光纖通信系統(tǒng)課件Chaer光發(fā)射機

第3章光發(fā)射機

3.1.1半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)

3.1.2半導(dǎo)體激光器的主要特性

3.1.3分布反饋激光器

3.1.4發(fā)光二極管

3.1.5半導(dǎo)體光源一般性能和應(yīng)用

返回主目錄3.1光源

3.1.1半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)

一、半導(dǎo)體激光器的工作原理

受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布

PN結(jié)的能帶和電子分布

激光振蕩和光學(xué)諧振腔

二、半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)

3.1.2半導(dǎo)體激光器的主要特性一、發(fā)射波長和光譜特性二、激光束的空間分布三、轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性

四、

頻率特性五、溫度特性

3.1.3分布反饋激光器

一、工作原理

二、DFB激光器的優(yōu)點

3.1.4發(fā)光二極管一、工作原理二、工作特性

3.1.5半導(dǎo)體光源一般性能和應(yīng)用3.1光源

光源是光發(fā)射機的關(guān)鍵器件，其功能是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號。目前光纖通信廣泛使用的光源主要有半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器(LD)和發(fā)光二極管或稱發(fā)光管(LED)，有些場合也使用固體激光器。本節(jié)首先介紹半導(dǎo)體激光器(LD)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和主要特性，然后進一步介紹性能更優(yōu)良的分布反饋激光器(DFB-LD)，最后介紹可靠性高、壽命長和價格便宜的發(fā)光管(LED)。

3.1.1半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。光源調(diào)制器驅(qū)動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光發(fā)射機將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柺芗ぽ椛浜土Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)分布

有源器件的物理基礎(chǔ)是光和物質(zhì)相互作用的效應(yīng)。在物質(zhì)的原子中，存在許多能級，最低能級E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的能級Ei(i=2,3,4…)稱為激發(fā)態(tài)。電子在低能級E1的基態(tài)和高能級E2的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式：受激吸收自發(fā)輻射受激輻射

(見圖3.1)(1)受激吸收在正常狀態(tài)下，電子處于低能級E1，在入射光作用下，它會吸收光子的能量躍遷到高能級E2上，這種躍遷稱為受激吸收。電子躍遷后，在低能級留下相同數(shù)目的空穴。E2E1受激吸收躍遷h(2)自發(fā)輻射

在高能級E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自動地躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射。hE2E1自發(fā)發(fā)射躍遷

(3)受激輻射

在高能級E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。hE2E1受激發(fā)射躍遷hh受激發(fā)射的光子與原光子具有相同的波長、相位和傳播方向受激輻射和受激吸收的區(qū)別與聯(lián)系

受激輻射是受激吸收的逆過程。電子在E1和E2兩個能級之間躍遷，吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足波爾條件，即E2-E1=hf12(3.1)式中，h=6.628×10-34J·s，為普朗克常數(shù)，f12為吸收或輻射的光子頻率。

受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光的特點很不相同。

受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光稱為相干光。

自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的，其頻率和方向分布在一定范圍內(nèi)，相位和偏振態(tài)是混亂的，這種光稱為非相干光。產(chǎn)生生受激輻輻射和產(chǎn)生生受激吸吸收的物質(zhì)質(zhì)是不不同的的。設(shè)設(shè)在在單位位物質(zhì)質(zhì)中，，處于于低能能級E1和處于于高能能級E2(E2>E1)的原原子數(shù)數(shù)分別別為N1和N2。當系統(tǒng)統(tǒng)處于于熱平衡衡狀態(tài)態(tài)時，存存在下下面的的分布布(3.2)式中，，k=1.381×10-23J/K，為為波爾爾茲曼曼常數(shù)數(shù)，T為熱熱力學(xué)學(xué)溫度度。由由于(E2-E1)>0，T>0，所所以在在這種種狀態(tài)態(tài)下，，總是是N1>N2。這這是因因為電電子總總是首首先占占據(jù)低低能量量的軌軌道。。受激吸吸收和和受激激輻射射的速速率分分別比比例于于N1和N2，且比例例系數(shù)(吸收和和輻射的的概率)相等。。如果N1>N2，即受激吸收收大于受受激輻射射。當光通通過這種種物質(zhì)時時，光強強按指數(shù)數(shù)衰減，，這種種物質(zhì)稱稱為吸收物質(zhì)質(zhì)。如果N2>N1，即受激輻射射大于受激吸收收，當光通通過這種種物質(zhì)時時，會產(chǎn)產(chǎn)生放大大作用，，這種物物質(zhì)稱為為激活物質(zhì)質(zhì)。N2>N1的分布，，和正常常狀態(tài)(N1>N2)的分布布相反，，所以稱稱為粒子(電電子)數(shù)數(shù)反轉(zhuǎn)分分布。問題：如如何得到到粒子數(shù)數(shù)反轉(zhuǎn)分分布的狀狀態(tài)呢?這個個問題將將在下面面加以敘敘述。

