1、第十講 發(fā)光二極管LED1 主要內(nèi)容一、發(fā)光二極管的工作原理二、發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)三、發(fā)光二極管的工作特性2 發(fā)光二極管的工作原理 LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層間，但沒(méi)有光學(xué)諧振腔，故無(wú)閾值。LED分為正面發(fā)光型和側(cè)面發(fā)光型，側(cè)面發(fā)光型LED的驅(qū)動(dòng)電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比正面發(fā)光型LED高。3 發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)球透鏡環(huán)氧樹脂P層有源層N層發(fā)光區(qū)(a)正面發(fā)光型微透鏡P型限制層有源層波導(dǎo)層N型限制層(b)側(cè)面發(fā)光型4 發(fā)光二極管的工作特性 光譜特性光束空間分布輸出光功率特性 頻率特

2、性 5 LED的光譜特性 發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒(méi)有光學(xué)諧振腔對(duì)波長(zhǎng)的選擇，譜線寬，短波長(zhǎng)LED譜線寬度為3050nm。長(zhǎng)波長(zhǎng)LED的譜線寬度為6120nm。 1300 波長(zhǎng)/nm相 對(duì)光強(qiáng)=70nm6 LED的輸出光功率特性正面發(fā)光側(cè)面發(fā)光電流I/mA 發(fā)射光功率 P/mw0 100 200 300 400 500 LED的一般外量子效率小于10%，驅(qū)動(dòng)電流較小時(shí)，P-I特性呈線性，I過(guò)大時(shí)，由于PN結(jié)發(fā)熱產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P-I特性曲線斜率減小。通常LED的工作電流為50100mA，輸出光功率為幾mW ，由于發(fā)光光束輻射角大，入纖光功率只有幾百W。7 LED 的頻率響應(yīng)為：式中， 為

3、調(diào)制頻率， 是對(duì)應(yīng)于調(diào)制頻率的輸出光功率， 為少數(shù)載流子（電子）的壽命，定義 為發(fā)光二極管的截止頻率，當(dāng) 時(shí)， 最高調(diào)制頻率應(yīng)低于截止頻率。 LED的頻率特性8 LED的頻率響應(yīng)曲線e = 1.1se = 2.1se = 6.4s調(diào)制頻率f/MHz 頻 率響應(yīng)10 100 1000100.1 P(f)9 LD和LED的一般性能比較 LD LED工作波長(zhǎng)/m1.3 1.55 1.3 1.55譜線寬度/nm12 13 50100 60120閾值電流Ith/mA2030 3060工作電流I/mA 50150 100150輸出功率P/mW 510 510 15 13入纖功率P/mW 13 130.10

4、.3 0.10.2 調(diào)制帶寬B/MHz5002000 5001000 50150 30100輻射角/（） 2030 2050 30120 30120壽命t/h106107 105106108 107工作溫度 / -2050 -2050 -2050 -205010 三、分布式反饋激光器DBF分布式反饋激光器的工作原理分布式反饋激光器的優(yōu)點(diǎn)分布式反饋激光器的一般性能11 分布反饋激光器工作原理 DBF激光器用靠近有源層沿長(zhǎng)度方向制作的周期性結(jié)構(gòu)（波紋狀）衍射光柵實(shí)現(xiàn)光反饋。衍射光柵的折射率為周期性變化，使有源層分布反饋。由有源曾層發(fā)出的光從一個(gè)方向向另一個(gè)方向傳播時(shí)，一部分在光柵波紋峰反射，另一部分繼續(xù)前進(jìn)，在鄰近的光柵波紋峰反射。若兩部分反射光相互疊加則產(chǎn)生更強(qiáng)反饋，而其他波長(zhǎng)的光將被抵消；雖然每個(gè)光柵波紋峰反射光不大，但整個(gè)光柵有成百上千的波紋峰，反饋光的總量足以產(chǎn)生激光振蕩。 12光柵的周期下式?jīng)Q定： 為材料有效折射率， 是布拉格波長(zhǎng)，m為衍射系數(shù)。在普通DBF激光器中，有兩個(gè)閾值最低、增益相同的縱摸，其波長(zhǎng)為： 為光柵長(zhǎng)度。在普通均勻光柵中，引入一個(gè)4的相移變換，使原來(lái)的波峰變波谷，可有效提高模式選擇性和穩(wěn)定性，實(shí)