最新光電檢測發(fā)光器件

1、第四章、發(fā)光與耦合器件第四章、發(fā)光與耦合器件通常把物體向外發(fā)射出可見光的現(xiàn)象稱為發(fā)光。通常把物體向外發(fā)射出可見光的現(xiàn)象稱為發(fā)光。但對(duì)光電技術(shù)領(lǐng)域來說，光輻射還包括紅外、紫外等不可見的但對(duì)光電技術(shù)領(lǐng)域來說，光輻射還包括紅外、紫外等不可見的頻段。頻段。 按激發(fā)方式的不同，發(fā)光可分按激發(fā)方式的不同，發(fā)光可分為為光致發(fā)光，化學(xué)發(fā)光、摩擦發(fā)光、光致發(fā)光，化學(xué)發(fā)光、摩擦發(fā)光、陰極射線致發(fā)光、電致發(fā)光陰極射線致發(fā)光、電致發(fā)光等等。等等。第一節(jié)、發(fā)光二極管第一節(jié)、發(fā)光二極管 它是一種它是一種，它是一個(gè)，它是一個(gè)pnpn結(jié)，當(dāng)結(jié)，當(dāng)pnpn結(jié)加上正向電結(jié)加上正向電壓時(shí)，結(jié)區(qū)勢壘降低，壓時(shí)，結(jié)區(qū)勢壘降低，p p區(qū)

2、的空穴往區(qū)的空穴往n n區(qū)擴(kuò)散，區(qū)擴(kuò)散，n n區(qū)電子往區(qū)電子往p p區(qū)擴(kuò)散，區(qū)擴(kuò)散，電子與空穴在電子與空穴在pnpn結(jié)區(qū)相遇復(fù)合釋放能量而發(fā)光。結(jié)區(qū)相遇復(fù)合釋放能量而發(fā)光。發(fā)光二極管發(fā)光二極管（ledled）按發(fā)光波長來分：按發(fā)光波長來分： 紅外發(fā)光二極管；紅外發(fā)光二極管； 可見光發(fā)光二極管可見光發(fā)光二極管 pn pn結(jié)加以正向電壓時(shí)，在結(jié)加以正向電壓時(shí)，在pnpn結(jié)附近稍偏于結(jié)附近稍偏于p p區(qū)一邊的地區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。輻相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。輻射光的波長決定于材料的禁帶射光的波長決定于材料的禁帶寬度寬度eg，即，即me.

3、g241 由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長的光。發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長的光。 (1)(1)屬于低電壓、小電流器件，在室溫下即可得到足夠的亮屬于低電壓、小電流器件，在室溫下即可得到足夠的亮度；度； (2)(2)發(fā)光響應(yīng)速度快發(fā)光響應(yīng)速度快(10-710-9s)； (3)(3)性能穩(wěn)定，壽命長性能穩(wěn)定，壽命長( (一般一般105小時(shí)以上小時(shí)以上) )； (4)(4)易于和集成電路匹配，且驅(qū)動(dòng)簡單；易于和集成電路匹配，且驅(qū)動(dòng)簡單； (5)(5)與普通光源相比，單色性好；與普通光源相比，單色性好； (6)(6)小

4、型、耐沖擊。小型、耐沖擊。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :功率較小、光色有限，較難獲得短波發(fā)光功率較小、光色有限，較難獲得短波發(fā)光( (如紫外、如紫外、藍(lán)色藍(lán)色) )，且發(fā)光效率低。，且發(fā)光效率低。 二、二、led的性能參數(shù)的性能參數(shù)用于顯示用于顯示的的ledled，使用，使用流明效率流明效率。 流明效率流明效率l：用人眼衡量的效率，它表示消耗單位電功率用人眼衡量的效率，它表示消耗單位電功率pi所所得到的光通量得到的光通量f。wlmpfil用于非顯示用于非顯示時(shí)，使用時(shí)，使用功率效率功率效率與與光學(xué)效率光學(xué)效率。功率效率功率效率p: :將輸入的電功率將輸入的電功率pi轉(zhuǎn)換成輻射的功率轉(zhuǎn)換成輻射的功率pe的效率