圖3.2半導(dǎo)體的能帶和電子分布(a)本征半導(dǎo)體；(b)N型半導(dǎo)體；(c)P型半導(dǎo)體2.PN結(jié)的的能帶和和電子分分布在半導(dǎo)體體中，由由于鄰近近原子的的作用，，電子所所處的能能態(tài)擴展展成能級級連續(xù)分分布的能能帶。能能量低的的能帶稱稱為價帶，能量高高的能帶帶稱為導(dǎo)帶，導(dǎo)帶底底的能量量Ec和價帶頂頂?shù)哪芰苛縀v之間的能能量差Ec-Ev=Eg稱為禁帶寬度度或帶隙。電子不不可能占占據(jù)禁帶帶。圖3.2示出不不同半導(dǎo)導(dǎo)體的能能帶和電電子分布布圖。根根據(jù)量子子統(tǒng)計理理論，在在熱平衡衡狀態(tài)下下，能量量為E的的能級被被電子占占據(jù)的概概率為費費米分布布式中，k為波茲茲曼常數(shù)數(shù)，T為為熱力學(xué)學(xué)溫度。。Ef稱為費米能級級，用來描描述半導(dǎo)導(dǎo)體中各各能級被被電子占占據(jù)的狀狀態(tài)。在費米能能級，被被電子占占據(jù)和空空穴占據(jù)據(jù)的概率率相同。。(3.3)一般狀態(tài)態(tài)下，本本征半導(dǎo)導(dǎo)體的電電子和空空穴是成成對出現(xiàn)現(xiàn)的，用用Ef位于禁帶中央央來表示，見見圖3.2(a)。在本征半導(dǎo)體體中摻入施主主雜質(zhì)，稱為為N型半導(dǎo)體，見圖3.2(b)。在本征半導(dǎo)體體中，摻入受受主雜質(zhì)，稱稱為P型半導(dǎo)體，見圖3.2(c)。在P型和N型型半導(dǎo)體組成成的PN結(jié)界界面上，由于于存在多數(shù)載載流子(電子子或空穴)的的梯度，因而而產(chǎn)生擴散運運動，形成內(nèi)部電場，見圖3.3(a)。。內(nèi)部電場產(chǎn)生生與擴散相反反方向的漂移移運動，直到到P區(qū)和N區(qū)區(qū)的Ef相同，兩種運運動處于平衡衡狀態(tài)為止，，結(jié)果能帶發(fā)發(fā)生傾斜，見見圖3.3(b)。P區(qū)PN結(jié)空間電荷區(qū)N區(qū)內(nèi)部電場擴散漂移P-N結(jié)結(jié)內(nèi)載流子運運動；圖3.3PN結(jié)的能能帶和電子分分布勢壘能量EpcP區(qū)EncEfEpvN區(qū)Env零偏壓時P-N結(jié)的的能帶傾斜圖圖；hfhfEfEpcEpfEpvEncnEnv電子，空穴內(nèi)部電場外加電場正向偏壓下P-N結(jié)結(jié)能帶圖獲得粒子數(shù)反反轉(zhuǎn)分布增益區(qū)的產(chǎn)生生：在PN結(jié)上施施加正向電壓壓，產(chǎn)生與內(nèi)內(nèi)部電場相反反方向的外加加電場，結(jié)果果能帶傾斜減減小，擴散增增強。電子運運動方向與電電場方向相反反，便使N區(qū)區(qū)的電子向P區(qū)運動，P區(qū)的空穴向向N區(qū)運動，，最后在PN結(jié)形成一個個特殊的增益區(qū)。增益區(qū)的導(dǎo)帶帶主要是電子子，價帶主要要是空穴，結(jié)結(jié)果獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分分布，見圖3.3(c)。在電子和空穴穴擴散過程中中，導(dǎo)帶的電電子可以躍遷遷到價帶和空空穴復(fù)合，產(chǎn)產(chǎn)生自發(fā)輻射光。非輻射復(fù)合因晶格缺陷和和雜質(zhì)引起的的復(fù)合及在異異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)邊邊界處的界面面復(fù)合。但在在晶體結(jié)構(gòu)良良好的一般激激光器中，上上述這些復(fù)合合小到可以忽忽略的程度。。更本質(zhì)的非非輻射復(fù)合合是由俄歇歇（Auger）過過程產(chǎn)生的的復(fù)合。二個電子與與一個空穴穴相碰撞，，一個電子子與空穴復(fù)復(fù)合，另一一個電于獲獲得能量激激發(fā)到導(dǎo)帶帶內(nèi)高能級級處。（CCCH））兩個重空穴穴與一個電電子相碰撞撞，電子與與一個重空空穴復(fù)合，，另一個重重空穴被激激發(fā)到高能能帶上，即即自旋分裂裂能帶。（（CHHS）兩個重空穴穴與一個電電子相碰撞撞，電子與與一個重空空穴復(fù)合，，另一個重重空穴被激激發(fā)到高能能帶上，即即輕空穴帶帶。（CHHL）被激發(fā)的載載流子以熱熱的形式把把能量傳給給晶格而返返回到非激激發(fā)狀態(tài)。。俄歇過程中中，系統(tǒng)的的能量守恒恒定律與動動量守恒定定律必須成成立。直接帶隙間接帶隙3.激光光振蕩和光光學(xué)諧振腔腔激光振蕩的的產(chǎn)生：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分布（必要條件)+激活物質(zhì)置置于光學(xué)諧諧振腔中，，對光的頻頻率和方向向進行選擇擇=連續(xù)的光放放大和激光光振蕩輸出出?；镜墓鈱W(xué)諧振腔腔由兩個反射射率分別為為R1和R2的平行行反射鏡構(gòu)構(gòu)成(如如圖3.4所示)，，并被稱為為法布里-珀羅羅(FabryPerot,FP)諧振腔腔。由于諧振腔腔內(nèi)的激活活物質(zhì)具有有粒子數(shù)反反轉(zhuǎn)分布，，可以用它它產(chǎn)生的自發(fā)輻射光光作為入射光光。

