半导体光源的工作原理及涉及的器件有哪些?

音频信号光纤传输实验

光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了愈来愈广泛的用途，也显示了其愈来愈重要的地位。随之而来的电光转换和光电转换技术、耦合技术、光传输技术等，都是光纤传输技术及器件构成的重要成分。对于不同频率的信号传输和传输的频带宽度，上述各种技术有很大的差异，构成的器件也具有不同的特性。通过实验了解这些特性及其对信息传输的影响，有助于在科研与工程中恰当地使用这一信号传输技术。

一、实验目的

1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。

2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。

二、实验仪器

FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器组成

三、实验原理

1. 音频信号光纤传输系统的原理

传输系统由逗光信号发送器地、逗光信号接受器地和逗传输光纤地三部分组成。其原理主要是：先将待传输的音频信号作为源信号供给逗光信号发送器地，从而产生相应的光信号，然后将此光信号经光纤传输后送入逗光信号接受器地，最终解调出原来的音频信号。为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。本仪器

LED发光中心波长为850nm，光信号接受器的光电检测器峰值响应波长也与此接近。

为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。由于光纤对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统频带宽度主要决定于发射端的调制信号放大电路和接收端的功放电路的幅频特性。

2. 半导体发光二极管LED的结构和工作原理

光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求，所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯的任务，目前在以上各方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（light emitting diode，缩写LED）和半导体激光器（Laser Diode，缩写LD）。以下主要介绍发光二极管。半导体发光二极管是低速短距离光通信中常用的非相干光源，它是如图

3所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P

层之间形成的是P-P异质结，所以这种结构又称为N-P-P双异质结构，简称DH结构。

当在N-P-P双异质结两端加上偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P-P异质结的的阻挡作用不能再进入右侧P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：

半导体发光二极管是一种极为重要的发光器件,它们不但在电子仪表显示、照明、大规模集成电路、光通信等方面有着广泛的应用,在研究领域也一直倍受人们的关注。本文对半导体发光二极管的正向电特性进行了较为系统的研究,其中的主要工作可以概括如下: 1.对现有的实验仪器TH2819 Precision LCR Meter进行了开发与改进,实现了计算机对它的远程控制,大大提高了测试效率根据实验需要,自行组建了实验装置,包括低频电学测试装置和交流电压调制发光实验装置。 2.采用基于并联模式的交流小信号法,在20Hz至100kHz的频率范围内,对半导体发光二极管的正向交流电特性进行了检测,并对实验结果进行了电压分段讨论。3.用低频电学测试装置,在1Hz至20Hz的频率范围内,对半导体发光二极管的电容特性进行了测试。实验结果表明,所有发光二极管在明亮发光时的电容仍为负值。 4.用交流电压调制发光装置对发光二极管的相对发光强度和发光相角进行了检测,并对相对发光强度和发光相角随频率变化的特征曲线进行了定性解释。 5.在我们测试的频率范围内,半导体发光二极管中普遍存在着负电容现象,并且测试频率越低、正向电压越大,负电容现象就越显著相对发光强度的频率特性曲线表明,影响发光二极管负电容的因素除了载流子的强辐射复合外,还有一个与频率密切相关的相位因子 6.通过对实验结果进行仔细分析,总结出负电容随电压、频率变化关系的经验公式。【关键词】：半导体发光二极管 正向交流小信号法 负电容 低频特性 相对发光强度 发光相角

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