半导体发光器件-LD和LED
光电检测LD and LED
h c /λ=1.8 eV
普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽
度Eg分别为0.67eV和1.12eV，显然不能使用。
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电子和空穴复合时放出能量的大小，即光子的能量，取决于半
导体材料的禁带宽度Eg(Eg=E1-E0)，放出的能量越大，发出的 光辐射波长就越短，即
面射出的光，光从尾纤输出。有源发 光区光束的水平、垂直发散角均为 120°。
9
2. 边发光二极管
图6-4所示为波长1.3μm的双异质结InGaAsP／InP边发光型LED的结构。它 的核心部分是一个N型AIGaAs有源层，及其两边的P型AIGaAs和N型AIGaAs导
光层(限制层)。导光层的折射率比有源层低，比周围其他材料的折射率高，从而构 成以有源层为芯层的光波导，有源层产生的光辐射从其端面射出。
11
1． 伏安特性
➢ 伏安特性即电流—电压特性，是发光二极管的基本特性。 ➢ 伏安特性曲线形状和普通二极管的伏安特性曲线相似。但随材
料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。图为砷磷化 镓发光二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。
注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发光二极管的反向 击穿电压大于5V，为了安全起见，使用时反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电压应在5V以下。
2
3
发光二极管LED（Light Emitting Diode）
发光机理是：在P型半导体与N型半导体接触时，由于载流 子的扩散运动和由此产生内电场作用下的漂移运动达到平衡 而形成P—N结。若在P—N结上施加正向电压，则促进了扩 散运动的进行，即从N区流问P区的电子和从P区流向N区的 空穴同时增多，于是有大量的电子和空穴在P—N结中相遇 复合，并以光和热的形式放出能量。
半导体发光器件-LD和LED
7）寿命 LED的寿命一般很长，j＝1A/cm2,寿命为106h，与j有关， 近似表示为 B(t ) B exp(tj / )
0
B0：起始亮度； j：工作电流密度； t：工作时间； : 老化时间常数， 一般为 106 mA / cm2
影响LED寿命的因素有： • 表面漏电流的增加 • 沾污物(Cu)的内扩散 • 在p-n结附近形成非辐射复合中心。 解决方法：对于前面两个因素，可采用合适的钝化、封 装以及清洗技术予以消除，对于后一个原因可以在制作 LED时尽量保证晶格的完整性，降低其缺陷密度，来达到 缓解非辐射复合中心产生的速度，但不能完全消除。
反向击穿电压 一般在十几伏~几十伏 非线性、整流特性 单向导电性：正向低接触电阻，反向高接触电阻
2） B～V特性和B～I特性（发光强度与正向电流特性） • LED的发光亮度B与电压V的关系，用下式表示：
B＝B0 exp(ev / KT )
B0为起始亮度（开启点的 亮度）
• LED的B～I特性用下式表示：
: GaP:N
GaN
4.2Βιβλιοθήκη 0.7100.015~0.15
GaN+YAG
小芯片1.6， 大芯片18
例：
四、LED的驱动电路
1.为什么LED需要驱动电路？ LED不像普通的白炽灯，可以直接连接220V交流市电使用。 LED是2~3V的低电压驱动，且是特性敏感的半导体器件（I-V 特性，负的电阻温度特性），因此必须设计合适的驱动电路 ，使其处于工作状态。 2.选择和设计LED驱动电路需要考虑的问题 1）高可靠性（特别对于室外照明显示） 2）高效率（符合LED节能环保的特点） 3）浪涌保护（提升LED抗反向电压能力） 4）保护功能（增加LED温度负反馈，仿真LED温度过高） 5）防护方面（防水、防潮、外壳耐晒） 6）驱动方式：恒压驱动、恒流驱动 7）驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配 8）考虑电磁兼容
半导体激光器LD
B 输出的波长为：
2 B
2ne Le
(m 1 / 2) m是纵模的阶数
谢谢
激光测距、医疗军事等领域得到广泛的应用。在光信息处理、光计算等新领 域也将发挥重要的作用。
二、半导体激光器的工作原理
1.受激吸收：在电流或光作用下，价带中的电子获得能量跃迁的导
带中，在价带中留下一个空穴，称为受激吸收。这就必须要有足够强 的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的 增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。
三、半导体激光器的一般构成
光反馈装置 输出光 有源区 频率选择元件 光波导
