发光二极管参数的测量

发光二极管参数的测量 一 发光二极管的结构和基本原理 1 发光二极管的结构 发光二极管（light emission diode LED）图 1 显示了 LED 的结构截面图。要使 LED 发 光，有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的电子和空穴能够直接复合发射出 光子。为了使器件有好的光和载流子限制，大多采用双异质结（DH）结构。 2 LED 的基本工作原理 LED 是一种直接注入电流的发光器件，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能 级时，发射出光子的结果，这就是通常所说的自发发射跃迁。当 LED 的 PN 结加上正向偏 压，注入的少数载流子和多数载流子（电子和空穴）复合而发光。值得注意的是，对于大量 处于高能级的粒子各自分别自发发射一列一列角频率为ν ＝Eg/h 的光波，但各列光波之间 没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，并且每个粒子所发射的光沿所有可能的方向 传播，这个过程称为自发发射。其发射波长可用下式来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示： λ(μm)＝1.2396/Eg(eV) 二 发光二极管的特性及测试 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 1 LED 的光谱特性及测试方法 由于 LED 没有光学谐振腔选择波长，所以它的光谱是以自发发射为主的光谱，图 2 显 示出了 LED 的典型光谱曲线。发光光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长称为发光峰值 波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为谱线宽度（简称线宽），其典型值在 30 －40nm 之间。峰值波长和谱线宽度的测试方法如图 3 所示，当被测器件的正向工作电流达 到规定值时，旋转单色仪波鼓，使指示器达到最大值，读出波长峰值，此即为该器件的发光 光 P 电极（＋） N 电极(-) 有源层 N 型隔离层 P 型隔离层 N 型衬底 图 1 边发射 LED 结构截面 峰值波长。在旋转单色仪波鼓（朝相反方向各转一次），使指示器读数为最大值的一半时， 读出两个等于最大值一半的数值，两者之差即为光谱谱线宽度。 由图 2 可以看出，当器件温度升高时，光谱曲线随之向右移动，从峰值波长的变化可以 求出 LED 的波长温度系数。 2 LED 的伏安特性及测试方式 LED 通常都具有图 4 所示的较好的伏安特性。当 LED 管芯通过正向电流为规定的值时， 正、负极之间产生的电压降，即为正向亚降（以 VF表示，单位为 V），由于正向电阻比较小， 故 VF一般都较低，图 5 示出了 VF的测试原理图 0.5 1 相 对 功 率 图 2 LED 的光谱曲线 波长 25℃ 60℃ 单 色 仪恒流源 LED 探 测 器 指 示 器 图 3 LED 的峰值波长和线宽测试方框图 I V 图 4 LED 的伏安特性曲线 恒流源 V mA 图 5 LED 的正向压降测试原理 3 LED 的电光转换特性及测试方法 电光转换特性是 LED 的光输出功率与注入电流的关系曲线，即 P－I 曲线，因为是自发 辐射光，所以 P－I 曲线的线性范围比较大如图 6 所示。LED 的输出光功率是 LED 重要参数 之一，分为直流输出功率 Po 和脉冲输出功率。所谓直流输出功率是指在规定的正向直流工 作电流下，LED 所发出的光功率，图 7 是测试原理图。测试时，把 LED 和接受器置于同一 暗盒中，使发光面和接受面相互平行且尽量靠近。调解恒流源，使其正向电流 IF位规定值， 指示器上的读数即为被测 LED 的直流输出光功率。所谓脉冲输出光功率是指在规定的幅度、 频率和占空比的矩形脉冲电流作业下，LED 发光面所发射出的光功率。