5、。的效率。光學(xué)效率光學(xué)效率o: :外量子效率外量子效率qe與內(nèi)量子效率與內(nèi)量子效率qi之比。之比。%100iepppqiqeo 內(nèi)量子效率內(nèi)量子效率qi: :輻射復(fù)合所產(chǎn)生的光子數(shù)輻射復(fù)合所產(chǎn)生的光子數(shù)nt1與激發(fā)時(shí)注入的電與激發(fā)時(shí)注入的電子孔穴對(duì)數(shù)子孔穴對(duì)數(shù)g之比。之比。 外量子效率外量子效率qe：射出的光子數(shù)：射出的光子數(shù)nt與注入的電子孔穴對(duì)數(shù)與注入的電子孔穴對(duì)數(shù)g之比。之比。gntqi1gntqe 量子效率量子效率是指注入載流子復(fù)合而產(chǎn)生的光量子效率。是指注入載流子復(fù)合而產(chǎn)生的光量子效率。 。 通過發(fā)光二極管的電流與加到二極管兩端電壓之間的關(guān)系，通過發(fā)光二極管的電流與加到二極管兩端電壓

6、之間的關(guān)系，稱為發(fā)光二極管的伏安特性。稱為發(fā)光二極管的伏安特性。 ut為開啟電壓。為開啟電壓。uut時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光。時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光。uut時(shí)，二時(shí)，二極管截止不發(fā)光。極管截止不發(fā)光。ut的大小與材料、工藝等因素有關(guān)。的大小與材料、工藝等因素有關(guān)。 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓一般在發(fā)光二極管的反向擊穿電壓一般在5v以上。以上。 這種性質(zhì)，這種性質(zhì)，對(duì)于采用脈沖驅(qū)對(duì)于采用脈沖驅(qū)動(dòng)的方式是很有利的，動(dòng)的方式是很有利的，它可它可以在平均電流與直流電流相以在平均電流與直流電流相等的情況下，獲得很高的亮等的情況下，獲得很高的亮度。度。 溫度對(duì)溫度對(duì)pnpn結(jié)的復(fù)合發(fā)光是結(jié)的復(fù)合發(fā)光是有影響的，在偏置

7、電壓不變的有影響的，在偏置電壓不變的情況下，結(jié)溫升高到一定程度情況下，結(jié)溫升高到一定程度后，電流將變小，發(fā)光亮度減后，電流將變小，發(fā)光亮度減弱，電流與溫度的關(guān)系大致如弱，電流與溫度的關(guān)系大致如上圖所示。上圖所示。 發(fā)光二極管的壽命都很長，在電流密度發(fā)光二極管的壽命都很長，在電流密度j1a/cm2的的情況下，一般可達(dá)情況下，一般可達(dá)106h，最長可達(dá)，最長可達(dá)109h 。 電流密度對(duì)二極管的壽命是有影響的，電流密度對(duì)二極管的壽命是有影響的，電流密度大時(shí)，電流密度大時(shí)，發(fā)光亮度高，壽命就會(huì)很快縮短。發(fā)光亮度高，壽命就會(huì)很快縮短。 指發(fā)光二極管啟亮與熄滅時(shí)的時(shí)間延遲。指發(fā)光二極管啟亮與熄滅時(shí)的時(shí)間延

8、遲。 發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間很短，一般只有幾納秒至幾發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間很短，一般只有幾納秒至幾十納秒。十納秒。 當(dāng)利用脈沖電流去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，應(yīng)考慮到脈當(dāng)利用脈沖電流去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，應(yīng)考慮到脈沖寬度、占空比與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。沖寬度、占空比與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。三、發(fā)光二極管的應(yīng)用及使用要點(diǎn)三、發(fā)光二極管的應(yīng)用及使用要點(diǎn)數(shù)字、文字、圖像顯示；數(shù)字、文字、圖像顯示；指示、照明；指示、照明；光源；光源；光電開關(guān)、報(bào)警、遙控、耦合；光電開關(guān)、報(bào)警、遙控、耦合；開啟電壓開啟電壓 發(fā)光二極管的電特性和溫度特性都與普通的硅、鍺二極管類發(fā)光二極管的電特性和溫度特性都與普通的硅、鍺二極管類似。只是正向開啟電