LD的通用结构 构成部分： 1.有源区 有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。 2.光反馈装置 在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。 3.频率选择元件 用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。 4.光波导 用于对所产生的光波在器件内部进行引导。
2.自发辐射与受激辐射：导带的电子不稳定，向价带跃迁与空穴
复合而放出光子——光辐射。如果跃迁是自发的，则光子具有随机的 方向、相位及偏振态，称为自发辐射；如果受到入射光子的激励，辐 射的光子与入射光子有相同的方向、相位及偏振态，称为 - E1 = hv hv
E2 E1 (a) 受激跃迁
天津大学电子信息工程学院 School of Electronic Information Engineering
半导体激光器
朱守奎 ，马小品 2014年11月7日
一、简单介绍
1. 激光：英文LASER是Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation (受激辐射放大光)的缩写。
LED与LD发光特性与结构研究要点
武汉轻工大学毕业设计（论文）设计题目：LED与LD发光特性与结构研究姓名张卫学号 101204122院（系）电气与电子工程学院专业电子信息科学与技术指导教师李鸣2014年6月7日目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................................................. I I 第1章绪论 . (1)1.1 LED及LD技术发展的由来 (1)1.2 LED及LD技术发展历程 (1)1.3 LED发展的必要意义 (2)1.4 本文工作及章节安排 (4)第2章LED与LD理论基础 (5)2.1复合方式 (5)2.2 LED和LD的理论知识 (6)2.2.1 LED与LD基本结构 (6)2.2.2 LED和LD的发光原理 (7)2.2.3 LED和LD的结构图片 .............................................. 错误！未定义书签。
2.3 LED的相关特性 (7)2.4 LD的相关特性 (11)2.4.1同质结、异质结半导体激光器结构 (11)2.4.2激光半导体主要参数 (12)2.5 各种类型的激光器 (13)2.6 LED与LD的区别 (14)第3章实验条件下LED和LD的相关特性 (15)3.1 LED和LD的P-I特性与发光效率 (15)3.2 LED和LD的光谱特性 (16)3.3 LED和LD的调制特性 (17)3.4小结 (18)第4章新型大功率LED照明灯散热技术 (19)4.1 目前LED灯存在的问题 (19)4.2设计产品的样式以及优点 (19)4.3 设计产品的优化原理以及分析 (22)4.4 小结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)摘要本论文首先讲述了二极管发展的由来，介绍了二极管产业的现状和发展趋势以及应用情况，并学习二极管的基本结构，进而了解其发光特性和各种特性参数，并对一些特性做了分析，在第四章，我们主要是对目前LED灯存在的问题作出改进，设计一种新的样式，使得LED灯的发展前景更加广阔。
ld发光原理
ld发光原理
LD发光原理是指激光二极管（LaserDiode）通过电流激励下发
生的电子跃迁并放出光线的基本原理。
LD是将半导体材料中的P型
半导体和N型半导体通过PN结的方式组成的器件，即激光二极管芯片。
当外加电流时，电子从N型半导体区域向P型半导体区域迁移，与空穴相遇后发生复合，由此释放出的能量转化为光子并放出激光。
这个过程被称为激光辐射。
LD发光原理的特点是电流驱动直接产生激光，所以光输出功率
与电流呈线性关系，而光的波长和频率取决于半导体晶格的能带结构，因此LD的输出光谱是单色的。
LD发光原理的应用非常广泛。
例如，大部分CD和DVD光驱都采用LD作为读写光源；LD还可以用于光通信、激光打印机、医疗设备和激光显示器等领域。
随着半导体和光学技术的不断发展，LD的性
能和应用也在不断提升和拓展。
- 1 -。
半导体激光器LD
应用场合：短距离传输
同质pn结
同质pn结： 两边采用相同的半导体材料进行不同的参杂构成的pn结 特点： - 同质结两边具有相同的带隙结构和光学性能 - pn结区的完全由载流子的扩散形成 存在的问题： 1. 增益区太厚(1~10 m)，很难把载流子约束在相对小的区域， 无法形成较高的载流子密度 2. 无法对产生的光进行约束
多数载流子：n型半导体中的电子或者p型半导体中的空穴 少数载流子：n型半导体中的空穴或者p型半导体中的电子 在热平衡的条件下，对于(非)本征半导体，两种载流子的 乘积总等于一个常数：
pn n 2 i
pn结
n型 电势
U
n型
耗尽层
p型
p型
n 1. 浓度的差别导致载流子的扩散运动
p
2. 内建电场的驱动导致载流子做反向漂移运动
问题: 如何得到粒子数反转分布的状态?
