发光二极管LED.ppt

第十讲发光二极管 LED 主要内容一、发光二极管的工作原理二、发光二极管的基本结构三、发光二极管的工作特性发光二极管的工作原理 LED 发射的是自发辐射光(非相干光)。大多采用双异质结结构,把有源层夹在 P 型和 N 型限制层间,但没有光学谐振腔,故无阈值。 LED 分为正面发光型和侧面发光型,侧面发光型 LED 的驱动电流较大,输出光功率小,但光束发射角小,与光纤的耦合效率高,故入纤光功率比正面发光型 LED 高。发光二极管的基本结构 L 球透镜环氧树脂 P层有源层 N层发光区(a)正面发光型微透镜 P型限制层有源层波导层 N型限制层(b)侧面发光型发光二极管的工作特性?光谱特性?光束空间分布?输出光功率特性?频率特性 LED 的光谱特性发光二极管发射的是自发辐射光,没有光学谐振腔对波长的选择,谱线宽,短波长 LED 谱线宽度为 30~50nm 。长波长 LED 的谱线宽度为 6~120 nm 。 1300 波长/nm 相对光强Δλ=70nm LED 的输出光功率特性正面发光侧面发光电流 I/mA 发射光功率 P/mw 0 100 200 300 400 500 LED 的一般外量子效率小于 10% ,驱动电流较小时, P-I 特性呈线性, I 过大时,由于 PN 结发热产生饱和现象,使 P-I 特性曲线斜率减小。通常 LED 的工作电流为 50~100 mA, 输出光功率为几 mW,由于发光光束辐射角大,入纤光功率只有几百μW。 LED 的频率响应为: 式中, 为调制频率, 是对应于调制频率的输出光功率, 为少数载流子(电子)的寿命, 定义为发光二极管的截止频率,当时, 最高调制频率应低于截止频率。 2)2(11)0( )()(??fP fPfH??? LED 的频率特性 f )(fP e? cf)2( 1 e cff ????2 1)(?fH LED 的频率响应曲线τe = μsτe = μsτe = μs 调制频率 f/MHz 频率响应10 100 1000 P(f) LD 和 LED 的一般性能比较 LDLED 工作波长λ/ 谱线宽度Δλ/nm 1~2 1 ~350~100 60 ~120 阈值电流 I th/mA20~30 30 ~60 工作电流 I/mA50~150 100 ~150 输出功率 P/mW5~10 5 ~10 1~5 1 ~3 入纤功率 P/mW1~3 1 ~ ~ ~ 调制带宽 B/MHz 500 ~2000 500 ~1000 50~150 30 ~100 辐射角θ/(°)20×30 20 ×5030×120 30 ×120 寿命 t/h10 6~10 7 10 5~10 610 8 10 7 工作温度 /℃-20 ~50 -20 ~50-20 ~50 -20 ~50