9、壓一般都比普通的硅、鍺二極管大些，而似。只是正向開啟電壓一般都比普通的硅、鍺二極管大些，而且因品種而異。且因品種而異。溫度特性溫度特性 利用發(fā)光二極管和硅的受光器件進(jìn)行組合使用時(shí)，應(yīng)注意利用發(fā)光二極管和硅的受光器件進(jìn)行組合使用時(shí)，應(yīng)注意到二者的溫度特性是相反的。到二者的溫度特性是相反的。 溫度升高時(shí)，發(fā)光二極管的電光轉(zhuǎn)換效率變小，亮度減弱溫度升高時(shí)，發(fā)光二極管的電光轉(zhuǎn)換效率變小，亮度減弱。而而硅的受光器件，光電轉(zhuǎn)換效率卻是增加的硅的受光器件，光電轉(zhuǎn)換效率卻是增加的。所以使用時(shí)，應(yīng)。所以使用時(shí)，應(yīng)把二者放到一起考慮，注意其組合后的整體溫度特性。把二者放到一起考慮，注意其組合后的整體溫度特性。 發(fā)

10、光二極管一般都帶有圓頂?shù)牟ＡТ?，?dāng)利用它和受光器件發(fā)光二極管一般都帶有圓頂?shù)牟ＡТ?，?dāng)利用它和受光器件組合時(shí)，應(yīng)注意到這一結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。發(fā)光管與受光管二者對(duì)組合時(shí)，應(yīng)注意到這一結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。發(fā)光管與受光管二者對(duì)得不準(zhǔn)時(shí)，效果會(huì)變得很差。得不準(zhǔn)時(shí)，效果會(huì)變得很差。1 1、ledled的缺點(diǎn)是（）的缺點(diǎn)是（） a a、發(fā)光效率低、發(fā)光效率低 b b、性能穩(wěn)定，壽命長、性能穩(wěn)定，壽命長 c c、小型、小型 d d、響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快2 2、ledled的優(yōu)點(diǎn)（的優(yōu)點(diǎn)（） a a、壽命短、壽命短 b b、體積小、體積小 c c、功耗大、功耗大 d d、發(fā)光效率高、發(fā)光效率高3 3、發(fā)光二極管的工作條

11、件是（、發(fā)光二極管的工作條件是（） a a、加熱、加熱 b b、加正向偏壓、加正向偏壓 c c、加反向偏壓、加反向偏壓 d d、光照、光照 第二節(jié)、激光器第二節(jié)、激光器 激光器是一種新型光源，和鎢絲燈等常見光源相比，有許激光器是一種新型光源，和鎢絲燈等常見光源相比，有許多突出的特點(diǎn)，例如，多突出的特點(diǎn)，例如，激光的發(fā)散角很小，只有幾毫弧，激光束幾乎就是激光的發(fā)散角很小，只有幾毫弧，激光束幾乎就是一條直線。一條直線。一、激光的產(chǎn)生一、激光的產(chǎn)生 原子在兩個(gè)能級(jí)之間躍遷有三原子在兩個(gè)能級(jí)之間躍遷有三種情況，設(shè)種情況，設(shè)e1為基態(tài)，為基態(tài)，e2為激發(fā)態(tài)。為激發(fā)態(tài)。這二能態(tài)之間的任何躍遷都伴隨著這二能

12、態(tài)之間的任何躍遷都伴隨著發(fā)射或吸收頻率為發(fā)射或吸收頻率為12的光子。的光子。1212eeh 吸收過程：吸收過程：常溫下大部分原子處于基態(tài)。常溫下大部分原子處于基態(tài)。如過能量如過能量正好等于正好等于h12的光子碰擊此系統(tǒng)時(shí)，處于基態(tài)的原子會(huì)吸收光的光子碰擊此系統(tǒng)時(shí)，處于基態(tài)的原子會(huì)吸收光子而進(jìn)入激發(fā)態(tài)。子而進(jìn)入激發(fā)態(tài)。 自發(fā)發(fā)射過程：自發(fā)發(fā)射過程：原子在激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，在沒原子在激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，在沒有任何外界刺激的條件下，有自發(fā)返回基態(tài)的趨勢，并放出能有任何外界刺激的條件下，有自發(fā)返回基態(tài)的趨勢，并放出能量為量為h12的光子。的光子。 受激輻射過程：受激輻射過程：當(dāng)能量為當(dāng)能量為h12的入射

