Thông tin quang / C3_2_ LED doc

Hiệu suất lượng tử và công suất LED... NGUỒN PHÁT QUANGÁnh sáng không có tính kết hợp incoherent Ánh sáng có tính kết hợp coherent: Tính đơn sắc cao bề rộng phổ hẹp Độ hội tụ chùm sáng c

1 (09/2009)

2 Light-Emitting Diodes

1 Cấu trúc LED

2 Vật liệu chế tạo nguồn quang

3 Hiệu suất lượng tử và công suất LED

NGUỒN PHÁT QUANG

Ánh sáng không có tính kết hợp (incoherent) Ánh sáng có tính kết hợp (coherent):

Tính đơn sắc cao (bề rộng phổ hẹp)

Độ hội tụ chùm sáng cao Công suất lớn: vài chục µW Công suất 1 – 10mW

Độ rộng phổ: 20 – 100nm Æ chủ yếu dùng cho

MMF

Độ rộng phổ: 0,002 – 5nm Æ dùng cho SMF

&MMF Tốc độ điều chế: 100 – 200Mbps Tốc độ điều chế: 10Gbps

Ứng dụng đường truyền cự ly ngắn, tốc độ thấp Ứng dụng cự ly dài, tốc độ cao

Mạch điều khiển đơn giản Mạch điều khiển phức tạp vì có nhiễu nhiệt và

cần mạch ổn định

3 (09/2009)

CẤU TRÚC CỦA LED

Yêu cầu phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất lượng tử cao.

Cấu trúc LED với tiếp giáp thuần nhất: hiện tượng phát xạ ánh sáng

xảy ra tại tiếp giáp p – n Æ cho hiệu suất thấp.

Cấu trúc LED với tiếp giáp dị thể kép: có 2 lớp bán dẫn p và n ở mỗi

bên của vùng tích cực Æ tập trung nhiều hơn các hạt mang đa số vào

vùng kích thước nhỏ làm cho mật độ công suất của ánh sáng phát ra

tăng lên.

Vùng tái hợp

Vùng tập trung hạt

DỊ THỂ KÉP

5 (09/2009)

Cấu trúc LED phát mặt (Surface-emitting LED)

Mặt phẳng của vùng phát ra ánh sáng vuông góc trục của sợi dẫn quang

Vật liệu bao phủ

Kim loại hóa

Lớp dị thể kép

Tiếp xúc kim loại tròn

Vùng tích cực dạng phiến tròn Đường kính ~50µm; dày ~2.5µm

Các lớp giam

hạt dẫn

Giếng khắc hình tròn

Chất nền

Phiến tỏa nhiệt Lớp cách ly SiO

2

Cấu trúc LED phát cạnh (Edge-emitting LED)

Vùng tích cực nằm giữa 2 lớp dẫn, cấu trúc này hình thành một kênh

dẫn sóng hướng sự phát xạ ánh sáng về phía lõi sợi

Chất nền

2 lớp dẫn ánh sáng

Kim loại hóa

Phiến tỏa nhiệt

Chùm ánh sáng

ra không kết hợp

Lớp cách ly SiO 2 Lớp dị thể kép Vùng tích cực dài 100 - 150µm

7 (09/2009)

CÁC VẬT LIỆU NGUỒN PHÁT

Thông dụng nhất là các vật liệu được tạo ra từ hỗn hợp các phần tử

nhóm III (như Al, Ga, In) và nhóm V (như P, As, Sb).

Vùng bước sóng 800 – 900 nm: dùng vật liệu Ga 1-x Al x As.

Vùng bước sóng 1.0 – 1.7 µm: ghép 4 phân tử In 1-x Ga x As y P 1-y là lựa

chọn số một.

Tỷ lệ pha trộn các hợp chất quyết định bước sóng phát ra

Loại vật liệu Tên vật liệu Dải cấm Bước sóng

Các vật liệu hai

thành phần

GaP (Gali – Phốt pho) AlAs (Nhôm - Asen) GaAs (Gali - Asen) InP (Indi – Phốt pho) InAs (Indi - Asen)

2,24 eV 2,09 eV 1,424 eV 1,35 eV 0,34 eV

0,55 µm

0,59 µm

0,87 µm

0,93 µm

3,6 µm

Các vật liệu ba

hoặc bốn thành

phần

AlGaAs (Nhôm-Gali-Asen)

InGaAsP (Indi-Gali-Asen-Phốt pho)

1,42 – 1,61 eV

0,74 – 1,13 eV

0,77 – 0,87 µm

1,1 – 1,67 µm Bảng tổng hợp một số vật liệu với các dải cấm và bước sóng

9 (09/2009)

Độ rộng phổ công suất FWHM

Hiệu suất lượng tử và công suất LED Hiệu suất lượng tử trong ηint và hiệu suất lượng tử ngoài ηext

Nón phát xạ ánh sáng của LED