发光二极管led教学课件

第十讲发光二极管LED主要内容一、发光二极管的工作原理二、发光二极管的基本结构三、发光二极管的工作特性发光二极管的工作原理LED发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结构，把有源层夹在P型和N型限制层间，但没有光学谐振腔，故无阈值。LED分为正面发光型和侧面发光型，侧面发光型LED的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比正面发光型LED高。发光二极管的基本结构球透镜环氧树脂P层有源层N层发光区(a)正面发光型微透镜P型限制层有源层波导层N型限制层(b)侧面发光型发光二极管的工作特性

光谱特性光束空间分布输出光功率特性

频率特性

LED的光谱特性

发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线宽，短波长LED谱线宽度为30～50nm。长波长LED的谱线宽度为6～120nm。1300波长/nm相对光强Δλ=70nm

LED的光束空间分布

正面发光型的半功率点辐射角为120o，侧面发光型的平行发射角为120o，垂直发射角为25o～35o。LED与光纤的耦合效率一般低于10%。

LED的输出光功率特性正面发光侧面发光电流I/mA发射光功率

P/mw0100200300400500

LED的一般外量子效率小于10%，驱动电流较小时，P-I特性呈线性，I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I特性曲线斜率减小。通常LED的工作电流为50～100mA，输出光功率为几mW，由于发光光束辐射角大，入纤光功率只有几百μW。LED的频率响应为：式中，为调制频率，是对应于调制频率的输出光功率，为少数载流子（电子）的寿命，定义为发光二极管的截止频率，当

时，

最高调制频率应低于截止频率。

LED的频率特性

LED的频率响应曲线τe=1.1μsτe=2.1μsτe=6.4μs调制频率f/MHz频率响应101001000100.1

P(f)

LD和LED的一般性能比较

LD

LED工作波长λ/μm1.31.551.31.55谱线宽度Δλ/nm1～21～3

50～10060～120阈值电流Ith/mA20～3030～60

工作电流I/mA

50～150100～150输出功率P/mW

5～105～10

1～51～3入纤功率P/mW

1～31～30.1～0.30.1～0.2

调制带宽B/MHz500～2000500～1000

50～15030～100辐射角θ/（°）

20×3020×50

30×12030×120寿命t/h106～107105～106108107工作温度/℃

-20～50-20～50

-20～50-20～50三、分布式反馈激光器DBF分布式反馈激光器的工作原理分布式反馈激光器的优点分布式反馈激光器的一般性能分布反馈激光器工作原理

DBF激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构（波纹状）衍射光栅实现光反馈。衍射光栅的折射率为周期性变化，使有源层分布反馈。由有源曾层发出的光从一个方向向另一个方向传播时，一部分在光栅波纹峰反射，另一部分继续前进，在邻近的光栅波纹峰反射。若两部分反射光相互叠加则产生更强反馈，而其他波长的光将被抵消；虽然每个光栅波纹峰反射光不大，但整个光栅有成百上千的波纹峰，反馈光的总量足以产生激光振荡。

光栅的周期Λ下式决定：

为材料有效折射率，是布拉格波长，m为衍射系数。在普通DBF激光器中，有两个阈值最低、增益相同的纵摸，其波长为：为光栅长度。在普通均匀光栅中，引入一个λ／4的相移变换，使原来的波峰变波谷，可有效提高模式选择性和稳定性，实现动态单纵摸激光器的要求。

分布式反馈激光器的一般性能工作波长λ/μm1.31.55谱线宽度Δλ/nm1～21～3阈值电流Ith/mA20～3030～60连续波单纵模10-4～10-3输出功率P/mW

20～4015～30

直接调制单纵模

0.04～0.5(1Gb/s.Hz)边模抑制比/dB30～35频谱漂移/（nm/℃）

＜0.08外量子效率ηd/%

2015工作温度/℃

20～4015～30

DBF激光器的优点是单纵摸激光器谱线窄，波长稳定性好。动态谱线好线性好，广泛用于模拟调制的CATV传输系统。

第二节神经调节的结构基础脑脑神经脊髓脊神经神经系统的组成ACBD复习提问：总结1:神经系统中枢神经系统周围神经系统脑（大脑、小脑、脑干）脊髓脑神经脊神经树突树突细胞核细胞体轴突神经末梢髓鞘123456细胞体突起树突（短的突起）轴突末端的细小分支神经末梢集合成束神经总结2：+髓鞘神经纤维（长的突起）神经元的组成脊神经灰质白质2、脊髓的主要功能[实验]脊蛙反射实验目的要求