13、光子激勵(lì)已處的入射光子激勵(lì)已處于激發(fā)態(tài)的原子后，原子因受激而躍回基態(tài)，并于激發(fā)態(tài)的原子后，原子因受激而躍回基態(tài)，并。 在激光物質(zhì)中，外來的光子在激光物質(zhì)中，外來的光子h12可以引起激發(fā)態(tài)原子可以引起激發(fā)態(tài)原子的受激輻射，但也可能被基態(tài)原子所吸收，這兩個(gè)過程是的受激輻射，但也可能被基態(tài)原子所吸收，這兩個(gè)過程是同時(shí)存在的，且受激輻射與吸收的幾率可能具有相同的數(shù)同時(shí)存在的，且受激輻射與吸收的幾率可能具有相同的數(shù)量級(jí)。在常溫下基態(tài)原子比激發(fā)態(tài)原子多得多，故總吸收量級(jí)。在常溫下基態(tài)原子比激發(fā)態(tài)原子多得多，故總吸收多于總發(fā)射。多于總發(fā)射。要產(chǎn)生激光，必須使總發(fā)射率大于總吸收率要產(chǎn)生激光，必須使總發(fā)射率大于

14、總吸收率。 要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占優(yōu)勢，就必須從外部給要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占優(yōu)勢，就必須從外部給工作物質(zhì)輸入能量，使處于激發(fā)態(tài)的載流子多于基態(tài)的載流子，工作物質(zhì)輸入能量，使處于激發(fā)態(tài)的載流子多于基態(tài)的載流子，也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來，稱之為分布反轉(zhuǎn)狀態(tài)也就是把載流子的正常分布倒轉(zhuǎn)過來，稱之為分布反轉(zhuǎn)狀態(tài)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）。（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）。 分布反轉(zhuǎn)的方法有：分布反轉(zhuǎn)的方法有： 固體激光器固體激光器多采用光譜適當(dāng)?shù)膹?qiáng)光對(duì)激光物質(zhì)進(jìn)行照射；多采用光譜適當(dāng)?shù)膹?qiáng)光對(duì)激光物質(zhì)進(jìn)行照射； 氣體激光器氣體激光器多采用使氣體電離的方法；多采用使氣體電離的方法； 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器多采用注

15、入載流子的方法，使處于基態(tài)的多采用注入載流子的方法，使處于基態(tài)的原子躍遷到激發(fā)態(tài)，并隨著受激輻射的損耗，不斷地補(bǔ)充高能原子躍遷到激發(fā)態(tài)，并隨著受激輻射的損耗，不斷地補(bǔ)充高能原子。原子。 為了使發(fā)射光具有激光的特點(diǎn)，還必須產(chǎn)生為了使發(fā)射光具有激光的特點(diǎn)，還必須產(chǎn)生“振蕩振蕩”。產(chǎn)。產(chǎn)生振蕩的方法是在激光物質(zhì)的兩側(cè)放置相互平行的反射面，這生振蕩的方法是在激光物質(zhì)的兩側(cè)放置相互平行的反射面，這種反射面組稱為種反射面組稱為共振腔共振腔。 自發(fā)發(fā)射的方向不與共振腔軸線平行的光子將被反射出自發(fā)發(fā)射的方向不與共振腔軸線平行的光子將被反射出腔外，而平行的自發(fā)發(fā)射光子才能促使形成受激輻射。也就腔外，而平行的自發(fā)

16、發(fā)射光子才能促使形成受激輻射。也就是說，這些與腔軸平行的光子在腔內(nèi)兩個(gè)反射面上來回反射，是說，這些與腔軸平行的光子在腔內(nèi)兩個(gè)反射面上來回反射，反復(fù)地通過工作物質(zhì)，依靠受激輻射，光子每通過一次工作反復(fù)地通過工作物質(zhì)，依靠受激輻射，光子每通過一次工作物質(zhì)便得到一次增益，使光子數(shù)不斷增長，所以物質(zhì)便得到一次增益，使光子數(shù)不斷增長，所以共振腔是產(chǎn)共振腔是產(chǎn)生激光的又一必要條件。生激光的又一必要條件。 如果光子在腔內(nèi)來回一次所如果光子在腔內(nèi)來回一次所感生出來的光子數(shù)比損耗掉的多感生出來的光子數(shù)比損耗掉的多得多，便可產(chǎn)生激光振蕩。得多，便可產(chǎn)生激光振蕩。 同時(shí)光子在兩個(gè)反射面之間同時(shí)光子在兩個(gè)反射面之間來