本征半导体材料 Si
硅的晶格结构 (平面图)
E 硅的晶格结构 电子和空穴是成对出现的
Si电子受到激励跃迁到导带，导致电子和空穴成对出现 此时外加电场，发生电子/空穴移动导电
本征半导体的能带图
电子
导带 EC
电子浓度 分布 电子态数量
电子跃迁
带隙 Eg = 1.1 eV 空穴态数量
辐射性复合速率 辐射性复合速率 hint 总复合速率 辐射性复合速率 非辐射性复合速率
辐射性复合时间 辐射性复合时间 非辐射性复合时间
1 1
1
r1 1 1 r nr
那么LED的内部发光功率为：
Pint 内量子效率 每秒钟内总的载流子复 合数量 h 注入 LED的电流强度 内量子效率 h 电子电量 I Ihc hint h hint q q
半导体激光器和发光二极管
半导体激光器(LD)和半导体发光二极管(LED)
半导体光源的优点：
❖ 体积小、重量轻、耗电少、易于光纤耦合 ❖ 发射波长适合在光纤中低损耗传输 ❖ 可以直接进行强度调制 ❖ 可靠性高
光 纤 通 信 系统
1
第2讲
一. 激光原理的基础知识
1、光的吸收和放大 1）能级和能带
2）能级的光跃迁 3）光的吸收和放大
(1) 边发射结构
这是一种沿着有源区的结平面方向提取光的结构，上 面介绍的条形半导体激光器一般都采用这种结构提取光 。
(2) 面发射结构
这是由表面发射光的结构，它的发射结构又分成水平 腔和垂直腔结构。
光 纤 通 信 系统
29
第2讲
结构特点: 1) 发射方向垂直于或倾斜于PN结平面 2) 形成面发射的机理有多种情况，包括垂直腔型、水平腔型和 向上弯腔型激光器。其中，垂直腔面发射激光器（VCSEL）是 面发射激光器中最有前途的一种激光器 .
光 纤 通 信 系统
该能级被电子占据概率等于50％
该能级被电子占据概率大于50％ 该能级被电子占据概率小于50％
11
第2讲
各种半导体中电子的统计分布
本征半导体 P型半导体 N型半导体
兼并型P型半导体 兼并型N型半导体 双兼并型半导体
光 纤 通 信 系统
12
第2讲
导带
禁带
Ef
价带
(a) 本征半导体
要APC • 高工作速率（达3Gb/s以上) ，高张弛振荡频率 • 易集成，低价格，高产量
光 纤 通 信 系统
32
第2讲
2、量子阱激光器
结构特点：有源区非常薄 量子阱(QW，Quantum Well) 半导体激光器是一种窄
半导体发光器件——LED和LD简介_郑志胜
三、LED和LD的调制特性 和 的调制特性
1.限制因素
低电流时,是 P-N结的空间电荷电容CJ； 高电流时,是注入复合区的少数载流子的寿命τ。
2.增加带宽的方法
例 增加复合区中掺杂剂的浓度，但会减小量子效率；增加电流密度。 巴勒斯LED的3dB带宽小于100MHz； 改进的顶发射LED的3dB带宽约为500MHz； 侧面发射LED的3dB带宽小于400MHz； 普通通讯LD的调制带宽均在1GHz以上。
普通结构
点接触
巴勒斯结构
环形接触
p n SiO2
特点：结构简单； 特点：圆对称性结构； 外部耦合效率较差 ； 辐射率高； 辐射率低。 光谱远场图有圆对称性。
2.侧面发射二极管类型 侧面发射二极管类型
结构图如下
接触
SiO2
条形接触
特点：功率小； 发射区尺寸小； 发散角小； 辐射度高。
二、半导体激光二极管 半导体激光二极管
半导体发光器件——LED和LD简介 和 简介 半导体发光器件
报告人：郑志胜
一、发光二极管（LED) 发光二极管（
顶端发射二极管 LED分类 侧面发射型发光二极管 辐射机理：当某种外部扰动（电压，电流）产生了电子-空穴对时，电 子-空穴对的复合会产生一个辐射。
1.顶端发射二极管类型 顶端发射二极管类型
1.结构图
P-GaAlAs P-GaAs
a
SiO2
2.激光管驱动阈值
当注入载流子产生的增益系数等于激光器的损耗时，此时的电 流称为阈值电流。阈值越小越好 。