通过观察脊蛙的搔扒反射，知道脊髓的反射功能。材料用具

青蛙(或蟾蜍)，纱布，“S”形小钩，解剖剪，解剖盘，探针，镊子，0．5％~1％硫酸溶液，烧杯(内盛清水)，小纸片，支架等。方法步骤1．制备脊蛙

先用一块纱布包住蛙(或蟾蜍)的躯干，露出头部，再用解剖剪的一侧刀口插进蛙的上颌与下颌之间，在头部齐鼓膜后缘剪去头部(留下颌)。然后把蛙放在解剖盘中，使它仰卧，观察它能否翻身。如果它不能翻身，则脊蛙制备成功。如果它能翻过身来，说明脑还未除尽，则需进一步再向下剪去一部分，以便把脑除尽(或用探针再破坏残留的脑)。2．悬挂脊蛙

用“S”形的小钩钩住蛙的下颌，并悬挂于支架上，静置一两分钟后，进行实验。3．观察搔扒反射

用镊子夹住小纸片(对折一下)的一角，将另一角浸一些0．5％~1％硫酸溶液后，贴在脊蛙背部(或腹部)的右侧的皮肤上，观察蛙的四肢是否出现搔扒反射。4．破坏脊髓

实验后，用烧杯中的清水冲洗硫酸刺激过的皮肤，并用纱布轻轻揩干。用探针插入蛙的椎管内搅动，破坏蛙的脊髓后，再重复上述实验，观察是否还有搔扒反射。

从实验中看到，蛙在没有脑而只有脊髓的情况下，可以出现搔扒反射；而在没有脑、脊髓又受损伤的情况下，不能出现搔扒反射。这表明，脊髓具有反射功能。

人的脊髓灰质里，有许多低级的神经中枢，可以完成一些基本的反射活动，如膝跳反射、排便反射、排尿反射等。

但是，脊髓里的神经中枢，是受大脑控制的，人能有意识地控制排便和排尿就是一个例证。小儿因大脑的发育尚未完善，对排尿的抑制能力较弱，所以排尿次数多，而且容易发生夜间遗尿现象。以成人排尿反射为例来说明：当尿液在膀胱内积存到一定量时，便会刺激膀胱壁上的感受器，使感受器产生神经冲动，神经冲动经过传入神经传到脊髓的排尿中枢；同时，也有神经冲动经过神经纤维向上传到大脑，使人产生尿意。在适宜的环境下，由大脑发出神经冲动经过神经纤维传到脊髓的排尿中枢，神经冲动再沿着传出神经传到膀胱，引起排尿反射。如果环境不适宜，大脑就暂时抑制脊髓中的排尿中枢而不排尿。由此可见，脊髓还具有传导功能。脊髓的传导功能分析与讨论1.在试验过程中为什么必须破坏青蛙的脑？如果蛙脑没有完全出尽，对试验结果会有什么影响？将脑破坏后，才能确保脊蛙的反应只在脊髓的参与下完成。如果没有完全除尽，就无法确定残余的脑是否参与了反应，无法证明脊髓灰质里有低级的神经中枢。2.破坏青蛙脊髓的步骤在实验中有什么作用？破坏了脊髓再看脊蛙的反应，可以和没破坏脊髓时的实验现象作对照3.通过实验，你认为脊髓有什么功能？脊髓具有反射功能脑的结构大脑小脑脑干ABC脑由哪些部分组成？大脑小脑脑干大脑皮层结构特点是怎样的？和脊髓相比有什么不同？大脑外周的灰质叫大脑皮层。大脑皮层表面有凹陷的沟和隆起的回。增加了大脑皮层的表面积。白质中的神经纤维把左右两个大脑半球连在一起。脊髓结构：灰质在中央，白质在外周请学生阅读教材第82——84页有关脑的内容，说出图中分别代表脑的什么功能ABCDEFG躯体运动中枢躯体感觉中枢听觉中枢视觉中枢嗅觉中枢味觉中枢语言中枢大脑左脑右脑身体右半部的活动身体左半部的活动