ ìîäóëåé. 1. Íàèáîëåå ïðîñòîé ìîäóëü: èçëó÷àþùèé ïðè- áîð (ñâåòîäèîä, ñóïåðëþìèíåñöåíòíûé èëè ëàçåð- íûé äèîä) èëè ôîòîïðèåìíèê (ìîæåò áûòü ñ ïðåäó- ñèëèòåëåì) ñîâìåùåí ñ îïòè÷åñêîé îñüþ êàáåëÿ è ìîæåò áûòü áûñòðî ñìîíòèðîâàí â îïòè÷åñêóþ öåïü: à) Êðèñòàëë, çàãåðìåòèçèðîâàííûé â ñòàíäàðòíîì êîðïóñå òèïà ÒÎ-18, ÒÎ-46, âñòàâëåí è îòúþñòèðîâàí â îïòè÷åñêîì ðàçúåìå òèïà ST, FC, SC, SMA è íåñòàíäàðò- íûõ ôèðìåííûõ (RSD, FSD, IBM, E-2000...). Íà ðèñ. 12, à èçîáðàæåí òàêîé ìîäóëü ñ ðàçúåìîì FC. Ïðè ñòûêîâêå ñ âîëîêîííîé ÷àñòüþ ðàçúåìà ïðîèñõîäèò ñî- âìåùåíèå âûïóêëîé ïîâåðõíîñòè ìèêðîëèíçû ñ îáðàáî- òàííûì òîðöîì îïòîâîëîêíà. á) Ñáîðêà òèïà "ïèã-òåéë". Ìåíåå óíèâåðñàëüíà, íî ïðè áëèçêîì ðàñïîëîæåíèè ïðèåìíèêà è ïåðåäàò÷èêà ñíèæàåò ïîòåðè â îïòè÷åñêîì òðàêòå çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ ÷èñëà ðàçúåìíûõ ñîåäèíåíèé. Íà ðèñ. 12, á ïîêàçàíà ñáîðêà, â êîòîðîé çàãåðìåòèçèðîâàííûé êîíåö âîëîêíà çàêðåïëåí âáëèçè èçëó÷àþùåé èëè ïðèåìíîé çîíû êðèñ- òàëëà. Äðóãîé êîíåö çàêàí÷èâàåòñÿ ñòàíäàðòíûì ðàçúå- ìîì ST. ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ 5 1 R1 R2 R3 R4 Uïèò Iïèò ð n 2 3 4 Ðèñ. 9. Ñõåìà óïðàâëåíèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêèì ìèêðî- õîëîäèëüíèêîì: 1 � äàò÷èê òåìïåðàòóðû; 2 � îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü; 3 � óïðàâëÿåìûé ãåíåðàòîð òîêà; 4 � òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ìèêðîîõëàäèòåëü; R1�R4 � ðåçèñòîðû ìîñòà 1 2 3à) á) 4 5 2 3 6 7 8 9 Ðèñ. 11. Êîíñòðóêöèÿ îïòè÷åñêîãî ïåðåäàò÷èêà ñ òåïëîâûìè ìèêðîòðóáàìè: à � âèä ñïåðåäè; á � âèä ñâåðõó (êðûøêà ñíÿòà) 1 � êîðïóñ; 2 � ïëîñêèå òåïëîâûå ìèêðîòðóáû; 3 � îõëàæ- äàþùèå ðåáðà; 4 � ýëåêòðè÷åñêèå âûâîäû; 5 � òåïëîïðî- âîäíàÿ ïå÷àòíàÿ ïëàòà ñ ýëåêòðîýëåìåíòàìè; 6 � êîíòðîëüíûé ôîòîäèîä; 7 � ëàçåðíûé ÷èï; 8 � îïòè÷åñêèé ðàçúåì; 9 � ïüåäåñòàë T Tîêð Ò Òîêð Êîðïóñ Òåïëîîòâîä Äèîä â á à Êîðïóñ Òåïëîîòâîä Äèîä ã ÒÝ Ì Î Ðèñ. 10. Äèàãðàììû ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû â ëàçåðíîì ìîäóëå: à � ìîíòàæ p�n-ïåðåõîäà ê òåïëîîòâîäó, á � ìîíòàæ ïîä- ëîæêîé íà òåïëîîòâîä; â � íåêà÷åñòâåííàÿ ïàéêà êðèñòàëëà íà òåïëîîòâîä ñ îáðàçîâàíèåì òåïëîâîãî çàçîðà; ã � ïðè èñïîëüçîâàíèè ÒÝÌÎ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 34 Äëÿ ðàññìîòðåííûõ ïðîñòåéøèõ êîíñòðóêöèé ìîäóëåé ÂÎËÑ ïðîáëåìû ýëåêòðîìàãíèòíîãî âçàè- ìîäåéñòâèÿ íå ÿâëÿþòñÿ ñóùåñòâåííûìè. 2.Ñïåöèàëüíûå ìåòàëëè÷åñêèå êîðïóñà. ×àùå âñåãî îíè èçãîòàâëèâàþòñÿ ñ ðàçúåìîì òèïà "ïèã-òåéë" ñ âûñîêîýôôåêòèâíûì ïîäêëþ÷åíèåì îï- òîâîëîêíà íåïîñðåäñòâåííî ê êðèñòàëëó èçëó÷àòåëÿ èëè ôîòîïðèåìíèêà. Ðåæå ðàçúåì óñòàíàâëèâàåòñÿ íà êîðïóñå. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ïëàñòìàññîâûìè ìåòàëëè÷åñêèå êîðïóñà áîëåå ýôôåêòèâíû ñ òî÷êè çðåíèÿ òåïëîîò- âîäà è èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ ýòîé öåëè ýëåìåíòîâ Ïåëü- òüå, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü èõ äëÿ áîëåå ìîùíûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ. Èçáûòî÷íîå êîëè÷åñòâî ìå- òàëëîñòåêëÿííûõ âûâîäîâ äàåò âîçìîæíîñòü â òîì æå êîðïóñå ðàçìåùàòü ñáîðêè ðàçëè÷íîé ñëîæíîñ- òè: ñ ýëåìåíòàìè Ïåëüòüå, ôîòîïðèåìíèêàìè îáðàò- íîé ñâÿçè, ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé îáðàáîòêè ñèãíàëà. Ïðè ýòîì âûâîäû ìîæíî ðàñïîëàãàòü âåðòèêàëüíî èëè ãîðèçîíòàëüíî (ðèñ. 12, â, ã). Ðàçìåùåíèå ïåðå- äàþùåãî è ïðèåìíîãî ìîäóëåé â îòäåëüíûõ ìåòàë- ëè÷åñêèõ êîðïóñàõ èñêëþ÷àåò èõ ýëåêòðîìàãíèòíîå âçàèìîäåéñòâèå [10]. Êîðïóñà èìåþò âûñîêóþ ñòîèìîñòü. 3.Îáúåäèíåííûé ïðèåìîïåðåäàò÷èê � òðàíñèâåð (transmitter + receiver). Ðàñøèðåíèå èñïîëüçîâàíèÿ îïòîýëåêòðîííûõ ìîäóëåé â êîìïüþòåðíûõ è òåëåôîííûõ ñåòÿõ ïðè- âåëî ê ñîâåðøåíñòâîâàíèþ è óäåøåâëåíèþ òåõíî- ëîãèè, ÷òî ïîçâîëèëî âûïóñêàòü áîëåå óäîáíûå ïðè- åìîïåðåäàþùèå ìîäóëè.  