半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)課件

1、第三章 光 源3.1 基礎(chǔ)知識3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）3.4 半導(dǎo)體激光器（LD）與發(fā)光二極管（LED）的比較第1頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識1. 光子的概念已經(jīng)證明光具有波粒二象性。在傳播特性方面，表現(xiàn)出波動性。如反射、偏振等現(xiàn)象；在與物質(zhì)相互作用時，又表現(xiàn)出粒子性。如黑體輻射、光電效應(yīng)中表現(xiàn)出的粒子所具有的動量和能量性質(zhì)。在光量子學(xué)說中，光波看作是由量子化的微粒組成的電磁場，這些量子化的微粒稱為光量子，即光子。一個光子能量E為式（3-1）中，h為普朗克常數(shù)（ （焦耳秒），f為光波頻率。下一頁返回 （3-1）第2頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識2. 電注

2、入半導(dǎo)體發(fā)光（1）原子能級物質(zhì)是由原子組成，而原子是由原子核和核外電子構(gòu)成。原子有不同穩(wěn)定狀態(tài)的能級。最低的能級E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的所有其他能級Ei（i=2，3，4，）都稱為激發(fā)態(tài)。當(dāng)電子從較高能級E2躍遷至較低能級E1時，其能級間的能量差為躍遷的結(jié)果是釋放出光子，這個能量差與輻射光的頻率f21之間有以下關(guān)系式上一頁下一頁返回（3-2） （3-3） 第3頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識（2）電注入半導(dǎo)體發(fā)光由于半導(dǎo)體是由大量原子周期有序的排列構(gòu)成的共價晶體，相鄰原子之間的相互作用使得電子在整個半導(dǎo)體中進(jìn)行共有化運(yùn)動，所處的離散能態(tài)擴(kuò)展成連續(xù)分布的能帶。在半導(dǎo)體的PN結(jié)中，其中心區(qū)域是空間

3、電荷區(qū)。當(dāng)PN結(jié)加上正向電壓時，多數(shù)載流子（P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，而N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是電子）向空間電荷區(qū)運(yùn)動，產(chǎn)生電子和空穴的復(fù)合現(xiàn)象。復(fù)合時，電子從高能級的導(dǎo)帶躍遷到低能級的價帶，并發(fā)射一定頻率的光子。這就是電注入半導(dǎo)體發(fā)光。上一頁下一頁返回第4頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識3. 光的發(fā)射與吸收過程光的發(fā)射和吸收是光與物質(zhì)（原子）作用的結(jié)果，光與物質(zhì)的相互作用，使得組成物質(zhì)的原子可以從一個能級躍遷到另一個能級。光的發(fā)射和吸收行為，包括三種基本過程，即受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。（1）自發(fā)輻射處于高能級（E2）的原子，在不受外界作用的情況下，自發(fā)地向低能態(tài)（E1）躍遷，并發(fā)射一

4、個能量為hf21的光子，這個過程稱為自發(fā)輻射，如圖3-1所示。上一頁下一頁返回（3-4） 第5頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識自發(fā)輻射的特點(diǎn)：因?yàn)槊總€原子的自發(fā)輻射過程都是獨(dú)立進(jìn)行的，所以新發(fā)射的光子雖然頻率相同，但其運(yùn)動方向和初位相是無序的；自發(fā)輻射產(chǎn)生的光是非相干光。自發(fā)輻射是發(fā)光二極管的理論基礎(chǔ)。（2）受激輻射在高能級（ E2 ）上的電子，受到能量為hf21的外來光子激勵（滿足（3-4）式），使電子被迫躍遷到低能級（ E1 ）上與空穴復(fù)合，同時釋放出一個光子。由于這個過程是在外來光子的激勵下產(chǎn)生的，所以這種躍遷稱為受激輻射，如圖3-2所示。上一頁下一頁返回第6頁，共56頁。3.1 基礎(chǔ)知識

5、受激輻射的特點(diǎn)：受激輻射產(chǎn)生的光子與外來激勵光子的狀態(tài)完全相同，即兩者不但同頻率，而且同位相，同偏振，同傳播方向，是相干光；當(dāng)有大量原子處于能級時，就會發(fā)生雪崩式的連鎖反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的受激輻射光子，這些光子是相干的。受激輻射是半導(dǎo)體激光器的理論基礎(chǔ)。（3）受激吸收在正常狀態(tài)下，電子通常處于低能級E1，在入射光的作用下，電子吸收光子的能量后(滿足（3-4）式)躍遷到高能級E2，產(chǎn)生光電流，這種躍遷稱為受激吸收，如圖3-3所示。受激吸收的特點(diǎn)：受激吸收過程只要求外來光子的頻率滿足（3-4）式，而對其偏振和運(yùn)動方向沒有特殊要求，受激吸收也稱共振吸收；使光衰減。上一頁下一頁返回第7頁，共56頁。3

