高职：《光纤通信原理》第十讲 发光二极管LED

第十讲发光二极管LED

第十讲 发光二极管LED

主要内容 发光二极管的工作原理 二、发光二极管的基本结构 发光二极管的工作特性

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(非相千光)。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,但光東 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 N型限制层 球透镜 有源层 环氧树脂 )层 P型限制层 波导层 有源层 微透镜 N层 发光区 (a)正面发光型 (b)侧面发光型

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

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 相强 △X=70nm 光 1300 波长/nm 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~ 50mm。长波长LED的谱线宽度为6~120nm

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6～120nm。 1300 波长/nm 相 对 光 强 Δλ=70nm

LED的光束空间分布 正面发光型的半功率点辐射角为 1200,侧面发光型的平行发射角为 1200,垂直发射角为250~35°。LED 与光纤的耦合效率一般低于10

LED的光束空间分布 正面发光型的半功率点辐射角为 120o ，侧面发光型的平行发射角为 120o ，垂直发射角为25o～35o 。LED 与光纤的耦合效率一般低于10%

LED的输出光功率特性 正面发光 发射 光功率 侧面发光 P/mw 0100200300400500 电流I/mA LED的一般外量子效率小于10%,驱动电流较小时,P-特性 呈线性,I过大时,由于N结发热产生饱和现象,使P-特性曲线 斜率减小。通常LED的工作电流为50~100mA,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uW

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50～100mA，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的频率特性 LED的频率响应为: H()=C=1/+(2r)2 P(O) 式中,∫为调制频率,P(O是对应于调制频率 的输出光功率,τ为少数载流子(电子)的寿命, 定义厂为发光二极管的截止频率,当 f=f (tTT) 时, H(O)= 最高调制频率应低于截止频率

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 1 1 (2 ) (0) ( ) ( ) f P P f H f = = + LED的频率特性 f P( f )  e c f (2 ) 1 e c f f   = = 2 H( f ) = 1

LED的频率响应曲线 10 e=1.Ius 频 te=2.1 us 率响 应 6.4 P(f) 100 1000 调制频率f/MHz

LED的频率响应曲线 τe = 1.1μs τe = 2.1μs τe = 6.4μs 调制频率f/MHz 频 率 响 应 10 100 1000 10 0.1 P(f)