3.激光器发射的若干问题
激光二极管的模式 在激光管中一般存在3个模式，m，s和q。也就是在三个轴线 上的光场波腹数。m对应于y轴，称为横模；s对应于x轴，称为侧 模；q对应于z轴，称为纵模。
半导体光电器件的设计与研究
半导体光电器件的设计与研究随着科技的发展，半导体光电器件已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
无论是网络通信、节能照明还是生物医学应用，半导体光电器件都起着重要的作用。
本文将从半导体光电器件的定义、作用、设计和研究等方面展开讨论，以期深入探究半导体光电器件发展的过程和未来的发展方向。
什么是半导体光电器件？半导体光电器件，简称光器件，是一种利用半导体材料的特殊光电性能制成的电子器件。
半导体光电器件结构简单，功能多样，包括发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、光电二极管（PD）等等。
其中，LED和LD属于主动器件，可将电信号转换成光信号；PD则是被动器件，可将光信号转换成电信号。
半导体光电器件的作用随着人们生活水平的不断提高，对于强大的通信和节能设备的需求也日益增加。
而半导体光电器件的出现，则为这些领域提供了强有力的支持。
它们在通信中的作用主要表现在以下两个方面：一、网络通信在网络通信中，光器件主要扮演着把信息转换成光学信号、光学传输和再转换成信息信号的重要角色。
采用光电器件，可以大大提升数据传输的速度和稳定性，使网络数据传输质量更好。
同时，在长距离通信中，光器件也能够使传输距离更加远、信号衰减更少，因此广泛应用于网络通信领域。
二、节能照明在照明领域，LED光器件已经越来越多的被用于代替传统的白炽灯泡和荧光灯。
LED灯具具有体积小、寿命长、功率低、亮度高等优点，拥有极高的节能效果以及环境保护优势。
如果许多城市和家庭都采用LED灯具，那么在电力消耗方面就会产生很大的节省，同时也可以减少对环境的负面影响。
半导体光电器件的设计半导体光电器件的设计，是指通过对半导体材料和器件物理性质的研究和掌握，利用现代化的科技手段和工程技术，不断开发更加高效、功能更加完善、应用方向更加广泛的光电器件。
半导体光电器件的设计需要分为以下几个阶段：一、理论分析理论分析属于光器件设计的起点。
在进行器件设计之前，必须对器件的使用环境、设计参数、功能等进行全面的理论分析研究。
发光二极管(LED)和LD
LED的应用
数字显示用显示器 利用LED进行数字显示， 有点矩阵型和字段型两种方 式。点矩阵型如图示，使 LED发光元件纵横按矩阵排 列，按需要显示的数字只让 相应的元件发光。为进行数 字显示，每个数字需要７行 ５列的矩阵，共需35个元件。 除数字之外，还可显示英文 字符、罗马字符、日文假名 等，其视认性也很好。
LED的应用
光源 LED除用做显示器件外，还可用做各种装置、 系统的光源。如电视机、空调等的遥控器的光源。 在光电检测系统及光通信系统中，也可作为发射 光源来使用。当然在这两个领域中的应用有一定 限制，如由于LED相干长度短，不适合做为大量 程干涉仪的光源；在目前的数字光纤通信系统中， 由于光纤存在色散特性， LED的宽光谱将导致 脉冲的展宽，限制系统的通信容量， LED只适 合于低速率、短距离光纤通信系统。
LED的特点及应用
５、寿命长，基本上不需要维修。可作 为地板、马路、广场地面的信号光源， 是一个新的应用领域。
LED的应用
指示灯 在LED的应用中，首先应举出的是 各种类型的指示灯、信号灯， LED正在 成为指示灯的主要光源。LED的寿命在 数十万小时以上，为普通白炽灯的100倍 以上，而且具有功耗小、发光响应速度 快、亮度高、小型、耐振动等特点，在 各种应用中占有明显的优势.