测试时把 LED 和接 收器置于同一暗盒中，使发光面和接受面互相平行且靠近。调节脉冲源，使其峰值电流 IP 为规定值时，指示器上的读数即为 测 LED 的脉冲输出光功率值，图 8 是测试原理图，图 中 RL为取样电阻。脉冲峰值输出光功率和平均输出光功率的关系为： 式中， PP 为脉冲输出光功率， 恒流源 图 7 直流输 P 正向 图 6 LED 被 R AV P D P P  PAV 为脉冲平均输出光功率，DR 为脉冲波占空比。 I电流（mA） 的 P－I 曲线 接 收 器 指 示 器 暗盒 出功率测试原理图 4 LED 的辐射强度空间分别和半角值 θ1/2θ1/2 辐射强度空间分布是指 LED 在规定的正向工作电流下垂直和平行于 PN 结方向强度随 空间角度的分布图，它的分别影响到与光纤之间的耦合效率。测试时把 LED 置于预定的位 置上，调节恒流源，使工作电流为规定值，从 0 到 90 度转动发光器件，读取不同角度下指 示器上的辐射强度值，然后在极坐标或直角坐标上分别作出相应点的角度与辐射强度关系 图，即为辐射强度空间分布图。在分布图上读取半强度值点的角度 θ1和θ2，则半角值 //1//2//2/1122/1 )(,)(    其中 )( 2/1 为垂直与 PN 结方向的半角值， //2/1 )( 为平行于 PN 结方向的半角。图 9 出示 了半角值的测量原理，图中：L 为 LED 发光面于接收面的距离，O1O2 为主光轴。调节时， LED 的出光面和接收器的光敏面应垂直于主光轴，L 于接收光敏面直径之比至少应为 10：1。 5 LED 的调制特性 当在规定的直流正向工作电流下，对 LED 进行数字脉冲或模拟信号电流调制，便可实 现对输出光功率的调制。LED 有两种调制方式，即数字调制和模拟调制，图 10 示出这两种 O1O2 恒流源 接 收 器 指 示 器 暗盒 图 9 LED 的半角测试原理图 光栏 矩形 脉冲器 示 波 器 接 收 器 指 示 器 图 8 脉冲输出光功率的测试原理图 调制方式。调制频率或调制带宽是光通信用 LED 的重要参数之一，它关系到 LED 在光通信 中的传输速度大小，LED 因受有源区内少子寿命的限制，其调制的最高频率通常只有几十 兆赫兹，从而限制了 LED 在高比特速率系统中的应用，但是，通过合理的设计和优化的驱 动电路，LED 也有可能用于高速光纤通信系统。调制带宽是衡量 LED 的调制能力，其定义 是在保证调 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 不变的情况下，当 LED 输出的交流光功率下降到某一低频参考频率值的一 半时(-3dB）的频率就是 LED 的调制带宽，图 11 示出了调制带宽的测试原理图。图中 L 为 频扼线圈，C 为隔直流电容，RC 为负载匹配电阻。测量的方式是调节恒流源，使电流表读 数为规定值，从选定的低频开始，调节信号源输出，把输出的正弦调制光对准探测器的光敏 面，改变信号源的频率，并保证调制度不变，当指示器上指示的光功率下降到选定的低频参 考频率值的-3dB 时，信号源的频率即为光的带宽。测量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 是：选择 Rc 使 LED 回路与信 号源输出阻抗匹配光电探测器（包括输出回路）的频率响应比被测 LED 至少高 5 倍；指示 器应能对光功率或电功率的交流成分相对值进行直接指示。 三 实验内容和步骤 1 测量 LED 的峰值波长和线宽 2 测量 LED 的伏安特性 光 输 出 电 流 时 间 LED 输出波形 时间 图 10a LED数字调制 驱 动 电 流 LED 输出波形 电 流 驱 动 电 流 时 间 光 输 出 图 10a LED 模拟调制 3 测量 LED 的 P－I 曲线（直流和交流） 4 测量 LED 的半值角 5 测量 LED 的调制特性并指出其调制带宽（数字和模拟） 四 实验仪器 发光二极管 2 支、恒流源、电流表、电压表、激光二极管自动测试系统、单色仪、脉 冲信号发生器、正弦信号发生器、示波器、电阻