17、回反射形成了兩列相反方向傳來回反射形成了兩列相反方向傳播的波，播的波，只有這兩列波疊加而在只有這兩列波疊加而在腔內(nèi)形成駐波時(shí)，這種振蕩才是腔內(nèi)形成駐波時(shí)，這種振蕩才是穩(wěn)定的穩(wěn)定的。 。即：。即：nml2 激光器一般是由激光器一般是由組成。組成。二、氦氖激光器二、氦氖激光器 氦氖激光器的工作物質(zhì)是氦氖混合氣體，利用氣體電離的氦氖激光器的工作物質(zhì)是氦氖混合氣體，利用氣體電離的方法使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。方法使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。主要發(fā)光物質(zhì)是氖氣主要發(fā)光物質(zhì)是氖氣。 氦氖激光器能夠發(fā)出三種波長的譜線：氦氖激光器能夠發(fā)出三種波長的譜線： 632.8nm： （桔紅色）最常用；（桔紅色）最常用； 1.15m； 3.39m

18、； 顏色非常純，相干長度達(dá)幾十千米。顏色非常純，相干長度達(dá)幾十千米。 ，光束發(fā)散角很小，只有幾毫弧度，激光束幾，光束發(fā)散角很小，只有幾毫弧度，激光束幾乎是一條直線。乎是一條直線。 。 ，輸出光功率可達(dá)，輸出光功率可達(dá)0.3mw15mw以上。從結(jié)構(gòu)上分：以上。從結(jié)構(gòu)上分： 全外腔激光器全外腔激光器： 優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)是：輸出線偏振光；反射鏡可以隨時(shí)調(diào)整，適于：輸出線偏振光；反射鏡可以隨時(shí)調(diào)整，適于多種實(shí)驗(yàn)要求；受溫度影響較小多種實(shí)驗(yàn)要求；受溫度影響較小。 缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是：經(jīng)常需要調(diào)整，而調(diào)整技術(shù)又比較復(fù)雜，因：經(jīng)常需要調(diào)整，而調(diào)整技術(shù)又比較復(fù)雜，因而使用不便。而使用不便。 全內(nèi)腔激光器全內(nèi)腔激光器： 優(yōu)

19、點(diǎn)是優(yōu)點(diǎn)是：使用時(shí)不需要調(diào)整諧振腔，使用方便。：使用時(shí)不需要調(diào)整諧振腔，使用方便。 缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是：腔管受溫度影響較大，輸出不穩(wěn)定。：腔管受溫度影響較大，輸出不穩(wěn)定。 半內(nèi)腔激光器半內(nèi)腔激光器： 它具有上述兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。它具有上述兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。三、半導(dǎo)體激光器三、半導(dǎo)體激光器 電子束激勵(lì)的半導(dǎo)體激光器電子束激勵(lì)的半導(dǎo)體激光器 注入式半導(dǎo)體激光器注入式半導(dǎo)體激光器 小功率半導(dǎo)體激光器小功率半導(dǎo)體激光器大功率半導(dǎo)體激光器大功率半導(dǎo)體激光器pnpn結(jié)型二極管注入式激光器結(jié)型二極管注入式激光器 半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料。p-np-n結(jié)就是激活介結(jié)就是激活