LD的谐振腔
注入电流
解理面
有源区
解理面
L
R1 Z＝0
增益介质
R2 Z＝L
LD的阈值条件
光在谐振腔内往返一次不衰减的条件为：
gL L 1/ 2 ln 1 R1R2
式中R1，R2为谐振腔两个反射面的反射率， g为增益系数，L为谐振腔长， α为损耗系数。 端面损 内部损 总损耗 + 总增益 耗 耗
LED和LD的光源特性测试实验
LD/LED光源特性测试实验1. 实验目的通过测量LED发光二极管和LD半导体激光器的输出功率－电流（P-I）特性曲线和P-I特性随器件温度的变化，理解LED发光二极管和LD半导体激光器在工作原理及工作特性上的差异。
2. 实验原理2.1 LD工作原理从激光物理学中我们知道，半导体激光器的粒子数反转分布是指载流子的反转分布。
正常条件下，电子总是从低能态的价带填充起，填满价带后才能填充到高能态的导带；而空穴则相反。
如果我们用电注入等方法，使p-n结附近区域形成大量的非平衡载流子，即在小于复合寿命的时间内，电子在导带，空穴在价带分别达到平衡，如图1所示，那么在此注入区内，这些简并化分布的导带电子和价带空穴就处于相对反转分布，称之为载流子反转分布。
注入区称为载流子分布反转区或作用区。
结型半导体激光器通常用与p-n结平面相垂直的一对相互平行的自然解理面构成平面腔。
在结型半导体激光器的作用区内，开始时导带中的电子自发地跃迁到价带和空穴复合，产生相位、方向并不相同的光子。
大部分光子一旦产生便穿出p-n结区，但也有一部分光子在p-n结区平面内穿行，并行进相当长的距离，因而它们能激发产生出许多同样的光子。
这些光子在平行的镜面间不断地来回反射，每反射一次便得到进一步的放大。
这样重复和发展，就使得受激辐射趋于占压倒的优势，即在垂直于反射面的方向上形成激光输出。
图1半导体激光器的能带图2.2 LED 工作原理发光二极管是大多由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN 结。
因此它具有一般P-N 结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。
半导体发光器件-LD和LE
contents
目录
• 引言 • LD（激光二极管） • LE（发光二极管） • LD与LE的性能比较 • LD与LE的优缺点分析 • LD与LE的未来展望
01 引言
半导体发光器件简介
半导体发光器件是指利用半导体材料 作为发光介质，通过注入载流子（电 子和空穴）实现发光的一种固态电子 器件。
高效能
LD具有高光电转换效率，能够将更多 的电能转化为光能，从而减小了能源 消耗。
LD的优缺点
• 长寿命：LD的寿命通常较长，能够保证长时间的 使用。
LD的优缺点
价格较高
定向性强
相对于LED，LD的价格较高，这可能 会增加产品的成本。
由于LD的光束具有高度的定向性，因 此在某些需要散射光的场合不太适用。
受激发射
在激光二极管中，电子在受到光 或电的激发后，跃迁到高能级， 当高能级电子向低能级跃迁时，
会释放出光子，形成激光。
谐振腔
激光二极管内部通常包含两个反 射镜，形成谐振腔，使光子在反 射镜之间来回反射，不断增强光
子能量，最终形成激光输出。
注入电流
激光二极管需要一定的注入电流 才能工作，电流通过激光二极管 的P-N结，产生电子和空穴对， 这些电子和空穴对在受到激发后
高效化
提高LE的发光效率和降低 能耗，实现更节能环保的 照明。
多色化
开发不同材料的LE，实现 多彩照明，丰富人们的视 觉体验。
04 LD与LE的性能比较
发光效率
01
02
03
LD的发光效率通常高于 LE，因为LD的芯片结构 更简单，发光效率更高。
LD的发光效率可以达到 100 lm/W以上，而LE的 发光效率一般在50-70
ld和led的功率计算方法似乎并不一样 (1)
LD和LED的功率计算方法似乎并不一样。
LD的功率往往指输出的光功率，而LED的功率却指输入的电功率。
最早LED的发光效率（输入/输出）不到1%，现在最高已经可以超过40%了。
如果LD和LED形成的光斑面积相同，两者的中心波长相同，两者的输出功率相同，那么由于LD的光谱宽度远小于LED（也就是夜色更纯），大部分人看来，LD的光更刺眼。
看你的光传感器的敏感波长。
如果这个波长范围包括LD的波长，就可以用。
如果传感器的波长最敏感区包括了LD的波长，就会很灵敏。
激光二极管和普通发光二极管结构有区别吗？发出的光有什么区别？发光二极管发出的光的波长有一定的范围，是所谓谱带，其中红色光最强、就是发红光的二极管，绿色光最强、就是发绿光的二极管；但是如果发出的光的波长不在可见光范围，那就是另外一回事了。
激光二极管是在发光二极管的基础上，在内部加了一个光学谐振腔，发出的光是单色光（一个波长的光），强度大，方向性好。
什么是OLED(有机发光二极管)OLED的原文是Organic Light Emitting Diode，中文为有机发光二极管。
其原理是在两电极之间夹上有机发光层，当正负极电子在此有机材料中相遇时就会发光，其组件结构比目前流行的TFT LCD简单。
OLED还有许多优势，比如自身发光的特性，目前LCD都需要背光模块（在液晶后面加灯管），但OLED通电之后就会自己发光，可以省掉灯管的重量体积及耗电量（灯管耗电量几乎占整个液晶屏幕的一半），不仅让产品厚度只剩两厘米左右，操作电压更低到2至10伏特，加上OLED的反应时间（小于10ms）及色彩都比TFT LCD出色，更有可弯曲的特性，让它的应用范围极广。
字体清晰度是相当高的。
还有，OLED屏幕在阳光的照耀下仍然显示得很清楚，跟一般的彩屏是不一样的，例如现在的彩屏手机，它在太阳光下就显得黯然失色了。
韩国LED厂商销售额激增，主要满足液晶电视需求2010年2月8日14:52 日经BP社韩国厂商在LED市场的地位正迅速攀升。
发光二极管LED和激光二极管LD
发光二极管LED 和激光二极管LD发光二极管(LED)和激光二极管(LD)是两类广泛应用于光纤通信系统的半导体光源。
两者的主要区别在于LED的输出是部分相干，而LD的输出是相干光。
的，而LD的输出是相干光。
原理：led的波长有一个范围，不是严格单色光1、相干光：两束满足相干条件的光称为相干光，相干条件(Coherent Condition)：这两束光在相遇区域：①振动方向相同；②振动频率相同；③相位相同或相位差保持恒定那么在两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。
2、相干光的获得(1)普通光源的发光机理当原子中大量的原子(分子)受外来激励而处于激发状态。
处于激发状态的原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波。
当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即为可见光。
原子的每一次跃迁时间很短(10-8 s)。
由于一次发光的持续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而长度有限的一个波列。
由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间，以及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向与频率也不尽相同，着就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象。
(2)获得相干光源的三种方法a原理：波阵面分割法将同一光源上同一点或极小区域(可视为点光源)发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来的光的频率和振动方向相同，在相遇点的相位差也是恒定的，因而是相干光。
如，杨氏双缝干涉实验。
b方法：振幅分割法一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法。
如，薄膜干涉。
c方法：采用激光光源激光光源的频率,位相,振动方向,传播方向都相同。
LD和LED发光机理：LD产生激光若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。
电器工作原理之发光二极管从普通灯泡到LED
电器工作原理之发光二极管从普通灯泡到LED发光二极管（LED）是一种半导体器件，通过电压激发下的电子与空穴复合，产生光辐射。
与传统的普通灯泡相比，LED具有更高效、更稳定、更持久的优点。
本文将从普通灯泡的工作原理开始，探讨发光二极管的基本原理及其在电器领域的应用。
一、普通灯泡的工作原理普通灯泡采用的是电阻丝发光原理，内部有灯丝与灯泡内部填充的惰性气体相连。
当电流通过灯泡时，灯丝阻值较大，电流与阻值之间产生较大的热量。
灯丝加热到一定程度时，惰性气体中的原子开始自由移动，碰撞并转移能量，最终发生热辐射，即发光。
然而，普通灯泡的发光效率较低，大量电能转化为热能带来能源浪费。
此外，普通灯泡使用的镇流器易损坏，寿命有限，频繁更换灯泡增加了能源消耗和维护成本。
二、发光二极管的基本原理1.半导体材料特性发光二极管采用的是半导体材料，比如砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）等。
半导体材料具有特殊的电子结构，其中存在价带与导带之间的能隙。
当材料中施加电压或注入电子和空穴时，电子与空穴在能隙中复合，能量以光子的形式释放，即产生发光。