圖3.4激光器的構(gòu)成和工作原理(a)激光振蕩；(b)光反饋式中，γth為閾值增益益系數(shù)，αα為諧振腔腔內(nèi)激活物物質(zhì)的損耗耗系數(shù)，L為諧振腔腔的長度，，R1，R2<1為兩個個反射鏡的的反射率激光振蕩的的相位條件件為式中，λ為為激光波長長，n為激激活物質(zhì)的的折射率，，q=1,2,3…稱稱為縱模模模數(shù)。在諧振腔內(nèi)內(nèi)開始建立立穩(wěn)定的激激光振蕩的的閾值條件為為γth=α+(3.4)L=q(3.5)4.半導(dǎo)導(dǎo)體激光器器基本結(jié)構(gòu)構(gòu)半導(dǎo)體激光光器的結(jié)構(gòu)構(gòu)多種多樣樣，基本結(jié)結(jié)構(gòu)是圖3.5示出出的雙異質(zhì)質(zhì)結(jié)(DH)平面條條形結(jié)構(gòu)。。這種結(jié)構(gòu)由由三層不同類型半半導(dǎo)體材料料構(gòu)成，不不同材料發(fā)發(fā)射不同的的光波長。。圖中標出所所用材料和和近似尺寸寸。結(jié)構(gòu)中間有一層厚0.1~0.3μμm的窄帶帶隙P型半半導(dǎo)體，稱稱為有源層；兩側(cè)分別為寬帶帶隙的P型型和N型半半導(dǎo)體，稱稱為限制制層層。三三層層半半導(dǎo)導(dǎo)體體置置于于基片片(襯襯底底)上上，，前前后后兩兩個個晶晶體體解解理理面面作作為為反反射射鏡鏡構(gòu)構(gòu)成成法法布布里里-珀珀羅羅(FP)諧諧振振腔腔。。DH激光光器工作作原理由于限制制層的帶帶隙比有有源層寬寬，施加加正向偏壓壓后，P層的空穴和N層的的電子注入有源層。P層帶隙隙寬，導(dǎo)導(dǎo)帶的能能態(tài)比有有源層高高，對注注入電子形成了勢勢壘，注注入到有有源層的的電子不不可能擴擴散到P層。同理，注注入到到有源層層的空穴也不可能能擴散到到N層。。這樣，注注入到有有源層的的電子和和空穴被被限制在在厚0.1~0.3μμm的的有源層層內(nèi)形成成粒子數(shù)反反轉(zhuǎn)分布布，這時只只要很小小的外加加電流，，就可以以使電子子和空穴穴濃度增增大而提提高效益益。另一方面面，有源源層的折折射率比比限制層層高，產(chǎn)產(chǎn)生的激激光被限限制在有源區(qū)內(nèi)，因而而電/光光轉(zhuǎn)換效效率很高高，輸出出激光的的閾值電流流很低，很很小的散散熱體就就可以在在室溫連連續(xù)工作作。圖3.6DH激光器工作原理(a)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)；(b)能帶；(c)折射率分布；(d)光功率分布3.1.2半半導(dǎo)導(dǎo)體激光光器的主主要特性性1.發(fā)發(fā)射波長長和光譜譜特性半導(dǎo)體激激光器的的發(fā)射波長長等于禁帶寬度度Eg(eV)，由式(3.1)得到到hf=Eg(3.6)不同半導(dǎo)導(dǎo)體材料料有不同同的禁帶寬度度Eg，因而有有不同的的發(fā)射波長長λ。鎵鋁砷-鎵砷(GaAlAs-GaAs)材料適適用于0.85μm波段銦鎵砷磷磷-銦銦磷(InGaAsP-InP)材料適適用于1.3~1.55μμm波段段式中，f=c/λλ，f(Hz)和λ(μm)分別為為發(fā)射光光的頻率率和波長長，c=3××108m/s為為光速，，h=6.628×10-34J·S為為普朗克克常數(shù)，，1eV=1.6××10-19J，代代入上上式得得到圖3.7是是GaAlAs-DH激激光器器的光光譜特特性。。在直流流驅(qū)動動下，，發(fā)射光光波長長只有符符合激激光振振蕩的的相位條條件式(3.5)的的波長長存在在。這這些些波長長取決決于激光器器縱向向長度度L，并稱稱為激激光器器的縱模。驅(qū)動電電流變變大，縱模模模數(shù)變變小，，譜譜線寬寬度變變窄。這種變變化是是由于于諧振振腔對對光波頻頻率和方向的選擇擇，使使邊模消消失、主模增增益增加而而產(chǎn)生生的。。當驅(qū)動動電流流足夠夠大時時，多縱模模變?yōu)閱慰v模模，這種種激光光器稱稱為靜態(tài)單單縱模模激光光器。圖3.7(b)是300Mb/s數(shù)數(shù)字調(diào)調(diào)制的的光譜譜特性性，由由圖圖可見見，隨隨著調(diào)調(diào)制電電流增增大，，縱模模模數(shù)數(shù)增多多，譜譜線寬寬度變變寬。。