20、介質(zhì)，與結(jié)平面垂直的兩個(gè)對(duì)應(yīng)的晶體解理面（拋光面）構(gòu)成了質(zhì)，與結(jié)平面垂直的兩個(gè)對(duì)應(yīng)的晶體解理面（拋光面）構(gòu)成了諧振腔。其余的前后兩面是粗糙的，用來消除主要方向以外的諧振腔。其余的前后兩面是粗糙的，用來消除主要方向以外的激光作用。當(dāng)激光作用。當(dāng)p-np-n結(jié)正向注入電流時(shí)，則可激發(fā)激光。結(jié)正向注入電流時(shí)，則可激發(fā)激光。 注入式半導(dǎo)體激光器的工作過程是，注入式半導(dǎo)體激光器的工作過程是，加外電源加外電源使使pnpn結(jié)進(jìn)行結(jié)進(jìn)行正偏置。正向電流達(dá)到一定程度時(shí)，正偏置。正向電流達(dá)到一定程度時(shí)，pnpn結(jié)區(qū)即發(fā)生導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)結(jié)區(qū)即發(fā)生導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這時(shí)，導(dǎo)帶中的電子會(huì)有一部分發(fā)生。

21、這時(shí)，導(dǎo)帶中的電子會(huì)有一部分發(fā)生輻射躍輻射躍遷遷，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生自發(fā)輻射自發(fā)輻射。自發(fā)輻射出來的光，是無方向性的。自發(fā)輻射出來的光，是無方向性的。但其中總會(huì)有一部分光是沿著但其中總會(huì)有一部分光是沿著諧振腔腔軸方向傳播諧振腔腔軸方向傳播的，往返于的，往返于半導(dǎo)體之間。通過這種半導(dǎo)體之間。通過這種光子的誘導(dǎo)光子的誘導(dǎo)，即可使導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生，即可使導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生受激輻射受激輻射（光放大）。受激輻射出來的光子又會(huì)（光放大）。受激輻射出來的光子又會(huì)進(jìn)一步去誘導(dǎo)進(jìn)一步去誘導(dǎo)導(dǎo)帶中的其它電子產(chǎn)生受激輻射。如此下去，在諧振腔中即形導(dǎo)帶中的其它電子產(chǎn)生受激輻射。如此下去，在諧振腔中即形成了光振蕩，從諧振

22、腔兩端發(fā)射出激光。只要外電源不斷的向成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。只要外電源不斷的向pnpn結(jié)注入電子，導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就會(huì)繼續(xù)下去，受結(jié)注入電子，導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就會(huì)繼續(xù)下去，受激輻射即可不停地發(fā)生，這就是注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過激輻射即可不停地發(fā)生，這就是注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過程。程。激光閾值激光閾值 閾值：閾值：在激光器中，要維持激光振蕩，不僅需要使光子的在激光器中，要維持激光振蕩，不僅需要使光子的生產(chǎn)速率超過吸收速率，而且還要超過光子在結(jié)區(qū)的損耗率。生產(chǎn)速率超過吸收速率，而且還要超過光子在結(jié)區(qū)的損耗率。這種這種剛好低償吸收與損耗的光子生產(chǎn)率叫閾值剛好低償吸收

23、與損耗的光子生產(chǎn)率叫閾值。激光器長度激光器長度ll越大，閾值電流越?。辉酱?，閾值電流越??；結(jié)區(qū)表面的透過損耗結(jié)區(qū)表面的透過損耗該損耗越大，閾值電流越大；該損耗越大，閾值電流越大；激光器的表面反射率激光器的表面反射率反射率越大，閾值電流越小；反射率越大，閾值電流越?。粶囟葴囟乳撝惦娏麟S溫度的升高而增大閾值電流隨溫度的升高而增大；影響閾值的因素：影響閾值的因素： 半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較高半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較高，由于激光器工作時(shí)，由于激光器工作時(shí)需要的電流很大，電流通過結(jié)和串聯(lián)電阻時(shí)，將使結(jié)的溫度需要的電流很大，電流通過結(jié)和串聯(lián)電阻時(shí)，將使結(jié)的溫度上升，這又導(dǎo)致閾值電流上升。所以閾值電

24、流很高的激光器，上升，這又導(dǎo)致閾值電流上升。所以閾值電流很高的激光器，以降低平均熱損耗。以降低平均熱損耗。頻譜分布頻譜分布 結(jié)型激光器的頻譜分布取決于組成激光器結(jié)型激光器的頻譜分布取決于組成激光器半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料。適當(dāng)選擇有激光作用的半導(dǎo)體材料，可以得到不同的激光波長。適當(dāng)選擇有激光作用的半導(dǎo)體材料，可以得到不同的激光波長。 根據(jù)材料及結(jié)構(gòu)的不同，目前半導(dǎo)體激光器的波長為根據(jù)材料及結(jié)構(gòu)的不同，目前半導(dǎo)體激光器的波長為0.33m44m。 優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、效率高、壽命長、使用方便。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、效率高、壽命長、使用方便。 1、發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，基本上是正比于（、發(fā)光二極管的發(fā)