íèõ èñïîëüçóþòñÿ êîð- ïóñíûå ðàçúåìû SÒ, FC, SÑ (ðèñ. 12, ä, å) (íàèáî- ëåå óäîáíû â ýòîì ñëó÷àå äóïëåêñíûå ðàçúåìû SC). Ðàññòîÿíèå ìåæäó îñÿìè îïòè÷åñêèõ âõîäà è âûõî- äà ñîñòàâëÿåò 0,5 èëè 0,7 äþéìà. Âûñîòà ìîäóëÿ, êàê ïðàâèëî, íå ïðåâûøàåò 0,5 äþéìà. Âûâîäû âåð- òèêàëüíûå. Ìîäóëü ñîäåðæèò ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó äðàéâåðà è óñèëèòåëÿ�ôîðìèðîâàòåëÿ ëîãè÷åñêèõ óðîâíåé. Ìîæíî âûäåëèòü äâà òèïà êîíñòðóêòèâîâ: à) ìåõàíè÷åñêîå ñîåäèíåíèå ïðèåìíèêà è ïåðå- äàò÷èêà â îòäåëüíûõ êîðïóñàõ (ðèñ. 12, ä) [6]; á) ñáîðêà â åäèíîì êîðïóñå (òðàíñèâåð) ñ ýêðà- íàìè, ïðåïÿòñòâóþùèìè ýëåêòðîìàãíèòíîìó âëèÿíèþ äðàéâåðà íà óñèëèòåëü [11, 12] (ðèñ. 12, å). Äëÿ ïðèìåíåíèÿ â êîìïüþòåðíûõ ñåòÿõ êîðïóñà, êàê ïðàâèëî, ïîëèìåðíûå, ñ îòâåðñòèÿìè äëÿ âåíòè- ëÿöèè èëè áåç íèõ. Èçëó÷àòåëü è ôîòîïðèåìíèêè èñïîëüçóþòñÿ â ãåðìåòè÷íûõ êîðïóñàõ òèïà ÒÎ-18 è þñòèðóþòñÿ àíàëîãè÷íî êîíñòðóêöèè, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 6, á. Ïîñêîëüêó â íàèáîëåå ïîëíîì âèäå âñå êîíñò- ðóêòèâíî-òåïëîâûå ïðîáëåìû ñîñðåäîòî÷åíû â òðàíñèâåðå, ðàññìîòðèì ïóòè èõ ïðåîäîëåíèÿ áîëåå äåòàëüíî íà ïðèìåðå êîíñòðóèðîâàíèÿ ïîñëåäíèõ.  ðàçðàáîòàííîé êîíñòðóêöèè òðàíñèâåðà, âûïîëíåí- íîé â åäèíîì êîðïóñå, àíàëîãè÷íîì ïðèâåäåííîìó íà ðèñ. 12, å, ýëåìåíòû ñõåìû èçëó÷àòåëÿ è ôîòîïðèåìíèêà ðàñïîëîæåíû íà îäíîé ïëàòå è óäàëåíû îò êîðïóñîâ èç- ëó÷àòåëÿ è ôîòîïðèåìíèêà íà ðàññòîÿíèå 0,7 ñì. Îò èç- ëó÷àþùåãî è ôîòîïðèåìíîãî óçëîâ ê ïëàòå ïîäñîåäèíå- íû òðàâåðñû òîëùèíîé 150 ìêì. Ìåæäó ôîòîïðèåìíîé è ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ Ðèñ. 12. Êîíñòðóêöèè ìîäóëåé ÂÎËÑ ïåðåäàþùåé ÷àñòüþ ïå÷àòíîé ïëàòû óñòàíàâëèâàåòñÿ ìå- òàëëè÷åñêàÿ ïëàñòèíà, êîòîðàÿ ñëóæèò ýëåêòðîìàãíèò- íûì ýêðàíîì è òåïëîîòâîäîì. Äëÿ êîìïüþòåðíûõ ñåòåé äëèíîé äî 2 êì èç ìèêðî- ïðîöåññîðíûõ íàáîðîâ â ñòàíäàðòå FDDI óäîáíî èñïîëü- çîâàòü òðàíñèâåðû ñ SC-ðàçúåìàìè [9]. Ïîñêîëüêó â îä- íîì êîðïóñå ðàçìåùàþòñÿ ïåðåäàþùàÿ è ïðèåìíàÿ ñõå- ìû, âîçíèêàþò ïðîáëåìû ýëåêòðîìàãíèòíîé ñîâìåñòèìî- ñòè, êîòîðûå óñëîæíÿþòñÿ ñ ïðèìåíåíèåì ïëàò ñ îñîáî ïëîòíîé ïå÷àòüþ (ðàçìåðû ýëåìåíòîâ 15 ìêì). Âûõîä- íàÿ ìîùíîñòü ïåðåäàò÷èêà ñîñòàâëÿåò 15�20 äÁ, îïòè- ÷åñêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà