1、第十講 發光二極管LED1 主要內容一、發光二極管的工作原理二、發光二極管的基本結構三、發光二極管的工作特性2 發光二極管的工作原理 LED發射的是自發輻射光（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分為正面發光型和側面發光型，側面發光型LED的驅動電流較大，輸出光功率小，但光束發射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比正面發光型LED高。3 發光二極管的基本結構球透鏡環氧樹脂P層有源層N層發光區(a)正面發光型微透鏡P型限制層有源層波導層N型限制層(b)側面發光型4 發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 發光二極管發射的是自發輻射光，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3050nm。長波長LED的譜線寬度為6120nm。 1300 波長/nm相 對光強=70nm6 LED的輸出光功率特性正面發光側面發光電流I/mA 發射光功率 P/mw0 100 200 300 400 500 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結發熱產生飽和現象，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 ，由于發光光束輻射角大，入纖光功率只有幾百W。7 LED 的頻率響應為：式中， 為

3、調制頻率， 是對應于調制頻率的輸出光功率， 為少數載流子（電子）的壽命，定義 為發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8 LED的頻率響應曲線e = 1.1se = 2.1se = 6.4s調制頻率f/MHz 頻 率響應10 100 1000100.1 P(f)9 LD和LED的一般性能比較 LD LED工作波長/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點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度方向制作的周期性結構（波紋狀）衍射光柵實現光反饋。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。 12光柵的周期下式決定： 為材料有效折射率， 是布拉格波長，m為衍射系數。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定性，實