圖3.7GaAlAs-DH激光器的光譜特性(a)直流驅(qū)動;(b)300Mb/s數(shù)字調(diào)制0799800801802Im/mA40353025I=100mAPo=10mWI=85mAPo=6mWI=80mAPo=4mWI=75mAPo=2.3mWL=250μmW=12μmT=300K830828832830828832830828826832830828826824836834832830828826824822820(a)(b)2.激激光光束的的空間間分布布激光束束的空空間分分布用用近場和遠場來描述述。近場是指激激光器器輸出出反射射鏡面面上的的光強強分布布；遠場是指離離反射射鏡面面一定定距離離處的的光強強分布布。圖3.8是是GaAlAs-DH激激光器器的近近場圖圖和遠遠場圖圖，近近場和和遠場場是由由諧振振腔(有源源區(qū))的橫橫向尺尺寸，，即平平行于于PN結(jié)平平面的的寬度度w和和垂直直于結(jié)結(jié)平面面的厚厚度t所決定定，并并稱為為激光光器的的橫模。由圖3.8可以以看出出，平平行于于結(jié)平平面的的諧振振腔寬寬度w由寬寬變窄窄，場場圖呈呈現(xiàn)出出由多多橫模模變?yōu)闉閱螜M橫模；；垂直直于結(jié)結(jié)平面面的諧諧振腔腔厚度度t很薄，，這個個方向向的場場圖總總是單橫模模。圖3.8GaAlAs-DH條形激光器的近場和遠場圖樣