äî 35 äÁ·ì. Ñêîðîñòíûå ìèêðîñõåìû ýìèòòåðíî-ñâÿçàííîé ëîãè- êè (ÝÑË) îáåñïå÷èâàþò ñêîðîñòè äî 1 Ãáèò/ñ, ÷òî ÿâëÿ- åòñÿ ïðåäåëîì òåõíîëîãèè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ íà êðåìíèè. Ïðè òàêèõ ñêîðîñòÿõ ÝÑË-ñèãíàëüíûå ëèíèè ïåðåäà÷è äîëæíû îáåñïå÷èâàòü èìïåäàíñû îò 50 äî 75 Îì äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ ñ èìïåäàíñàìè âíåøíèõ öåïåé âî èçáåæàíèå îòðàæåíèé. Ýòî äîñòèãàåòñÿ èñïîëüçîâàíèåì ñïåöèàëüíûõ RC-ôèëüòðîâ ìåæäó ñèãíàëüíûìè, ïèòàþ- ùèìè è "çåìëÿíûìè" øèíàìè. Äëèíà ñèãíàëüíûõ ÝÑË- øèí âûáèðàåòñÿ èç óñëîâèÿ èäåíòè÷íîñòè ôàç äèôôå- ðåíöèàëüíûõ ñèãíàëîâ: íå äîëæíî áûòü ñäâèãà ôàç, îáóñ- ëîâëåííîãî îïåðåæåíèåì âî âðåìåíè îäíîãî ñèãíàëà îòíîñèòåëüíîãî äðóãîãî. Äëÿ ýòîãî ñëåäóåò âûáèðàòü ñõå- ìó òàê, ÷òîáû íå äîïóñêàòü áîëüøèõ êîëåáàíèé òîêà ïè- òàíèÿ, à âûâîäû ïèòàíèÿ (øòûðè) äîëæíû îáåñïå÷èâàòü ìèíèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå. Âîçíèêàþùèå ïðè ýòîì ïî- ìåõè ôèëüòðóþòñÿ ñïåöèàëüíûìè êîíäåíñàòîðàìè, ðàç- ìåùàåìûìè íà ïå÷àòíûõ ïëàòàõ ìåæäó "çåìëåé" è øè- íîé ïèòàíèÿ. Íàèáîëüøåå èçìåíåíèå òîêà ïèòàíèÿ âîç- íèêàåò â ïåðåäàò÷èêå ïðè ãåíåðàöèè ëàçåðîì ñèãíàëüíî- ãî îïòè÷åñêîãî èìïóëüñà. Êðîìå ôèëüòðàöèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, äëÿ çàùèòû îò ïîìåõ, âîçíèêàþùèõ â ëèíèÿõ ïèòàíèÿ ëàçåðà, ïåðå- à) á) â) ã) ä) å) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2000, ¹ 2�3 35 äàþùàÿ ÷àñòü ìîäóëÿ ýêðàíèðóåòñÿ îò ïðèåìíîé ìåòàë- ëè÷åñêèì ýêðàíîì, êîòîðûé óäîáíî èñïîëüçîâàòü òàêæå êàê òåïëîîòâîä. Íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëüíîé ÷àñòüþ òðàíñè- âåðà ÿâëÿþòñÿ âõîäíûå öåïè óñèëåíèÿ ñèãíàëà ôîòîïðè- åìíèêà. Êàê ïðàâèëî, íåïîñðåäñòâåííî ðÿäîì ñ ôîòî- ïðèåìíèêîì ìîíòèðóåòñÿ òðàíçèñòîð ïåðâîãî êàñêàäà óñèëåíèÿ. ×àñòî ôîòîïðèåìíèê è òðàíçèñòîð èíòåãðè- ðóþòñÿ â ìîíîëèòíîé ñõåìå íà îñíîâå ãåòåðîýïèòàêñè- àëüíûõ ñòðóêòóð InP/InGaAsP. Êîíñòðóêòèâíî ôîòîïðèåìíûé óçåë ìîíòèðóåòñÿ â îäíîì áëîêå ñ SC-ðàçúåìîì, îò êîòîðîãî ê