6、.1 基礎(chǔ)知識4. 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)受激輻射是半導(dǎo)體激光器發(fā)光的基礎(chǔ)。而要在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)光放大，則必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。設(shè)低能級上的粒子數(shù)密度為N1，高能級上的粒子數(shù)密度為N 2，在正常狀態(tài)下， N1 N2，即受激吸收大于受激輻射。若想物質(zhì)產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，即：使N2 N1，這種粒子數(shù)的反常態(tài)分布稱為粒子（電子）數(shù)反轉(zhuǎn)分布。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大而發(fā)光的必要條件。上一頁返回第8頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）1. 激光器的基本結(jié)構(gòu)激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，它是由三部分組成的，即：工作物質(zhì)、諧振腔（半反鏡和全反鏡）和泵浦源（激勵源-電源）。（1）工作

7、物質(zhì)要使受激輻射過程成為主導(dǎo)過程，必要條件是在介質(zhì)中造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即：使介質(zhì)激活。有各種各樣的物質(zhì)，在一定的外界激勵條件下，都有可能成為激活介質(zhì)，因而可能產(chǎn)生光及光放大。它們有固體、氣體、液體和半導(dǎo)體。這樣的一些能產(chǎn)生激光的物質(zhì)就是工作物質(zhì)。如紅寶石激光器的工作物質(zhì)是摻鉻離子的氧化鋁晶體。下一頁返回第9頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（2）泵浦源要使工作物質(zhì)成為激活介質(zhì)，需要有外界的激勵。激勵方法有光激勵、電激勵和化學(xué)激勵等，而每種激勵都需要有外加的激勵源，即泵浦源。它的作用就是使介質(zhì)中處于基態(tài)能級的粒子不斷地被提升到較高的一些激發(fā)態(tài)能級上，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（N2N1）。光纖

8、通信使用的半導(dǎo)體激光器，一般使用電激勵。上一頁下一頁返回第10頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（3）諧振腔對大多數(shù)激活介質(zhì)來說，由于受激輻射的放大作用還不夠強(qiáng)，光波被受激輻射放大的部分往往被介質(zhì)中的其他損耗因素（如介質(zhì)的雜質(zhì)吸收、散射等）所抵消，因而受激輻射不能成為介質(zhì)中占優(yōu)勢的一種輻射。而諧振腔(如圖3-5)的作用正是加強(qiáng)介質(zhì)中的受激放大作用。光學(xué)諧振腔是由兩個反射鏡組成，其一是全反（M1）的，另一個是部分透過（M2）的。諧振腔的光軸與工作物質(zhì)的長軸相重合。這樣沿諧振腔軸方向傳播的光波將在腔的兩反射鏡之間來回反射，多次反復(fù)地通過激活介質(zhì)，使光不斷地被放大。而沿其他方向傳播的光波很快

9、地逸出腔外。這就使得只有沿腔軸傳播的光波在腔內(nèi)擇優(yōu)放大，因而諧振腔的作用可使輸出光有良好的方向性。上一頁下一頁返回第11頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）2. 激光器的振蕩條件激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是產(chǎn)生光輻射增益的必要條件。但要使激光器輸出穩(wěn)定的激光，必須使光波在諧振腔內(nèi)往返傳播一次的總增益大于總損耗。如此，則需要滿足激光器的振蕩條件。（1）激光器起振的閾值條件考慮諧振腔是平行平面腔，諧振腔反射鏡的反射率分別為R1和R2，兩鏡間距為L ，其間充滿激活介質(zhì)。按照激光原理的理論，其起振的閾值條件是上一頁下一頁返回（3-6） 第12頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）式中，Gt

10、h表示激光器的閾值增益系數(shù)、表示激活介質(zhì)（工作物質(zhì)）的損耗系數(shù)。當(dāng)M1是全反鏡時，其R1=1，則閾值增益系數(shù)Gth為很明顯，當(dāng)激光諧振腔的腔長越長（激活物質(zhì)長度越長）、或損耗越低，則越容易起振。上一頁下一頁返回（3-7） 第13頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（2）諧振條件與諧振頻率滿足起振條件后，在激光器內(nèi)建立激光振蕩是非常迅速的，由于光速c=31010 cm/s，若腔長L=1 米，則光輻射在諧振腔內(nèi)往返反射三百次的時間也只10-6s。因此在極短的時間間隔內(nèi)，光輻射的強(qiáng)度即可增到相當(dāng)大。當(dāng)光輻射強(qiáng)度到某一值時，激光介質(zhì)上下能級的粒子數(shù)變化達(dá)到動態(tài)平衡。這時激活介質(zhì)的增益系數(shù)恒等于閾