3.-9典型半導(dǎo)體激光器的遠場輻射特性和遠場圖樣(a)光強的角分布；(b)輻射光束圖3.9為為典型型半導(dǎo)導(dǎo)體激激光器器的遠遠場輻輻射特特性，，圖中中θ‖和θ⊥分別為為平行行于結(jié)結(jié)平面面和垂垂直于于結(jié)平平面的的輻射射角，，整個個光束束的橫橫截面面呈橢橢圓形形。3.轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換效率率和輸輸出光光功率率特性性激光器器的電電/光光轉(zhuǎn)換換效率率用外外微分分量子子效率率ηd表示，其定定義是在閾閾值電流以以上，每對對復(fù)合載流流子產(chǎn)生的的光子數(shù)(3.7a)由此得到(3.7b)式中，P和和I分別為為激光器的的輸出光功功率和驅(qū)動動電流，Pth和Ith分別為相應(yīng)應(yīng)的閾值，，hf和e分別為為光子能量量和電子電電荷。圖3.10是典型激激光器的光光功率特性性曲線。當I<Ith時激光器發(fā)發(fā)出的是自發(fā)輻射光光；當I>Ith時，發(fā)出的的是受激輻射光光，光功率率隨驅(qū)動動電流的的增加而而增加。。

圖3.10典型半導(dǎo)體激光器的光功率特性(a)短波長AlGaAs/GaAs(b)長波長InGaAsP/InP4.頻頻率特性性在直接光光強調(diào)制制下，激激光器器輸出光功率P和調(diào)制頻率率f的關(guān)系為為P(f)=(3.8a)(3.8b)式中，和ξ分別稱為弛豫頻率和阻尼因子，Ith和I0分別為閾值電流和偏置電流；I′是零增益電流，高摻雜濃度的LD，I′=0，低摻雜濃度的LD,I′=(0.7~0.8)Ith；τsp為有源區(qū)內(nèi)的電子壽命，τph為諧振腔內(nèi)的光子壽命。圖3.11半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制頻率特性圖3.11示出出半導(dǎo)體體激光器器的直接接調(diào)制頻頻率特性性。弛豫豫頻率fr是調(diào)制頻率的的上限，一般般激光器的fr為1~2GHz。在接接近fr處，數(shù)字調(diào)制制要產(chǎn)生弛豫豫振蕩，模擬擬調(diào)制要產(chǎn)生生非線性失真真。

