四发光与耦合器川大PPT课件.ppt

第三章热电探测器件 3 2热电偶与热电堆 3 1热电探测器件的基本原理 3 3热敏电阻 3 4热释电器件 1 光电检测技术 第一章光电检测技术基础 第二章光电检测器件 第三章热电检测器件 第四章发光与耦合器件 2 第四章发光与耦合器件 发光因激发方式和物质而有所不同 因此又分为光致发光 化学发光 摩擦发光 阴极射线发光 放射线发光 电致发光 注入式电发光等 发光 物体向外发射出可见光的现象 光辐射 可见光 红外 紫外 3 4 1发光二极管 发光二极管的结构与工作原理 LED Lightemissivediode 半导体发光二极管是一个PN结 是利用外电源向PN结注入电子来发光的 所发出的光是荧光 由于它的结构简单 体积小 工作电流小 使用方便 成本低 所以在光电系统中应用得也极为普遍 发光二极管按发光波长来分 有红外发光二极管和可见光发光二极管两种 4 当给PN结加以正向电压时 沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧 于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方 处于高能态的电子与空穴相遇时 便产生发光复合 这种发光复合所发出的光属于自发辐射 辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg 即 1 24 m eV Eg由于不同材料的禁带宽度不同 所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光 发光二极管的结构与工作原理 5 发光二极管的主要特性 效率 1 用于非显示时 功率效率 辐射功率与输入功率之比 光学效率 外量子效率与内量子效率之比 2 用于显示时 流明效率 发射光通量与输入功率之比 照明效率 发射光通量与辐射功率之比 6 发光二极管的主要特性 光谱特性 几种LED的光谱特性曲线 7 发光二极管的主要特性 伏安特性 发光二极管伏安特性曲线 UT为开启电压 U UT时 二极管导通发光 U UT时 二极管截止不发光 UT的大小与材料 工艺等因素有关 一般GaAs管的UT约为1 3V GaP管的UT约为2V GaAsP管的UT约为1 6V GaAlAs管的UT约为1 55V 8 发光二极管的主要特性 亮度特性 发光二极管的发光亮度 基本上是正比于电流密度的 一般管的发光亮度都与电流密度成正比例 只有 GaP红 的发光亮度略有随电流密度的增加而趋于饱和的现象 亮度正比于电流密度这种性质 对于采用脉冲驱动的方式是很有利的 它可以在平均电流与直流电流相等的情况下 获得很高的亮度 各种发光二极管发光出射度与电流密度的关系曲线 9 发光二极管的主要特性 寿命 发光二极管的寿命都很长 在电流密度j 1A cm2的情况下 可达106h以上 不过 电流密度对二极管的寿命是有影响的 电流密度大时 发光亮度高 寿命就会很快缩短 10 2019 12 28 11 发光二极管的主要特性 响应时间 发光二极管启亮与熄灭时的时间延迟 发光二极管的响应时间很短 一般只有几纳秒至几十纳秒 当利用脉冲电流去驱动发光二极管时 应考虑到脉冲宽度 占空比与响应时间的关系 12 发光二极管的应用发光二极管的用途 1 数码 图像显示 2 指示 照明 3 光源 4 光电开关 报警 遥控 耦合 13 发光二极管的应用发光二极管的使用要点 1 开启电压 发光二极管的电特性和温度特性都与普通的硅 锗二极管类似 只是正向开启电压一般都比普通的硅 锗二极管大些 而且因品种而异 2 温度特性 利用发光二极管和硅的受光器件进行组合使用时 应注意到二者的温度特性是相反的 温度升高时 发光二极管的电光转换效率变小 亮度减弱 而硅的受光器件 光电转换效率却是增加的 使用时 应把二者放到一起考虑 注意其组合后的整体温度特性 3 方向特性 发光二极管一般都带有圆顶的玻璃窗 当它和受光器件组合时 应注意到这一特点 发光管与受光管二者对得不准时 效果会变得很差 14 4 2激光器 激光器是一种新型光源 和钨丝灯等常见光源相比 有许多突出的特点 例如 方向性强 单色性好 相干性好 亮度高等 激光的发散角很小 只有几毫弧 激光束几乎就是一条直线 氦氖激光的谱线宽度 只有10 8nm 颜色非常纯 激光的产生和一般光不同 它的发光原子彼此间都密切联系着 各发光原子所发出的光 振动方向 频率 相位等都相同 因此具有良好的相干条件 激光的能量十分集中 一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w cm2 sr 比太阳表面的亮度还高若干倍 15 4 2激光器 激光产生的条件和要求 受激辐射2 粒子数反转3 共振腔 16 注入式半导体激光器的基本结构就是一个PN结 为了产生激光 半导体要进行重掺杂 杂质浓度为1018 1019cm 3 在这样高的杂质浓度下 PN结的能带结构如图a所示 当给PN结加以正电压 P端接高电位 时 PN结的能带则变为图b的形式 这时 电子要从N区向P区注入 空穴要从P区向N区注入 在结区 导带中电子的数目将超过价带中电子的数目 从而即实现了导带对于价带的粒子数反转 17 光电开关和光电耦合器都是由发光端和受光端组成的组合件 光电开关不封闭 发光端与受光端之间可以插入调制板 光电耦合器则是把发光元件与受光元件都封闭在一个不透光的管壳内 光电开关与光电耦合器结构示意图a 光电开关b 光电耦合器 4 3光电开关与光电耦合器件 18 4 3光电开关与光电耦合器件 光电耦合器多用于电位隔离 电平匹配 抗干扰电路 逻辑电路 模 数转换 长线传输 过流保护 及高压控制等方面 光电开关多用于光