發(fā)光二極管led教學課件

第十講發(fā)光二極管LED第十講發(fā)光二極管LED主要內容一、發(fā)光二極管的工作原理二、發(fā)光二極管的基本結構三、發(fā)光二極管的工作特性主要內容一、發(fā)光二極管的工發(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）。大多采用雙異質結結構，把有源層夾在P型和N型限制層間，但沒有光學諧振腔，故無閾值。LED分為正面發(fā)光型和側面發(fā)光型，側面發(fā)光型LED的驅動電流較大，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。發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的基本結構球透鏡環(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層N型限制層(b)側面發(fā)光型發(fā)光二極管的基本結構球透鏡環(huán)氧樹脂P層有源層N層發(fā)光區(qū)(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

頻率特性

發(fā)光二極管的工作特性

LED的光譜特性

發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒有光學諧振腔對波長的選擇，譜線寬，短波長LED譜線寬度為30～50nm。長波長LED的譜線寬度為6～120nm。1300波長/nm相對光強Δλ=70nmLED的光譜特性

LED的光束空間分布

正面發(fā)光型的半功率點輻射角為120o，側面發(fā)光型的平行發(fā)射角為120o，垂直發(fā)射角為25o～35o。LED與光纖的耦合效率一般低于10%。LED的光束空間分布

LED的輸出光功率特性正面發(fā)光側面發(fā)光電流I/mA發(fā)射光功率

P/mw0100200300400500

LED的一般外量子效率小于10%，驅動電流較小時，P-I特性呈線性，I過大時，由于PN結發(fā)熱產生飽和現(xiàn)象，使P-I特性曲線斜率減小。通常LED的工作電流為50～100mA，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μW。LED的輸出光功率特性正面發(fā)光側面發(fā)光電流I/mALED的頻率響應為：式中，為調制頻率，是對應于調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

時，

最高調制頻率應低于截止頻率。

LED的頻率特性LED的頻率響應為：LED的頻

LED的頻率響應曲線τe=1.1μsτe=2.1μsτe=6.4μs調制頻率f/MHz頻率響應101001000100.1

P(f)LED的頻率響應曲線τe=1.1μsτe=

LD和LED的一般性能比較

LD

LED工作波長λ/μm1.31.551.31.55譜線寬度Δλ/nm1～21～3

50～10060～120閾值電流Ith/mA20～3030～60

工作電流I/mA

50～150100～150輸出功率P/mW

5～105～10

1～51～3入纖功率P/mW

1～31～30.1～0.30.1～0.2

調制帶寬B/MHz500～2000500～1000

50～15030～100輻射角θ/（°）

20×3020×50

30×12030×120壽命t/h106～107105～106108107工作溫度/℃

-20～50-20～50

-20～50-20～50LD和LED的一般性能比較

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)點分布式反饋激光器的一般性能三、分布式反饋激光器DBF分布式反饋激光器的工作原理分布反饋激光器工作原理

DBF激光器用靠近有源層沿長度方向制作的周期性結構（波紋狀）衍射光柵實現(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)出的光從一個方向向另一個方向傳播時，一部分在光柵波紋峰反射，另一部分繼續(xù)前進，在鄰近的光柵波紋峰反射。若兩部分反射光相互疊加則產生更強反饋，而其他波長的光將被抵消；雖然每個光柵波紋峰反射光不大，但整個光柵有成百上千的波紋峰，反饋光的總量足以產生激光振蕩。

分布反饋激光器工作原理光柵的周期Λ下式決定：

為材料有效折射率，是布拉格波長，m為衍射系數(shù)。在普通DBF激光器中，有兩個閾值最低、增益相同的縱摸，其波長為：為光柵長度。在普通均勻光柵中，引入一個λ／4的相移變換，使原來的波峰變波谷，可有效提高模式選擇性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)動態(tài)單縱摸激光器的要求。

光柵的周期Λ下式決定：分布式反饋激光器的一般性能工作波長λ/μm1.31.55譜線寬度Δλ/nm1～21～3閾值電流Ith/mA20～3030～60連續(xù)波單縱模10-4～10-3輸出功率P/mW

20～4015～30

直接調制單縱模

0.04～0.5(1Gb/s.Hz)邊模抑制比/dB30～35頻譜漂移/（nm/℃）

＜0.08外量子效率ηd/%

2015工作溫度/℃

20～4015～30分布式反饋激光器的一般性能工作波長λ/μm1.3

DBF激光器的優(yōu)點是單縱摸激光器譜線窄，波長穩(wěn)定性好。動態(tài)譜線好線性好，廣泛用于模擬調制的CATV傳輸系統(tǒng)。

DBF激光器的優(yōu)點第二節(jié)神經調節(jié)的結構基礎第二節(jié)神經調節(jié)的結構基礎腦腦神經脊髓脊神經神經系統(tǒng)的組成ACBD復習提問：腦腦神經脊髓脊神經神經系統(tǒng)的組成ACBD復習提問：總結1:神經系統(tǒng)中樞神經系統(tǒng)周圍神經系統(tǒng)腦（大腦、小腦、腦干）脊髓腦神經脊神經總結1:神經系統(tǒng)中樞神經系統(tǒng)腦（大腦、小腦、腦干）腦神經樹突樹突細胞核細胞體軸突神經末梢髓鞘123456樹突樹突細胞核細胞體軸突神經末梢髓鞘123456細胞體突起樹突（短的突起）軸突末端的細小分支神經末梢集合成束神經總結2：+髓鞘神經纖維（長的突起）神經元的組成細胞體突起樹突（短的突起）軸突末端的細小分支神經末梢脊神經灰質白質脊神經灰質白質2、脊髓的主要功能[實驗]脊蛙反射實驗目的要求