11、值，而激光器內(nèi)受激輻射的光強(qiáng)也趨于一個定值。這種現(xiàn)象稱為增益飽和。上一頁下一頁返回第14頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）若使激光器能夠在起振后，達(dá)到穩(wěn)定振蕩，需要滿足的條件是：將腔長L設(shè)計成等于光輻射的半波長的整數(shù)倍。即式（3-8）中，n為激活介質(zhì)的折射率、 為縱模模數(shù)、為激光波長。利用波長和頻率的關(guān)系式，則式（3-8）可改寫為式（3-8）和（3-9）表明，諧振腔只對特定頻率（fq）的光波具有選擇放大作用，這樣的一些頻率稱為諧振腔的共振頻率或縱模頻率。上一頁下一頁返回（3-8）（3-9）第15頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（3）縱模與縱模間隔諧振腔內(nèi)只允許存在的諧振頻率是

12、一些分離的值，每一個諧振頻率對應(yīng)腔中的一個振蕩模式，稱為縱模。不同的q值，對應(yīng)不同的縱模，q值越大，縱模模次越高。q值約為：104106。相鄰兩縱模頻率之差為縱模間隔f，即對于一個確定的諧振腔（若L，n一定） f是常數(shù)，即各縱模等間隔分布。上一頁下一頁返回（3-10） 第16頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）3. 半導(dǎo)體激光器用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，稱為半導(dǎo)體激光器（LD），常用的有F-P腔（法不里泊羅腔）激光器和分布反饋型（DFB）激光器。半導(dǎo)體激光器輸出激光的必要條件與一般激光器的相同，即粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布；滿足諧振條件和閾值條件。與一般激光器不同的是半導(dǎo)體激光器的能級躍遷

13、發(fā)生在導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴之間。下面介紹F-P腔激光器中的同質(zhì)結(jié)和雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器。上一頁下一頁返回第17頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（1）同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器在光纖通信中，F(xiàn)-P腔激光器采用的工作物質(zhì)（半導(dǎo)體材料）一般是砷化鎵（GaAs）或銦鎵砷磷（InGaAsP）。如圖3-6所示，是同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)。長度L的范圍為250um500m、寬度W的范圍為55um100m、有源層的厚度d的范圍為0.1um0.2m。 發(fā)光區(qū)域。同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器的發(fā)光區(qū)域是作為其核心部分的P-N結(jié)，發(fā)光原理請見3.1節(jié)中的“電注入半導(dǎo)體發(fā)光”部分。 特

14、點(diǎn)。同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)簡單，由PN結(jié)發(fā)光；其閾值電流（激光器開始產(chǎn)生激光時的注入電流）較大；在室溫下工作，發(fā)熱嚴(yán)重，無法做到連續(xù)的激光輸出；室溫下，只能工作在脈沖狀態(tài)，且脈沖的重復(fù)頻率不高，約為幾十KHz，脈沖的寬度很窄，約為100ns；適合于小容量、低速率光纖通信系統(tǒng)中使用。上一頁下一頁返回第18頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（2）雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，（N）InGaAsP是發(fā)光的作用區(qū)（有源區(qū)），其上、下兩層稱為限制層，它們和作用區(qū)構(gòu)成光學(xué)諧振腔。限制層和作用層之間形成異質(zhì)結(jié)。最下面一層N型InP是襯底，頂層（P+）InGaAsP

15、是接觸層，其作用是為了改善和金屬電極的接觸。 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：長度L約為400m,寬度W約為200m，有源層的厚度d約為0.10.4m。 發(fā)光區(qū)域：雙異質(zhì)結(jié)。上一頁下一頁返回第19頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD） 基本原理。當(dāng)施加正向激勵后，P層的空穴和N層的電子注入有源層。P層帶隙寬，導(dǎo)帶的能態(tài)比有源層高，對注入電子形成了勢壘，注入到有源層的電子不可能擴(kuò)散到P層。 同理，注入到有源層的空穴也不可能擴(kuò)散到N層。這樣，注入到有源層的電子和空穴被限制在厚0.10.4m的有源層內(nèi)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，這時只要很小的外加電流，就可以使電子和空穴濃度增大而提高增益，從而產(chǎn)生輻射光，并在光學(xué)諧振腔中