25、光亮度，基本上是正比于（ ）。）。2、氦氖激光器以（、氦氖激光器以（ ）電源驅(qū)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上分（）電源驅(qū)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上分（ ）（）（ ）（）（ ）激光器。激光器。3、發(fā)光二極管將（）能轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǎ┠?、發(fā)光二極管將（）能轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǎ┠?。 1、半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理、半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理 2、應(yīng)用發(fā)光二極管時(shí)注意哪些要點(diǎn)？、應(yīng)用發(fā)光二極管時(shí)注意哪些要點(diǎn)？ 3、激光的產(chǎn)生有哪些條件？、激光的產(chǎn)生有哪些條件？ 4、簡述注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過程。、簡述注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過程。 5、使用半導(dǎo)體激光器時(shí)以什么方式（連續(xù)或脈沖）驅(qū)動(dòng)、使用半導(dǎo)體激光器時(shí)以什么方式（連續(xù)或脈沖）驅(qū)動(dòng)為宜？為宜？如圖

26、所示發(fā)光二極管應(yīng)用電路，已知如圖所示發(fā)光二極管應(yīng)用電路，已知vcc=5v，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓uf=2v，工作電流，工作電流if=15ma，計(jì)算限流電阻，計(jì)算限流電阻r。第三節(jié)、光電耦合器件第三節(jié)、光電耦合器件 它是將它是將和和密封裝在一起形成的密封裝在一起形成的器件。由于輸入邊和輸出邊是用光來耦合的，在電性能上完器件。由于輸入邊和輸出邊是用光來耦合的，在電性能上完全是隔離的。由于這種器件是一個(gè)全是隔離的。由于這種器件是一個(gè)利用光耦合做成的電信號(hào)傳利用光耦合做成的電信號(hào)傳輸器件，所以一般稱為輸器件，所以一般稱為光電耦合器件光電耦合器件。 光電耦合器的結(jié)構(gòu)有光電耦合器的結(jié)構(gòu)有和

27、和兩種。兩種。金屬密封型：采用金屬外殼和玻璃絕緣的結(jié)構(gòu)，在其中心裝金屬密封型：采用金屬外殼和玻璃絕緣的結(jié)構(gòu)，在其中心裝片，采用環(huán)焊以保證發(fā)光管和光敏管對(duì)準(zhǔn)，以此來提高靈敏度。片，采用環(huán)焊以保證發(fā)光管和光敏管對(duì)準(zhǔn)，以此來提高靈敏度。 塑料密封型：采用雙立直插式塑料封裝的結(jié)構(gòu)。管芯先裝于塑料密封型：采用雙立直插式塑料封裝的結(jié)構(gòu)。管芯先裝于管腳上，中間用透明樹脂固定，具有集光作用，故這種結(jié)構(gòu)的管腳上，中間用透明樹脂固定，具有集光作用，故這種結(jié)構(gòu)的光電耦合器的靈敏度較高光電耦合器的靈敏度較高 。 圖圖 a a 組合形式，結(jié)構(gòu)簡組合形式，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，通常用于單、成本低，通常用于 50khz 50k

28、hz 以下工作頻率的裝以下工作頻率的裝置內(nèi)。置內(nèi)。圖圖 b b 為采用高速開關(guān)管為采用高速開關(guān)管構(gòu)成的高速光電耦合器，構(gòu)成的高速光電耦合器，用于較高頻率的裝置中。用于較高頻率的裝置中。 圖圖 c c 的組合形式采用了的組合形式采用了放大三極管構(gòu)成的高傳輸效放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器，用于直接率的光電耦合器，用于直接驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中。驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中。 圖圖 d d 為采用固體功能器為采用固體功能器件構(gòu)成的高速、高傳輸效率件構(gòu)成的高速、高傳輸效率的光電耦合器。的光電耦合器。 。 。 ，具有一般固體器件的，具有一般固體器件的、傳輸特性、傳輸特性 在在直流直流工作狀態(tài)下，光電

