光纤通信技术 课程教案
- 1 - 教学章节 半导体发光二极管的发光特性 教学环境 多媒体机房
教学
内容 1. 半导体发光二极管的光谱特性
2. 半导体发光二极管光束的空间分布
3. 半导体发光二极管的输出光功率
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目标 1． 了解半导体发光二极管的光谱特性
2． 了解半导体发光二极管光束的空间分布
3． 了解半导体发光二极管的输出光功率
重点
难点 1、光束的空间分布
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方法 讲授、讨论、总结
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过程 讲授：
1. 光谱特性
通过分析实例滨松L7558的光谱特性图理解中心波长、光谱半宽等特性参数，了解LED的光谱特点。
2. 光束的空间分布
通过对比两种型号的LED光束的空间分布图了解LED光谱的分布，LED的光束不集中，发散角大，因此它与光纤的耦合效率较低。
3. 输出光功率
LED是自发辐射发光，是无阈值器件，当驱动电流较小时，其P-I曲线的线性较好，当驱动电流较大时，结区发热产生饱和现象，P-I曲线的斜率减小。LED的输出功率一般在几毫瓦。讲解LED数据表单的查询。
小结：
课堂总结
半导体激光器的应用与分类
半导体光发射器是电流注入型半导体PN结光发射器件，具有体积小、重量轻、直接调制、宽带宽，转换效率高、高可靠和易于集成等特点，被广泛应用。按照其发光特性，可分为激光二极管（又称半导体激光器或二极管激光器，Laser Diode，LD），通常光谱宽度不]于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管(Superluminescent Dmde,SLD)，光谱宽度不大于5nm（采取专门措施可不大于0.1nm）；发光二极管（Light
Emiltting，LED），光谱宽度一般不小于50nm；超辐射发光二极管（Superluminescent SLD），光谱宽度为30～50nm，本节重点介绍几种半导体激光器，钽电容简要介绍超辐射发光二极管。
半导体激光器的分类有多种方法。按波长分：中远红外激光器、近红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等；按结构分：双异质结激光器、大光腔激光器、分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器；按应用领域分：光通信激光器、光存储激光器、大功率泵浦激光器、引信用脉冲激光器等；按管心组合方式分：单管、阵列（线阵、面阵）；按注入电流工作方式分：脉冲、连续、准连续等。
LD主要技术摄技术指标有光功率、中心波长、光谱宽度、阈值电流、工作电流、工作电压、斜率效率和电光转换效率等。
半导体激光器的光功率是指在规定驱动电流条件下输出的光功率，该指标直接与工作电流对应，这体现了半导体激光器的电流驱动特性。如果是连续驱动条件，T491T336M004AT则输出功率就是连续光功率，如果是脉冲驱动条件，输出的光功率可用峰值功率或平均功率来衡量。hymsm%ddz
半导体激光器的中心波长是指激光器所发光谱曲线的中心点所对应的波长，通常用该指标来标称激光器的发光波长。光谱宽度是标志个导体激光器光谱纯度的一个指标，通常用光谱曲线半高度对应的光谱全宽来表示。
第二章 激光与半导体光源
激光的原理、特性和应用
发光二极管与半导体激光器
§2-1 激光的工作原理
一、光的发射与光的吸收
当原子从高能级向低能级跃迁时，将两能级之
差部分以光子形式发射出去，称光的发射；
当原子从低能级向高能级跃迁时，将吸收两能
级之差部分的光子能量，称光的吸收。
光的发射和吸收过程满足相同的规律：两能级
之差决定发射和吸收光子的频率
光发射的三种跃迁过程
1 自发辐射：处在高能级的原子以一定的几率自发的向低
能级跃迁，同时发出一个光子的过程，a）图；
2 受激辐射过程：在满足两能级之差的外来光子的激励下，
处在高能级的原子以一定的几率自发向低能级跃迁，同时
发出另一个与外来光子频率相同的光子，b）图；
两种辐射过程特点的比较：
自发辐射过程是随机的，发出一串串光波的相位、传播
方向、偏振态都彼此无关，辐射的光波为非相干光；
受激辐射的光波，其频率、相位、偏振状态、传播方向
均与外来的光波相同，
辐射的光波是相干光。
3 受激吸收过程：在满足两能级之差的外来光子的
激励下，处在低能级的原子向高能级跃迁，c）图
受激辐射与受激吸收过程同时存在：实际物质
原子数很多，处在各个能级上的原子都有，在满足
两能级能量之差的外来光子激励时，两能级间的受
激辐射和受激吸收过程同时存在。当吸收过程占优
势时，光强减弱；当受激辐射占优势时，光强增强。
二、粒子数反转与光放大
当一束频率为 的光通过具有能级E1和E2（假定E2
>E1)的介质时，将同时发生受激辐射和受激吸收过
程，在dt时间内，单位体积内受激吸收的光子数为
dN12，受激辐射的光子数为dN21 ，设两能级上的原
子数为N1、 N2（正常情况下N2> N1），有
dN21/ dN12 =B N2/ N1， 比例系数B与能级有关。
｝术应用ｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
半导体发光二极管（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）是一种新型的发光体，具有电光转
换效率高、体积小、寿命长、电压低，节
能、环保等优点，是下一代理想的照明器 件。ＬＥＤ光电测试是检验ＬＥＤ光电性能的重
要手段，相应的测试结果是评价和反映当前
我国ＬＥＤ产业发展水平的依据。文章结合有
关ＬＥＤ测试方法的国家的相关标准，介绍了 ＬＥＤ光电性能测试的几个主要方面。
半导体发光二极管ＬＥＤ的测试方法
光地北京光电子技术实验室主任
半导体发光二极管 半导体发光二极管（ＬＥＤ）已经被 广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显
示、车载光源、大屏幕显示、背光源 等场合，白光ＬＥＤ技术也不断地发展，
ＬＥＤ在照明领域的应用越来越广泛。过 去，对于ＬＥＤ的测试没有较全面的国家
标准和行业标准，在生产实践中只能以
相对参数为依据，不同的厂家、用户、 研究机构对此争议很大，导致国内ＬＥＤ
产业的发展受到很大影响。结合国内
外关于ＬＥＤ测试方法的各种标准，基于 ＬＥＤ各个应用领域的实际需求，本文
从电特性、光特性、开关特性、颜色 特性、热学特性、可靠性等方面进行
了介绍。
ＬＥＤ的发光原理
ｌ９５５年，美国无线电公司（Ｒａｄｉｏ Ｃｏｒｐｏｒ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｒｕｂｉｎ Ｂｒａｕｎｓｔｅｉｎ）发
现了砷化镓ＧａＡＳ与及其他半导体合金 的红外线放射作用。而１９６２年美国通用
电气公司（ＧＥ Ｎｉｃｋ Ｈｏｌｏｎｙａｋ Ｊｒ）则开 发出可见光的ＬＥＤ。不过，ＬＥＤ真正的
起飞是１９９０年代白光ＬＥＤ出现后，才
开始渐渐被重视，而应用面越来越广。 ＬＥＤ具备二极管的特性，是一种可以将
电能转化为光能的电子零件，也就是具
备一正极一负极，ＬＥＤ最特别的地方在 于只有从正极通电才是会发光，故一般
给予直流电时，ＬＥＤ会稳定地发光，但 如果接上交流电，ＬＥＤ会呈现闪烁的型
