LED及光电探测器课件.ppt

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2010/07/09
光通信用的元器件包括:光纤光纤连接器光有源器件光无源器件
光有源器件包括:
需要有外加电源的存在才可以表现出外在特性的器件
主要包括:
光源(LD,LED)
光电探测器(PIN,APD)
光纤放大器(EDFA)
光源-光纤耦合器
光源-探测耦合器
光无源器件:
不依靠外加电源(直流或交流)的存在就能独立表现出其外特性的器件
主要包括:
光耦合器(Coupler)
光开关
光隔离器(Isolator)
光衰减器(IVOA)
光调制器
光分器(Splitter)
波分复用器(WDMAWG)
光波导器件(FiberArray)
LED
LED就是发光二极管(LightEmittingDiode),是一种可以将电能转化成光能的电子器件,具有二极管的特性。基本结构是一快电致发光的半导体晶片,封装在环氧树脂中,通过针脚作为正负电极。
LED发光原理
LED是一种固态半导体器件,它可以直接把电转化成光,LED的心脏是一个半导体晶片,晶片的一端是负极,另一端是正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量。而光的波长是光的颜色,是由形成PN结的材料决定的。
LED的基本特性
1光电特性
LED在其电流极限范围内流过LED的电流越大,:,不仅发光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短
2光学特性
LED按颜色分红,橙,黄,绿,紫,,高亮,超高亮等,同种芯片才不同的封装方式下,,双色,七色等多种类型.
3LED电性能参数
正向电压Vf:-;-
额定电流If:普通的LED的If为20mA,大功率的LEDIf为40mA或350mA不等,有些大功率的LED的If可以达到500mA以上.
LED的功率:有70mW,100mW,1W,2W,3W,5W等
4温度特性
LED的焊接温度应控制在250℃以下,焊接时间控制在3-5S,,温度不仅影响亮度,而且影响它的寿命,使用中减少发热,一定要做必要的散热处理
5防静电特性
LED装配过程中必须加强防静电措施,操作人员配带防静电腕带及设置良好的防静电接地系统可以保护LED,防止LED被静电方向击穿.
LD
LD(LaserDiode)半导体激光二极管,也是发光二极管,和LED类似,也有一个PN结,。体积小,耦合效率高,响应速度快。LD,光线比较集中,、质量轻、寿命长、结构简单而坚固.(如右图)
常用参数:
波长阈值电流Ith工作电流Iop垂直发散角水平发散角
监控电流Im
种类:
FP-LD(法布里-珀罗腔激光器)
DFB-LD(分布式反馈激光器)
VCESL-LD(垂直腔面发射激光器)
DBR-LD(分布布拉格反射器激光器)
FG-LD(光纤光栅激光器)
等等……
UVLED
UV(UltravioletRays)即:紫外线,从LED原理我们知道,LED是在半导体P-N结处流过正向电流时,能以高的转换效率辐射出200-1550m范围包括紫外,,是可见紫色光以外的一段电磁辐射,波长在10nm到400nm的范围,通常按其性质的不同分为以下几段:真空紫外线(VacuumUV)波长为10-200nm;短波紫外线(UV-C)波长为200-290n;中波紫外线(UV-B)波长为290-320nm;长波紫外线(UV-A)波长为320-400nm(我们公司UV胶固化用的是365nm波长的紫外线);,可见光(VisibleLight)波长为400-760nm.
UVLED光固化特性:
使用寿命长,无热辐射,环保无污染,超强照度,能耗低,安装简单,节约空间等特点
目前市场上主要有:UV-LED点光源固化机,UV-LED线光源固化机,UV-LED面光源固化机,便携式UV-LED固化装置
UVLED光固化领域:
微电子行业:手机元件装配(像机镜头,听筒,话筒,外壳,液晶模组,触摸屏等),硬盘磁头装配,DVD/数码像机,马达及元件装配,半导体芯片,传感器生产等等.
PCB行业:元件固定,防潮灌封,电路板保型涂层,地线,飞线,线圈固定,波峰焊通孔掩膜等.
医疗器械:麻醉面罩,注射器,导液管,静脉输液管,血管植入配件,内窥镜,动脉定位等.
光学行业:光学元件装配,图像仪器装配等.
光通信行业:无源器件(WDM,AWG,Splitter,Isolator,Coupler),有源器件(同轴器件,激光准直器),光纤光缆等.
科研:高分子化学,医疗高分子材料,光化学,半导体等.
LED的主要驱动方式
1恒流驱动
保持LED的电流不变,让LED在恒定的电流下工作,对于提高LED的发光效率,稳定度及减少光衰度,恒流驱动电路是最好的选择,,大电流工作时产生的驱动芯片会产生大量的热量,需要做必要的散热处理.
2恒压驱动
,,,.
3PWM控制方式电源驱动
主要由输入整流滤波,输出整流滤波,,内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(相对稳压电源或恒流电源).电源效率极高,一般可以做到80%-90%,输出电压,,属于高可靠性电源.
光电二极管PD工作原理
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
光电二极管在反向电压作用下工作的。没有光照时,反向电流极其微弱(),叫暗电流。有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子空穴对,称为光生载流子。它们在反方向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大,这种特性叫光电导。,负载上就获得电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应的变化。
PD前置放大电路
上图是一个光电探测器的前置放大电路。
将光电Ge、InAs、InSb探测器的电流输出转化为电压输出。它将信号放大后应用于示波器、锁定放大器、A/D转换器等。对放大器要求超低偏置电流和低噪声。