16、產(chǎn)生選頻和放大，另外，有源層的折射率比限制層高，產(chǎn)生的激光被限制在有源區(qū)內(nèi)，因而電/光轉(zhuǎn)換效率很高，輸出激光的閾值電流很低，只要很小的散熱體就可以在室溫下連續(xù)工作。 特點(diǎn)。雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器克服了同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器缺點(diǎn)；有源區(qū)厚度加大；閾值電流降低（3080mA）；波長范圍1.271.33m。上一頁下一頁返回第20頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（3）其他半導(dǎo)體激光器簡述 磷砷鎵銦激光器（ ），發(fā)射光波長范圍為0.921.7m，具體的波長值由x和y的值決定。屬于長波長激光器。 砷鎵銦激光器（ ），發(fā)射光波長范圍為0.81.7m，具體的波長值由x的值決定。屬于長波長激光器。 銻砷鎵激

17、光器（ ），發(fā)射光波長范圍為0.41.4m，具體的波長值由x的值決定。屬于長波長激光器。上一頁下一頁返回第21頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD） 分布反饋半導(dǎo)體激光器（DFB-LD），結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。分布反饋半導(dǎo)體激光器是一種可以產(chǎn)生動態(tài)控制的單縱模激光器。其激光振蕩不是由反射鏡提供，而是由折射率周期性變化的波紋結(jié)構(gòu)（波紋光柵）提供的，即在有源區(qū)一側(cè)生長波紋光柵。具有單縱模振蕩、波長穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在高速數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 量子阱半導(dǎo)體激光器（QW-LD），結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。它是由兩種不同成分的半導(dǎo)體材料在一個維度上以薄層的形式交替排列構(gòu)成的，從而

18、將窄帶隙的很薄的有源層夾在寬帶隙的半導(dǎo)體材料之間，形成勢能阱。具有有源層很?。?0100埃（ ）、閾值電流很低（可達(dá)0.55mA）、輸出功率高、譜線寬度窄等特點(diǎn)。上一頁下一頁返回第22頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）4. 半導(dǎo)體激光器的工作特性（1）閾值特性閾值電流（Ith）是指使LD輸出光功率急劇增加，產(chǎn)生激光振蕩的激勵電流。如圖3-10所示，是某半導(dǎo)體激光器P-I曲線。當(dāng)激勵電流I Ith時，有源區(qū)不僅有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而且達(dá)到了諧振條件，受激輻射為主，輸出功率急劇增加，發(fā)出的是激光，此時P-I曲線是線性變化的。對于激光器來說，要求閾值電流越小越好。上一頁下一頁返回第23頁，共56頁

19、。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（2）發(fā)射波長半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長是由導(dǎo)帶的電子躍遷到價帶時所釋放出的能量決定的，這個能量近似等于禁帶寬度 ，即 （3-11）式中， ，是發(fā)射光的頻率， 為電子伏特(1 = )、h為普朗克常數(shù)。由式（3-11）,可得發(fā)射光波長上一頁下一頁返回（3-12）第24頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（3）光譜特性半導(dǎo)體激光器輸出光光譜特性曲線如圖3-11所示，從光譜特性曲線可以發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的光譜隨著激勵電流的變化而變化。當(dāng)激勵電流 I Ith時，光譜突然變窄（幾nm），譜線中心強(qiáng)度也急劇增加，說明發(fā)出的是激光。對于半導(dǎo)體激光器來說，要求其輸出光譜越窄越好。

20、上一頁下一頁返回第25頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（4）轉(zhuǎn)換效率半導(dǎo)體激光器是一種電光轉(zhuǎn)換器件，是將激勵的電功率轉(zhuǎn)換成為光功率發(fā)射出去。其轉(zhuǎn)換效率常用微分量子效率d（也稱外微分量子效率）來衡量。 d的定義是激光器達(dá)到閾值后，輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比，即上一頁下一頁返回（3-13） 第26頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）由式（3-13）,可得到激光器的輸出光功率P式中，I為激光器的輸出驅(qū)動電流，Pth為激光器的閾值功率；e為電子電荷。上一頁下一頁返回（3-14） 第27頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）因?yàn)榕cP相比，Pth很小，因此式（3-13）和（

21、3-14）可分別改寫為上一頁下一頁返回（3-15） （3-16） 第28頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）（5）溫度特性半導(dǎo)體激光器對于溫度很敏感，其輸出功率隨溫度變化而變化，產(chǎn)生這種變化的主要原因是半導(dǎo)體激光器外微分量子效率和閾值電流受到溫度的影響。外微分量子效率隨溫度升高而下降，如GaAs激光器，絕對溫度77時，d約為50%；當(dāng)絕對溫度升高到300時, d只有約30%。閾值電流隨溫度升高而增加，如圖3-12所示。溫度對閾值電流的影響，可用下式描述上一頁下一頁返回（3-17）第29頁，共56頁。3.2 半導(dǎo)體激光器（LD）式中，I0表示室溫下的閾值電流，T表示溫度，T0稱為特征溫度（