Ith=I0exp(3.9)5.溫度特特性對于線性良好好的激光器，，輸出光功率率特性如式(3.7b)和圖3.10所示。激光器輸出光光功率隨溫度度而變化有兩兩個原因（1）激光器的的閾值電流Ith隨溫度升高而增大（2）外微分分量子效率ηd隨溫度升高而減小。溫度升高時，，Ith增大，ηd減小，輸輸出光功率明明顯下降，達達到一定溫度度時，激光器器就不激射了了。當以直流流電流驅(qū)動激激光器時，閾閾值電流隨溫溫度的變化更更加嚴重。當當對激光器進進行脈沖調(diào)制制時，閾值電電流隨溫度呈呈指數(shù)變化，，在一定溫度度范圍內(nèi)，可可以表示為式中，I0為常數(shù)，T為結(jié)區(qū)的熱力力學(xué)溫度，T0為激光器材料料的特征溫度度。GaAlAs–GaAs激光器器T0=100~150KInGaAsP-InP激光器T0=40~70K所以長波長InGaAsP-InP激光器輸出出光功率對溫度的變化更加敏敏感。外微分量子效效率隨溫度的的變化不十分分敏感。圖3.12示示出脈沖調(diào)制制的激光器，，由于溫度升升高引起閾值值電流增加和和外微分量子子效率減小，，造成的輸出出光功率特性性P-I曲線的變化化。圖3.12P-I曲線隨溫度的變化3.1.3分分布反反饋激光器分布反饋(DFB)激光器用靠近近有源層沿長度方向制制作的周期性性結(jié)構(gòu)(波紋紋狀)衍射光柵實現(xiàn)光反饋。。這種衍射光柵的折射率周期期性變化，使使光沿有源層層分布式反饋饋。分布反饋激光光器的要求：（1）譜線寬度更窄（2）高速率率脈沖調(diào)制下下保持動態(tài)單縱模特特性（3）發(fā)射光波長更加穩(wěn)定，并并能實現(xiàn)調(diào)諧諧（4）閾值電流更低（5）輸出光功率更大圖3.13分布反饋(DFB)激光器(a)結(jié)構(gòu)；(b)光反饋如圖3.13所示，由有源層發(fā)射的光，一一部分在光柵波紋峰反射(如光線線a)，另另一部分繼續(xù)續(xù)向前傳播，，在鄰近的光柵波紋峰反射(如光線線b)。光柵周期Λ=m(3.10)ne為材料有效折折射率，λB為布喇格波長長，m為衍射射級數(shù)。在普通光柵的的DFB激光光器中，發(fā)生生激光振蕩的有兩個閾值最低、增益相相同的縱模，其波長為(3.11)DFB激光器器與F-P激激光器相比，，具有以下下優(yōu)點：①單縱模激光器器②譜線窄，波波長穩(wěn)定性好好③動態(tài)譜線好④線性好3.1.4發(fā)發(fā)光光二極管LD和LED的區(qū)別LD發(fā)射的是是受激輻射光LED發(fā)射的的是自發(fā)輻射光LED的結(jié)構(gòu)構(gòu)和LD相似似，大多是采采用雙異質(zhì)結(jié)(DH)芯片，把有源層夾夾在P型和N型限制層中中間，不同的的是LED不不需要光學(xué)諧諧振腔，沒沒有閾值。

圖3.14兩類發(fā)光二極管(LED)(a)正面發(fā)光型；(b)側(cè)面發(fā)光型發(fā)光二極管的的類型：正面發(fā)光型LED和側(cè)面發(fā)光型LED發(fā)光二極管的的特點：輸出光功率較較?。蛔V線寬寬度較寬；調(diào)調(diào)制頻率較低低；性能穩(wěn)定定，壽命長；；輸出光功率率線性范圍寬寬；制造工藝藝簡單，價格格低廉；適用用于小容量短短距離系統(tǒng)發(fā)光二極管的的主要工作特特性：(1)光譜譜特性。發(fā)光二極管發(fā)發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒有諧振振腔對波長的的選擇，譜線較寬。(2)光束束的空間分布布。在垂直于發(fā)光光平面上，正面發(fā)發(fā)光型型LED輻射射圖呈呈朗伯分分布，即即P(θ)=P0cosθ，，半功功率點點輻射射角θθ≈120°。。側(cè)面發(fā)發(fā)光型型LED，θθ‖≈120°°，θθ⊥≈25°~35°。。由于于θ大大，LED與光光纖的的耦合合效率率一般般小于于10%。。(3)輸輸出光光功率率特性性。發(fā)光二二極管管實際際輸出出的光光子數(shù)數(shù)遠遠遠小于于有源源區(qū)產(chǎn)產(chǎn)生的的光子子數(shù)，，一般般外微微分量量子效效率ηd小于于10%。。兩兩種種類類型型發(fā)發(fā)光光二二極極管管的的輸輸出出光光功功率率特特性性示示于于圖圖3.16。。驅(qū)動動電電流流I較較小小時時，P-I曲線線的的線性性較較好好；I過大大時時，，由由于于PN結(jié)結(jié)發(fā)發(fā)熱熱產(chǎn)產(chǎn)生生飽飽和和現(xiàn)現(xiàn)象象，，使使P-I曲線線的的斜斜率率減減小小。。LED的的P__I特特性性曲曲線線原理理：：由由正正向向偏偏置置電電壓壓產(chǎn)產(chǎn)生生的的注注入入電電流流進進行行自自發(fā)發(fā)輻輻射射而而發(fā)發(fā)光光43210501001500℃25℃70℃電流/mA輸出功率率/mW式中，f為調(diào)制頻率，P(f)為對應(yīng)于調(diào)制頻率f的輸出光功率，τe為少數(shù)載流子(電子)的壽命。定義fc為發(fā)光二極管的截止頻率，當f=fc=1/(2πτe)時，|H(fc)|=，最高調(diào)制頻率應(yīng)低于截止頻率。