城市轨道交通通信传输系统维护发光二极管课件

《城市轨道交通通信传输系统维护》发光二极管03发光二极管的工作特性02发光二极管的工作原理光放大器01发光二极管的结构04发光二极管与激光器的比较发光二极管的结构1光纤通信中使用的光源，除了半导体激光器(LD)外，还有半导体发光二极管（LED）。它与半导体激光器的区别是：在结构上没有光学谐振腔，是无阈值器件。LED以自发辐射为主，发出的是非相干的荧光。发光二极管的结构

LED的结构和LD相似，大多采用双异质结芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间。不同的是LED没有解理面，即没有光学谐振腔。按照器件输出光方式不同，LED分为面发光型和边发光型两种。

发光二极管的结构1①面发光型LED如图3-71（a）所示，面发光二极管的发射光束垂直与有源层，光束发散角很大，一般为120°，相当一部分光不能进入光纤而损失掉，因而面发光二极管与光纤的耦合效率很低。

②边发光型LED如图3-71（b）所示，边发光二极管发光的发射光束方向平行与有源层，发光面一般小于光纤的横截面，光束的发散角较小，一般为25º～35º。此类LED的方向性好，亮度高，与光纤的耦合效率高。目前应用较为广泛的是边发光二极管。

1图3-71常用的两类发光二极管（LED）发光二极管的结构2发光二极管的工作原理当给LED外加合适的正向偏压，即向LED注入正向电流时，注入的载流子在扩散过程中进行复合，发生自发辐射，产生具有一定波长的自发辐射光，发射光通过透镜的聚焦系统发射出去，直接射入光纤端面，然后在光纤中传输，这就是发光二极管的基本原理。

3(2)发光二极管的工作特性

①光谱特性图3-72InGaAsPLED的发光光谱发光二极管的工作特性3②输出光功率特性

由于LED是无阈值器件，加上电流后，即有光输出，且随着注入电流的增加，输出光功率近似呈线性地增加。如图3-73所示。图3-73LED的P−I特性发光二极管的工作特性3③温度特性

温度特性主要影响LED的平均发送光功率、P-I特性的线性及工作波长。

当温度上升时，LED的平均发送光功率会下降；线性工作区变窄，使得光发送电路噪声增加，系统性能下降；峰值工作波长向长波长方向漂移，附加损耗增大。

但由于LED是无阈值器件，其温度特性比LD的要好得多，一般不需加温度控制电路。

④耦合效率

由于LED是自发辐射发光，因而LED发射出光束的发散角较大，约为40°～120°，因此与光纤的耦合效率较低。

发光二极管的工作特性4发光二极管与半导体激光器的比较

在光纤通信系统中，最常用的光源器件是半导体激光器（LD）和半导体发光二极管（LED），两种光源的比较如表所示。

项目

光源半导体激光器（LD）半导体发光二极管（LED）输出光功率大小P-I曲线存在阈值电流线性好谱线宽度窄较宽光束激光荧光发散角小大温度特性较差好寿命较短较长工艺复杂简单价格贵便宜适用范围长距离、大容量短距离、小容量LD与LED的比较发光二极管与激光器的比较4

由表可以看出，与LD相比，LED输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但LED性能稳定，寿命长，使用简单，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。

LED通常和多模光纤耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的小容量、短距离的光通信系统。LD通常和单模光纤耦合，用于1.31μm或1.55μm大容量、长距离光通信系统。分布反馈半导体激光