城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)維護發(fā)光二極管課件

《城市軌道交通通信傳輸系統(tǒng)維護》發(fā)光二極管03發(fā)光二極管的工作特性02發(fā)光二極管的工作原理光放大器01發(fā)光二極管的結構04發(fā)光二極管與激光器的比較發(fā)光二極管的結構1光纖通信中使用的光源，除了半導體激光器(LD)外，還有半導體發(fā)光二極管（LED）。它與半導體激光器的區(qū)別是：在結構上沒有光學諧振腔，是無閾值器件。LED以自發(fā)輻射為主，發(fā)出的是非相干的熒光。發(fā)光二極管的結構

LED的結構和LD相似，大多采用雙異質結芯片，把有源層夾在P型和N型限制層中間。不同的是LED沒有解理面，即沒有光學諧振腔。按照器件輸出光方式不同，LED分為面發(fā)光型和邊發(fā)光型兩種。

發(fā)光二極管的結構1①面發(fā)光型LED如圖3-71（a）所示，面發(fā)光二極管的發(fā)射光束垂直與有源層，光束發(fā)散角很大，一般為120°，相當一部分光不能進入光纖而損失掉，因而面發(fā)光二極管與光纖的耦合效率很低。

②邊發(fā)光型LED如圖3-71（b）所示，邊發(fā)光二極管發(fā)光的發(fā)射光束方向平行與有源層，發(fā)光面一般小于光纖的橫截面，光束的發(fā)散角較小，一般為25o～35o。此類LED的方向性好，亮度高，與光纖的耦合效率高。目前應用較為廣泛的是邊發(fā)光二極管。

1圖3-71常用的兩類發(fā)光二極管（LED）發(fā)光二極管的結構2發(fā)光二極管的工作原理當給LED外加合適的正向偏壓，即向LED注入正向電流時，注入的載流子在擴散過程中進行復合，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)射光通過透鏡的聚焦系統(tǒng)發(fā)射出去，直接射入光纖端面，然后在光纖中傳輸，這就是發(fā)光二極管的基本原理。

3(2)發(fā)光二極管的工作特性

①光譜特性圖3-72InGaAsPLED的發(fā)光光譜發(fā)光二極管的工作特性3②輸出光功率特性

由于LED是無閾值器件，加上電流后，即有光輸出，且隨著注入電流的增加，輸出光功率近似呈線性地增加。如圖3-73所示。圖3-73LED的P?I特性發(fā)光二極管的工作特性3③溫度特性

溫度特性主要影響LED的平均發(fā)送光功率、P-I特性的線性及工作波長。

當溫度上升時，LED的平均發(fā)送光功率會下降；線性工作區(qū)變窄，使得光發(fā)送電路噪聲增加，系統(tǒng)性能下降；峰值工作波長向長波長方向漂移，附加損耗增大。

但由于LED是無閾值器件，其溫度特性比LD的要好得多，一般不需加溫度控制電路。

④耦合效率

由于LED是自發(fā)輻射發(fā)光，因而LED發(fā)射出光束的發(fā)散角較大，約為40°～120°，因此與光纖的耦合效率較低。

發(fā)光二極管的工作特性4發(fā)光二極管與半導體激光器的比較

在光纖通信系統(tǒng)中，最常用的光源器件是半導體激光器（LD）和半導體發(fā)光二極管（LED），兩種光源的比較如表所示。

項目

光源半導體激光器（LD）半導體發(fā)光二極管（LED）輸出光功率大小P-I曲線存在閾值電流線性好譜線寬度窄較寬光束激光熒光發(fā)散角小大溫度特性較差好壽命較短較長工藝復雜簡單價格貴便宜適用范圍長距離、大容量短距離、小容量LD與LED的比較發(fā)光二極管與激光器的比較4

由表可以看出，與LD相比，LED輸出光功率較小，譜線寬度較寬，調制頻率較低。但LED性能穩(wěn)定，壽命長，使用簡單，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡單，價格低廉。

LED通常和多模光纖耦合，用于1.31μm或0.85μm波長的小容量、短距離的光通信系統(tǒng)。LD通常和單模光纖耦合，用于1.31μm或1.55μm大容量、長距離光通信系統(tǒng)。分布反饋半導體激光