29、耦合器件的集電極電流工作狀態(tài)下，光電耦合器件的集電極電流ic與發(fā)光二與發(fā)光二極管的注入電流極管的注入電流if之比，稱為光電耦合器件的之比，稱為光電耦合器件的直流電流傳輸比直流電流傳輸比，用用表示。表示。%100fciifici 工作點(diǎn)選擇在輸出特性的不工作點(diǎn)選擇在輸出特性的不同位置，同位置，就不同。在傳送小信就不同。在傳送小信號(hào)時(shí)，用號(hào)時(shí)，用交流電流傳輸比交流電流傳輸比來表示。來表示。%100fcii 對(duì)于輸出特性較好的光電耦合器件，有對(duì)于輸出特性較好的光電耦合器件，有if曲線曲線的典型溫度特性曲線的典型溫度特性曲線 輸入輸入輸出間絕緣耐壓與發(fā)光二極管和光敏三極管之間輸出間絕緣耐壓與發(fā)光二極管

30、和光敏三極管之間的的距離距離有關(guān)，當(dāng)二者距離增大時(shí)，絕緣耐壓提高（但電流傳輸有關(guān)，當(dāng)二者距離增大時(shí)，絕緣耐壓提高（但電流傳輸比降低）。比降低）。 輸入輸入輸出間絕緣電阻一般在輸出間絕緣電阻一般在1091013之間，該電阻之間，該電阻越大，隔離性能越好，但電流傳輸比降低。越大，隔離性能越好，但電流傳輸比降低。 當(dāng)輸入當(dāng)輸入輸出間的寄生電容增大時(shí)，光電耦合器的工作輸出間的寄生電容增大時(shí)，光電耦合器的工作頻率下降，也能使其共模抑制比頻率下降，也能使其共模抑制比cmrr下降，故后面系統(tǒng)的噪下降，故后面系統(tǒng)的噪音容易反饋到前面系統(tǒng)中。對(duì)于一般的光電耦合器件，其寄生音容易反饋到前面系統(tǒng)中。對(duì)于一般的光電耦

31、合器件，其寄生電容僅僅為幾個(gè)電容僅僅為幾個(gè)pf，一般在中頻范圍內(nèi)不會(huì)影響電路的正常工，一般在中頻范圍內(nèi)不會(huì)影響電路的正常工作。作。 隨著頻率的增高，雖然隨著頻率的增高，雖然輸入信號(hào)的幅度不變，而輸輸入信號(hào)的幅度不變，而輸出幅度卻下降了，當(dāng)輸出電出幅度卻下降了，當(dāng)輸出電壓相對(duì)幅值降至壓相對(duì)幅值降至0.707時(shí)，時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率稱為光電耦合所對(duì)應(yīng)的頻率稱為光電耦合器件的最高工作頻率器件的最高工作頻率fm(或或）。）。 最大工作頻率也會(huì)隨著最大工作頻率也會(huì)隨著外電路負(fù)載的變化而改變。外電路負(fù)載的變化而改變。 脈沖上升時(shí)間脈沖上升時(shí)間tr和和下降時(shí)間下降時(shí)間tf隨著負(fù)載電隨著負(fù)載電阻的減小而減小。阻的

32、減小而減小。 光電耦合器件的輸入阻抗很低，光電耦合器件的輸入阻抗很低，一般為，一般為101k；而干擾源的內(nèi)阻一般都很大而干擾源的內(nèi)阻一般都很大，為，為103106 。按一般分壓比的。按一般分壓比的原理來計(jì)算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲就變?cè)韥碛?jì)算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲就變得很小了；得很小了； 由于一般干擾源的內(nèi)阻都很大，雖然也能提供較大的干擾由于一般干擾源的內(nèi)阻都很大，雖然也能提供較大的干擾電壓，但電壓，但可供出的能量卻很小可供出的能量卻很小，只能形成微弱的電流。而光電，只能形成微弱的電流。而光電耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定電流時(shí)才能發(fā)光。耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定電流