第四章 发光与耦合器件
《第四章 发光与耦合器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 发光与耦合器件（47页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、本章内容本章内容 发光二极管的结构与工作原理激光的产生半导体激光器氦氖激光器光电耦合器件重点内容重点内容发光二极管的结构与工作原理半导体激光器难点内容难点内容激光的产生2、ELED的工作原理的工作原理当PN结加上正向电压时，结区势垒降低，P区的空穴载流子p向N区扩散，N区的电子n向P区扩散，p与n在PN结区相遇复合释放能量而发光。3、SLED（正面发光型）的结构（正面发光型）的结构（Flash演示）演示）出射光束时朗伯型，平行于PN结结平面的方向光束发散角为1200，垂直于结平面的方向，光束发散角为300。%100iepPP光学效率：外量子效率与内量子效率的比。qiqoo 量子效率：注入载流子
2、复合而产生的光量子效率，可分为内量子效率外量子效率。 内量子效率：辐射复合所产生的光子数与激发时注入的电子空穴对数之比。 外量子效率：射出光子数与注入电子空穴对数之比。（2）用于显示 照明效率：辐射功率转换成光通量的效率。 流明效率：消耗单位功率所得到的光通量。iLPFebPF（2）发光光谱（发光的相对强度随波长变化的分布曲线，它直接决定发光二极管的发光颜色，并影响其流明效率）相对强度波长GaAs0.6P0.4GaP描述光谱分布的两个主要参量是峰值波长和半强度宽度。发光二极管的峰值波长是由材料的禁带宽度决定的。当GaAs1-xPx的x值不同时，峰值波长在620680nm之间变化，谱线半宽度大约
3、为2030nm，GaP发红光的峰值波长在700nm附近，半宽度大约为100nm。（四）伏安特性电压电流mkTeViiexp0复合因子GaP(红色)GaP(绿色)GaAs1-xPxGa1-xAlxAs光强电流强度RdneiB七段式数码管文字显示器的内部接线14划字码管类型出光面尺寸(um)发射波长(nm)光谱宽度(nm)截止频率(MHz)光纤芯径(um)数值孔径耦合方式进纤功率(uw)“平底碗”型正面出光500.904025500.66直接耦合1700无波导型侧面出光()0.05*650.8230100900.14直接耦合800集成化透镜型正面出光401.27100501000.25球端光纤耦合
4、310一、激光的产生（一）受激辐射1、自发辐射（Flash演示）演示）2、受激吸收（Flash演示）演示）3、受激辐射（Flash演示）演示）1、产生稳定振荡的条件：腔长恰好等于辐射光半波长的整数倍。nmL2反射面反射面Lm=1m=2nLmc2（四）产生激光的三个必要条件需要泵源将处于较低能态的电子激发或泵浦到较高能态上；实现粒子数反转，使受激辐射足以克服损耗；要有一个共振腔提供正反馈及增益，用以维持受激辐射的持续振荡。KM2M1AT(套管)G（毛细管）两个反射镜紧贴在放电管的两端，称为内腔式。输出不稳定，受温度影响大，但无需调整。AD（放电管）B（布儒斯特窗）两个反射镜与放电管完全分开装架，
5、称为外腔式。输出线偏振光，受温度影响小，但需经常调整，技术复杂，使用不便。KGTKABM1M2一个紧贴放电管的一端，另一个与放电管分开装架，称为半外腔式。集中了上两种方式的优点。XL激光棒L放在螺旋状灯X的里面，棒的端面镀有反射膜。M1M2L激光棒放在椭圆柱面镜的一条焦线上，作光泵用的氙灯放在另一条焦线上，两反射镜与激光棒分离。2、红宝石激光器工作物质为掺有Cr2O3的人造宝石单晶；辐射波长为694.3nm的激光；特点：较高的泵浦能量阈值；峰值功率可达1050mw，脉宽为1020ns；三能级系统五、半导体激光器1、PN结型半导体激光器的一般结构法布里泊罗共振腔：将工作物质制成PN结并切成长方块
6、，为实现分布反转，结区的两侧都要求是重掺杂半导体材料，使费米能级分别进入导带及价带内。由一对相互平行的解理面或抛物面构成，并与结平面垂直，这对平面构成了端部反射器。其余的前后两面是粗糙的，用来消除主要方向以外的激光作用。这种结构叫法布里泊罗共振腔。2、PN结型半导体激光器的工作原理3、主要特性（1）激光阈值条件及影响阈值得因素光输出电流受激辐射自发辐射Ith刚好抵偿吸收与损耗的光子产生率叫阈值。阈值电流：达到阈值增益时注入的电流密度。PN结型LD室温下阈值电流很高，且不能实现室温下连续振荡。阈值电流阈值电流296k195k77k4.2V1/L影响因素：共振腔长度大，阈值电流小；温度大，阈值电流
7、大；单轴向压力大，阈值电流小；外加磁场强度大，阈值电流小。（2）频谱分布光强度波长100mA82mA10mA123低于阈值时，自发辐射，非相干光，谱线宽，如1；高于阈值时，发生共振，谱线变窄，对应峰值波长的频率为共振频率（驻波频率）如图2，3。相对强度波长电流超过阈值时碲化铅二极管的激光发射光谱光强度波长59K20K2K磷化铟激光二极管频谱分布与温度的关系4、异质结激光器（1）单异质结激光器在GaAs的PN结上，用分子束外延和液相外延法得到GaAs-AlxGa1-xAs异质结。由于GaAsAlxGa1-xAs禁带宽度不同，因而在界面出形成了较高势垒，使从N-GaAs注入到P-GaAs中的电子在