ïå÷àòíîé ïëà- òå èäåò âûñîêî÷àñòîòíûé âûâîä, ñîåäèíÿþùèé ïðåäóñè- ëèòåëü ñ âõîäîì ïîñëåäóþùåãî óñèëèòåëÿ-ôîðìèðîâà- òåëÿ ÝÑË-óðîâíÿ. Ïèòàíèå ôîòîïðèåìíîé ÷àñòè òðàíñè- âåðà òàêæå òùàòåëüíî ôèëüòðóåòñÿ è ïîäàåòñÿ ÷åðåç øòû- ðè, êîòîðûå âíóòðè íå ñâÿçàíû ãàëüâàíè÷åñêè äðóã ñ äðó- ãîì. ×åðåç âûõîäíûå òðàíçèñòîðû óñèëèòåëÿ-ôîðìèðî- âàòåëÿ âî âðåìÿ âûñîêîãî ïîòåíöèàëà ÝÑË-óðîâíÿ ïðî- òåêàåò òîê îêîëî 50 ìÀ, êîòîðûé ìîæåò âûçâàòü ïîìåõó, ïðèâîäÿùóþ ê âîçáóæäåíèþ êàñêàäà. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ âîçáóæäåíèÿ ê âûõîäíîé øèíå è ñîîòâåòñòâóþùåìó âû- âîäó ïîäñîåäèíÿåòñÿ âûñîêî÷àñòîòíûé êîíäåíñàòîð. Òà- êèì æå îáðàçîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ìîíòàæ îñîáî ÷óâñòâè- òåëüíîãî ê ïîìåõàì âõîäíîé öåïè ïðåäóñèëèòåëÿ ôîòî- ïðèåìíèêà. Íà òåïëîâîé ðåæèì òðàíñèâåðà íàèáîëüøåå âëèÿíèå îêàçûâàþò âûõîäíûå òðàíçèñòîðû äðàéâåðà è óñèëèòå- ëÿ-ôîðìèðîâàòåëÿ, ÷åðåç êîòîðûå ïðîõîäÿò ìàêñèìàëü- íûå òîêè 50�80 ìÀ. Âíóòðè òðàíñèâåðà îíè ðàçíåñåíû íà ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå ðàññòîÿíèå ïî äèàãîíàëè êîðïóñà. Òàêîå ðàñïîëîæåíèå óëó÷øàåò òåïëîâîé áàëàíñ, íî óâåëè÷èâàåò âåðîÿòíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíûõ íàâîäîê èç öåïè ëàçåðà íà âõîäíûå öåïè ôîòîïðèåìíîé ÷àñòè. Óñòðàíåíèå ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ äîñòèãàåòñÿ ýêðàíèðî- âàíèåì è òùàòåëüíûì âûáîðîì ôèëüòðîâ, êîòîðûå ìîíòè- ðóþòñÿ âäîëü ìîíòàæíûõ ïîëîñîê ïå÷àòíîé ïëàòû. Äëÿ óëó÷øåíèÿ òåïëîâîãî ðåæèìà âíóòðè îïòîýëåêò- ðîííîãî ìîäóëÿ ïåðñïåêòèâíî ïðèìåíåíèå ðàññìîòðåí- íûõ âûøå òåïëîâûõ òðóá, êîòîðûå ìîíòèðóþòñÿ íåïîñ- ðåäñòâåííî ìåæäó êîðïóñîì è ëàçåðíûì óçëîì èëè ìåæ- äó êîðïóñîì è ïå÷àòíîé ïëàòîé. *** Ïðîâåäåííûé àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî òåïëîâûå ïðîöåññû â ìèêðîëàçåðíûõ óñòðîéñòâàõ ïðåäñòàâ- ëÿþò ñîáîé ìíîãîôàêòîðíîå ÿâëåíèå, îïðåäåëÿå- ìîå êàê ïàðàìåòðàìè ëàçåðíîé ñòðóêòóðû, òàê è ñïî- ñîáîì îòâîäà îò íåå òåïëà â êîíñòðóêòèâíûõ âàðè- àíòàõ êîðïóñîâ ìèêðîëàçåðîâ è ëàçåðíûõ ìîäóëåé ÂÎËÑ. Òåïëîâûå è ýëåêòðîìàãíèòíûå ðåæèìû â îãðà- íè÷åííîì îáúåìå ìèêðîñáîðêè ìîäóëåé ÂÎËÑ, îñî- áåííî òðàíñèâåðîâ, îïðåäåëÿþòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì ïàðàìåòðàìè ìèêðîëàçåðîâ è âõîäíîãî êàñêàäà óñè- ëèòåëÿ ôîòîïðèåìíîãî óçëà, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ íàè- áîëåå êðèòè÷íûìè ýëåìåíòàìè êîíñòðóêöèé. Íà îñíîâàíèè èçëîæåííîãî âûøå ìîæíî îïðå- äåëèòü ñëåäóþùèå ðåêîìåíäàöèè ïî ñîçäàíèþ ìî- äóëåé ÂÎËÑ ñ óëó÷øåííûìè èíôîðìàöèîííûìè è ýêñïëóàòàöèîííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè: � óìåíüøåíèå òåïëîâûäåëåíèÿ â ëàçåðíîì êðèñ- òàëëå ïóòåì îïòèìèçàöèè åãî àòîìíîãî ñîñòàâà ñ ó÷å- òîì ìåõàíèçìîâ ïîãëîùåíèÿ è èñïóñêàíèÿ ôîòîíîâ; � ñîêðàùåíèå ïîòåðü îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè â òðàíñèâåðå ïóòåì îïòèìèçàöèè êîíñòðóêöèè ïîäñèñ- òåìû âûâîäà îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ â îïòîâîëîêíî; � ýôôåêòèâíûé îòâîä òåïëà îò ëàçåðà è äðóãèõ òåïëîâûäåëÿþùèõ ýëåìåíòîâ ïóòåì ïðèìåíåíèÿ ìèê- ðîîõëàäèòåëåé òèïà ÒÝÌÎ è òåïëîâûõ ìèêðîòðóá; � ââåäåíèå êîíòóðîâ óïðàâëåíèÿ (âêëþ÷àþùèõ äàò÷èêè ðàññîãëàñîâàíèÿ è íåçàâèñèìûå öåïè ñòà- áèëèçàöèè) îïòè÷åñêèì, ýëåêòðè÷åñêèì è òåïëîâûì ðåæèìàìè. Ïðîâåäåííûå òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëü- íûå èññëåäîâàíèÿ èñïîëüçîâàëèñü ïðè ðàçðàáîòêå è ïðîèçâîäñòâå ïðèåìîïåðåäàþùèõ ìîäóëåé ÂÎËÑ â íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêîì Öåíòðå îïòîýëåêòðîííûõ òåõíîëîãèé ÍÈÈ Ìèêðîïðèáîðîâ (ã. Êèåâ, òåë. 4347655, E-mail: osinsky@sabbo.net). ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Îñèíñêèé Â. È., Ëóãîâñêèé Â. Â., Íèêîëàåíêî Þ. Å. Ìèêðîëàçåðíûå òåõíîëîãèè � ñòðàòåãèÿ ðàäèî- ýëåêòðîíèêè è èíôîðìàöèîííîé òåõíèêè Óêðàèíû // Òåõ- íîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 1997.� ¹ 4.� Ñ. 12�16. 2. Îñèíñêèé Â. È., Îëåêñåíêî Ï. Ô., Ïàëàãèí À. Â. è äð. Ïðîáëåìû èíòåãðàöèè ñòðóêòóð ãåòåðîýëåêòðîíèêè ñ êðåìíèåâûìè ÈÑ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 1999.