2.电子与空穴复合过程当LED两端施加正向电压，电流从P型半导体注入到N型半导体，P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合。
根据复合过程，LED可分为直接复合型和间接复合型。
(1) 直接复合型LED在直接复合型LED中，载流子的复合直接在能隙范围内完成。
电子与空穴在能量最低的轻子态或重子态之间复合，产生的能量以光子的形式发射出来。
(2) 间接复合型LED在间接复合型LED中，复合过程需要借助材料中的其他参与者，如声子，才能完成。
因此，间接复合型LED的复合效率相对较低，发光效果也较差。
3.半导体材料的能带差异在半导体材料中，P型半导体的导带与N型半导体的导带之间存在能带差异。
当电子与空穴复合时，能量差异会导致释放出不同波长的光。
三、发光二极管的应用1.照明领域LED在照明应用中的优点不可忽视。
LD与LED特性测试(通达)
LED/LD的P-I特性
在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐 振腔。因此，LD和LED的功率与电流的P-I 关系特性曲线则有很大的差别。 LED的P-I曲线基本上是一条近似的线性直 线，只有当电流过大时，由于PN结发热产 生饱和现象，使P-I曲线的斜率减小。
LED/LD的P-I特性示意图
•对于LD，当正向 注入电流较低时， LD只能发射荧光； 随着电流的增大， 当注入电流增大到 某一数值时，增益 克服损耗，LD输出 激光，此时的注入 电流值定义为阈值 电流Ith 。
LD的外微分量子效率
外微分量子效率 :输出光子数随注入的电子数增加 的比率，在Ｐ－Ｉ曲线中，它由曲线斜率来表征。
实验内容
1、测试LD的功率－电流（P-I）特性曲线和 电压－电流（V-I）特性曲线。 2、测试LED的功率－电流（P-I）特性
实验步骤说明
测量LED的P-I和V-I曲线
将电流调到最小，切换开关到LED，开启LED的驱动电源。 缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流，每隔一定电流间隔， 记录LED的电压值和光功率值。
0
3
6
9
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开启温控器电源开关，分别设定提高温度值+10℃, 升高LD的工作温度，重复上面实验 。 并根据测试结果绘制LD的P-I曲线和V-I曲线。 比较在不同温度下，LD的特性曲线变化。
实验注意事项
1、插拔LD之前，务必先把电流调到最小，然 后关闭电源开关。这是因为带电插拔LD会造 成LD的劣化。 2、在LD的P-I-V实验测中，电流值请勿超过 30mA，以免烧坏元器件。 3、做完实验请收拾好仪器，将所有旋钮归零。
LD and LED and 激光器 (5)
3、发光亮度与电流密度
（1）发光亮度基本上与正向电流密度成线性关系。 （2）发光亮度受到环境温度的影响。 (a)环境温度越高，所允许的耗散功率越小，允许 的工作电流也就越小，发光亮度下降； (b)环境温度越高，结温升高，也使发光效率（亮 度）下降。 （ 3 ）即使环境温度不变，由于注入电流加大，引起结 温升高，发光亮度－电流密度曲线也会呈现饱和现象。
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• LED固态照明被认为是21世纪照明新节能光源，因 为在同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的 1/10,而寿命却可以延长100。 • 此外，LED器件是冷光源，具有光效高、工作电压 低、耗电量小、体积小、可平面封装、易于开发轻 薄型产品、结构坚固寿命很长等特点。
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LED的发展历史
• 1965年世界上的第一只商用化LED诞生，用 锗制成，单价45美元，为红光LED，发光效 率0.1 lm/w • 1968年利用半导体搀杂工艺使GaAsP材料的 LED的发光效率达到1 lm/w, 并且能够发出 红光、橙光和黄光 • 1971年出现GaP材料的绿光LED，发光效率也 达到1 lm/w
6、由于器件在正向偏置下使用，因此性能稳定，寿命长(≥106 小时)；
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缺点：
1、发光二极管的主要缺点是发光效率低，有效发光面 很难做大。 2、功率较小，只有微瓦级和毫瓦级： 3、光色有限，较难获得短波发光（如紫外、蓝色）， 制成的短波发光二极管的价格昂贵，且发光效率低。
应用：
二极管除用于数字、字符显示器件外，还被作为光源器件 广泛用于光电检测技术领域中。
4.1310 15 31014 1.43