22、表示激光器對溫度的敏感程度），一般InGaAsP的激光器T0 =5080K、A1GaAs/GaAs的激光器。 T0 =100150K上一頁返回第30頁，共56頁。3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）光纖通信用光源除了前述的半導(dǎo)體激光器（LD）外，還有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）。半導(dǎo)體發(fā)光二極管是利用半導(dǎo)體PN 結(jié)進(jìn)行自發(fā)輻射器件的統(tǒng)稱。如電子儀表等產(chǎn)品的指示燈使用的就是一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管與光纖通信專用的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的異同：共同點(diǎn)都是使用PN結(jié)，利用自發(fā)輻射的原理發(fā)光，屬于無閾值器件，體積小巧、重量輕。不同點(diǎn)主要是制造工藝和價格有區(qū)別，另外光纖通信專用的發(fā)光二極管亮

23、度更高、響應(yīng)速度更快。下一頁返回第31頁，共56頁。3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）半導(dǎo)體發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器的區(qū)別是：發(fā)光二極管沒有光學(xué)諧振腔，采用自發(fā)輻射，發(fā)出的是熒光（非相干光），不是激光，光譜的譜線寬，發(fā)散角大。而半導(dǎo)體激光器有光學(xué)諧振腔，采用受激輻射，發(fā)出的是激光（相干光），光譜的譜線窄，發(fā)散角很小。雖然發(fā)光二極管無法發(fā)出激光，但它還是有很多優(yōu)點(diǎn)，如：使用壽命長，理論推算可達(dá)1081010小時；受溫度影響??；輸出光功率與激勵電流線性關(guān)系好；驅(qū)動電路簡單；價格低等。這些優(yōu)點(diǎn)使發(fā)光二極管在中短距離、中小容量的光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。上一頁下一頁返回第32頁，共56頁。3.3 半

24、導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）1. LED的結(jié)構(gòu)為了獲得高輻射度，LED常采用雙異質(zhì)結(jié)芯片（但沒有解理面，即沒有光學(xué)諧振腔），構(gòu)成材料主要有GaAs 、InGaAsP、AlGaAs等。（1）面發(fā)光型LED結(jié)構(gòu)圖3-13所示，是采用雙異質(zhì)結(jié)GaAs的面發(fā)光型二極管的結(jié)構(gòu)。發(fā)光區(qū)是呈圓柱形的有源區(qū)，其直徑約50m、厚度約2.5m，能夠發(fā)出波長為0.80.9m的輻射光，圓形光束反散角為120。上一頁下一頁返回第33頁，共56頁。3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）（2）邊發(fā)光型LED結(jié)構(gòu)圖3-14所示，是采用雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP/InP的邊發(fā)光型二極管的結(jié)構(gòu)。波長范圍1.3m左右，光束的水平反散角為120

25、、垂直反散角為2535。該型LED的方向性好，亮度高，耦合效率也高但發(fā)光面積小。2. 發(fā)光原理當(dāng)激勵電流注入時，注入的載流子在擴(kuò)散過程中進(jìn)行復(fù)合，發(fā)生自發(fā)輻射，產(chǎn)生具有一定波長的自發(fā)輻射光，發(fā)射光經(jīng)透鏡構(gòu)成的聚焦系統(tǒng)發(fā)射出去，直接射入光纖的端面，然后在光纖中傳輸，這就是發(fā)光二極管的基本工作原理。上一頁下一頁返回第34頁，共56頁。第35頁，共56頁。3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）3. LED的工作特性（1）光譜特性LED的譜線如圖3-15所示，由于LED發(fā)光二極管沒有諧振腔，不具有選頻特性，所以譜線寬度比激光器的要寬得多。（2）輸出光功率特性LED輸出光功率特性曲線如圖3-16所示。LED不存在閾值電流，線性比LD好。驅(qū)動電流I 較小時，P I 曲線的線性較好；當(dāng)I過大時，由于PN結(jié)發(fā)熱而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P I 曲線的斜率減小。一般情況下，LED工作電流為50100mA，輸出光功率為幾mW，由于反散角大，出纖功率（耦合到光纖中的功率）只有數(shù)百W。上一頁下一頁返回第36頁，共56頁。3.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）（3）溫度特性LED的輸出光功率，也會隨