� ¹ 1.� Ñ. 3�17. 3. Ñèðîòà Í. Í., Îñèíñêèé Â. È. Âëèÿíèå òåìïåðà- òóðû íà êâàíòîâûé âûõîä ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷å- íèÿ ýëåêòðîííî-äûðî÷íûõ ïåðåõîäîâ â ôîñôèäå èíäèÿ /  ñá.: Õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü â ïîëóïðîâîäíèêàõ è òåðìî- äèíàìèêà.� Ìí.: Íàóêà è òåõíèêà, 1966. 4. Osinsky V., Winogradoff N. Excitation and tempe- rature dependence of bandedge photoluminescence in gal- lium arsenide / Phys. Rev. B.� 1971.� Vol. 31, N 10.� P. 3341�3346. 5. Osinsky V., Peshko A. Anomalous temperature de- pendence of recombination radiation of gallium arsenide // Phys. Status Solidi (a).� 1979.� Vol. 54.� P. 577�584. 6. Osinsky V. Optoelectronic properties of heteroge- neous semiconductors at superhigh time and space frequ- encies / Procåedings 5th International Symposium on Re- cent Advances in Microwave Technology.� Kiev, Sept. 1995, p. 433�436. 7. Âåðáèöêèé Â.Ã., Äçÿí À.Ñ. Ïëàçìåííîå òðàâëåíèå ñèëèöèäîâ è ïîëèöèäîâ òóãîïëàâêèõ ìåòàëëîâ //  ñá.: Ôèçèêî-òåõíîëîãè÷åñêèå âîïðîñû êèáåðíåòèêè. � Êèåâ: ÈÊ ÀÍ ÓÑÑÐ, 1984.� Ñ. 25�28. 8. Êàòàëîã ôèðìû OKI Electric Industry Co, Ltd.� 1995. 9. Íèêîëàåíêî Þ. Å., Êðàâåö Â. Þ. Èññëåäîâàíèå ðåæèìîâ òåìïåðàòóðíîé îáðàáîòêè ìåäíûõ îáîëî÷åê òåï- ëîâûõ ìèêðîòðóá // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2000.� ¹ 1.� Ñ. 19�22. 10. Ïðàêòè÷åñêîå ïîñîáèå ïî ó÷åáíîìó êîíñòðóèðî- âàíèþ ÐÝÀ / Â. Ò. Áåëèíñêèé, Â. Ï. Ãîíäþë, À. Á. Ãðî- çèí è äð. Ïîä ðåä. Ê. Á. Êðóêîâñêîãî-Ñèíåâè÷à, Þ. Ë. Ìàçîðà.� Ê. : Âèùà øêîëà, 1992. 11. Fiber Optic Components Operation. Hewlett-Pac- kard, Ltd.� 1995. 12. Âîðîíüêî À. À., Ìåðæâèíñêèé Ï. À. Ñõåìîòåõ- íèêà îïòîýëåêòðîííûõ òðàíñèâåðîâ äëÿ ñêîðîñòåé 155� 1250 Ìáèò/c / Ìàò-ëû 7-é Êðûìñêîé êîíô. «ÑÂ×-òåõ- íèêà è òåëåêîììóíèêàöèîííûå òåõíîëîãèè».� Ñåâàñ- òîïîëü, 1997, ò. 2, ñ. 409�412. 5* ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌΠÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