通過觀察脊蛙的搔扒反射，知道脊髓的反射功能。材料用具

青蛙(或蟾蜍)，紗布，“S”形小鉤，解剖剪，解剖盤，探針，鑷子，0．5％~1％硫酸溶液，燒杯(內盛清水)，小紙片，支架等。2、脊髓的主要功能[實驗]脊蛙反射實驗目的要求方法步驟1．制備脊蛙

先用一塊紗布包住蛙(或蟾蜍)的軀干，露出頭部，再用解剖剪的一側刀口插進蛙的上頜與下頜之間，在頭部齊鼓膜后緣剪去頭部(留下頜)。然后把蛙放在解剖盤中，使它仰臥，觀察它能否翻身。如果它不能翻身，則脊蛙制備成功。如果它能翻過身來，說明腦還未除盡，則需進一步再向下剪去一部分，以便把腦除盡(或用探針再破壞殘留的腦)。方法步驟1．制備脊蛙2．懸掛脊蛙

用“S”形的小鉤鉤住蛙的下頜，并懸掛于支架上，靜置一兩分鐘后，進行實驗。2．懸掛脊蛙3．觀察搔扒反射

用鑷子夾住小紙片(對折一下)的一角，將另一角浸一些0．5％~1％硫酸溶液后，貼在脊蛙背部(或腹部)的右側的皮膚上，觀察蛙的四肢是否出現(xiàn)搔扒反射。3．觀察搔扒反射

4．破壞脊髓

實驗后，用燒杯中的清水沖洗硫酸刺激過的皮膚，并用紗布輕輕揩干。用探針插入蛙的椎管內攪動，破壞蛙的脊髓后，再重復上述實驗，觀察是否還有搔扒反射。4．破壞脊髓

從實驗中看到，蛙在沒有腦而只有脊髓的情況下，可以出現(xiàn)搔扒反射；而在沒有腦、脊髓又受損傷的情況下，不能出現(xiàn)搔扒反射。這表明，脊髓具有反射功能。從實驗中看到，蛙在沒有腦而只有脊髓的情況下，可以出現(xiàn)

人的脊髓灰質里，有許多低級的神經中樞，可以完成一些基本的反射活動，如膝跳反射、排便反射、排尿反射等。

但是，脊髓里的神經中樞，是受大腦控制的，人能有意識地控制排便和排尿就是一個例證。小兒因大腦的發(fā)育尚未完善，對排尿的抑制能力較弱，所以排尿次數(shù)多，而且容易發(fā)生夜間遺尿現(xiàn)象。人的脊髓灰質里，有許多低級的神經中樞，可以完成一些基以成人排尿反射為例來說明：當尿液在膀胱內積存到一定量時，便會刺激膀胱壁上的感受器，使感受器產生神經沖動，神經沖動經過傳入神經傳到脊髓的排尿中樞；同時，也有神經沖動經過神經纖維向上傳到大腦，使人產生尿意。在適宜的環(huán)境下，由大腦發(fā)出神經沖動經過神經纖維傳到脊髓的排尿中樞，神經沖動再沿著傳出神經傳到膀胱，引起排尿反射。如果環(huán)境不適宜，大腦就暫時抑制脊髓中的排尿中樞而不排尿。由此可見，脊髓還具有傳導功能。脊髓的傳導功能以成人排尿反射為例來說明：脊髓的傳導功能分析與討論1.在試驗過程中為什么必須破壞青蛙的腦？如果蛙腦沒有完全出盡，對試驗結果會有什么影響？將腦破壞后，才能確保脊蛙的反應只在脊髓的參與下完成。如果沒有完全除盡，就無法確定殘余的腦是否參與了反應，無法證明脊髓灰質里有低級的神經中樞。分析與討論1.在試驗過程中為什么必須破壞青蛙的腦？如果蛙腦沒2.破壞青蛙脊髓的步驟在實驗中有什么作用？破壞了脊髓再看脊蛙的反應，可以和沒破壞脊髓時的實驗現(xiàn)象作對照3.通過實驗，你認為脊髓有什么功能？脊髓具有反射功能2.破壞青蛙脊髓的步驟在實驗中有什么作用？破壞了脊髓再看脊蛙腦的結構大腦小腦腦干ABC腦的結構大腦小腦腦干ABC腦由哪些部分組成？大腦小腦腦干大腦皮層結構特點是怎樣的？和脊髓相比有什么不同？大腦外周的灰質叫大腦皮層。大腦皮層表面有凹陷的溝和隆起的回。增加了大腦皮層的表面積。白質中的神經纖維把左右兩個大腦半球連在一起。脊髓結構：灰質在中央，白質在外周腦由哪些部分組成？大腦小腦腦干大腦皮層結構特點是怎樣請學生閱讀教材第82——84頁有關腦的內容，說出圖中分別代表腦的什么功能ABCDEFG軀體運動中樞軀體感覺中樞聽覺中樞視覺中樞嗅覺中樞味覺中樞語言中樞請學生閱讀教材第82——84頁有關腦的內容，說出圖中分別代表大腦左腦右腦身體右半部的活動身體左半部的活動邏輯思維等科學數(shù)學棋藝等藝術思維等繪畫舞蹈音樂等大腦左腦右腦身體右半部的活動身體左半部的活動邏輯思維科學小腦主要功能是維持身體的平衡、協(xié)調運動。小腦主要功能是維持身體的平衡、協(xié)調運動。腦干——