文档介绍：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
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6~120nm。
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
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。
LED的频率特性
LED的频率响应曲线
τe =
τe =
τe =
调制频率f/MHz
频率响应
10 100 1000
10
P(f)