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1、生产技术类培训之零件认识 -激光二极管 可调电阻的应用可调电阻的应用 发光二极管(LED Light Emitting Diode) 发光二极管是最早被用来作光纤通讯传输的光源，传输用的光源 波段主要有有780、850及1300nm等，最常用来设计为短距离(数 十至数百公尺)的数据传输如G-Ethernet、Fire-wire，作为短距通 讯主要原因除了制程简单、价格便宜外，另外是因为二极管本身 的特性，如光功率较低(约为数个W)，且光源的数值孔径较大 的关系，因此大多配合玻璃或塑料材质的多模光纤使用。 FP激光二极管(Fabry Perot Laser) FP雷射是最早用为通讯的雷射二极管(
2、LD laser Diode)，一般常见的波 段为850、1310nm，对应的光纤可为单模或多模光纤，因其高功率 (约数个mW)、低波段线宽(Spectral width)的特性，使其可作为较长距 离的光源(一般Telecommunication约30公里左右)，雷射光源与二极管 在结构上最大的不同是雷射是共振腔体的结构，简单来说，提供的 电流可使腔体内的电子因能阶的跃迁而放出光子，腔体端面可想作 是两面平行的镜子(即图三光源发出的两端面)，内部折射率较空气 为高，造成光子在腔体内汇聚，当能量累积到达一定程度就会发射 出来，因此会有所谓的临界电流(Threshold)的现象。 DFB雷射(Di
3、stributed Feedback Laser) DFB雷射是现今用作高性能的通讯光源，其结构及光电反应的特性皆 与FP雷射类似，通讯传输皆操作在临界电流之上，大部分波段在 1550nm左右，与FP的结构不同处，是DFB沿着共振腔体外部加上一层 光栅(Grating)，使雷射光仅允许单一波长光源存在于腔体中，我们称为 单一纵向模态(SLM Single Longitudinal Mode)，此一特性，使得产生的 功率(350mW)及线宽(0.80.08pm)方面较FP雷射更为优越，但价格也 是商品化光源中最昂贵的。是商品化光源中最昂贵的。 VCSEL雷射(Vertical Cavity Su
4、rface Emitting Laser) FP与DFB雷射虽有许多优点，但因发光源属于边射型，使耦合入光 纤的能量因封装等因素而有损失，而VCSEL雷射则结合LED与雷射 的优点，另外，雷射的共振腔体为垂直模式，加上发射模态与光纤 一致，如此一来便可以应用在猪尾巴(Pigtail)的封装上，增加耦合 效率，并能降低封装及生产制程的成本，一般使用在波段在 780980nm之间，光功率比FP、DFB雷射稍小，约为0.1mW左右， 线宽介于FP及DFB之间，可以视为单一纵向模态光源。 边射与面射 三种类型发光器件的比较 在不同温度下的LIV (Light-Current-Voltage)测试 生产
5、中的LIV (Light-Current-Voltage)测试 从 L-I Curve 观察到的几个特性 1. 临界电（Ith）在室温附近为最小，升高或低环 境温，都会使得Ith 增加。 2. Slope Efficiency 在室温附近为最大，升高或低 环境温，都会使得 斜下。 中小最小VCSEL 1. 临界电（Ith）随环境温的升高而增加。 2. 室温以下的斜几近相同。 3. 温愈高，曲线的斜（Slope Efficiency）愈小。 最窄大中LD 无明显差别最宽无最大LED 环境温对特性曲线的影响光谱宽 临界电所需之驱动电 LED、LD、VCSEL 的特性比较 1. 基座(Header)
6、 2. 热沉(Submount) 3. 激光二极管(LD) 4. 背光探测器(PD) 5. 封盖(Cap) 6. 窗口(Window) Laser Diode的构成(一) Laser Diode的构成(二) Laser Diode的构成(三) 发光器件 球形Lens Laser Diode的构成(四) Example of shipping data of new chip ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS deg.C-40 to +100-Storage temperature 存储温度存储温度Tstg deg.C-40 to +85-Operation temperatur
7、e 工作温度工作温度Tc mA2-PD forward current 正向电流正向电流(背光探测器背光探测器)IFD V20-PD reverse voltage 反向电压反向电压(背光探测器背光探测器)VRD V2-Laser reverse voltage 反向电压反向电压(激光器激光器)VRL mW107CWLight output power 出光功率出光功率Po UnitRatingsConditionsParameter Symbol 7.06.56.0 mm6.25.85.0ML720K45S ML725C45F CW, PL=5mW,SI10/125 Df(Note2) mW
8、-0.80.4CW, PL=5mW,SI10/125ML720Y45SPf(Note2) pF2010-VRD= 10 V, f=1MHzCapacitance (PD) 背光探测器电容背光探测器电容Ct m A0.1-VRD= 10 VDark Current (PD) 监视探测器暗电流监视探测器暗电流Id mA-0.50.1CW, Po=5mW, VRD=1V,Monitor Current (PD) 背光电流背光电流 Im nsec0.70.3-Ib=Ith, Po=5mW,10- 90%Rise and Fall time (10% -90%)上升上升/下降时 间 下降时 间 Tr ,
9、tf deg.-3011-CW, Po=5mWBeam divergence angle (perpendicular) 垂直辐射束角 垂直辐射束角 deg.-2511-CW, Po=5mWBeam divergence angle (parallel)平行辐射 束角 平行辐射 束角 nm21-CW, Po=5mW,RMS(-20dB)Spectral Width 光谱宽度光谱宽度 nm133013101290CW, Po=5mWCenter wavelength 中心波长中心波长c mW/mA-0.40.30.30.2CW, Po=5mWSlope efficiency 斜效率斜效率 V1.
10、51.1-CW, Po=5mWOperating voltage 正向压降正向压降Vop mA3520-CW, Po=5mWOperation current 额定工作电流额定工作电流Iop mA155-CWThreshold current 阈值电流阈值电流Ith UnitMax.Typ.Min.Test ConditionsParameterSymbol Note : applied to the lens cap type.Note : Pf,Df are applied to the ball lens type.Note : Df is a distance between refe
11、rence plane of the base to the fiber. LD的发光特点 Horizontal Beam Divergence（）与Vertical Beam Divergence（）： 下图为LD的发光示意图，LD是以圆锥状的型态发光。 对于水平分量（X轴）而言，其发散角的范围为：从发光中心点往两边X轴方向延伸，直到其 水平方向的圆锥体能量，为发光中心点的一半，此时所形成的夹角，即为Horizontal Beam Divergence（）。 而对于垂直分量（Y轴）而言，其发散角的范围为：从发光中心点往两边Y轴方向延伸，直到 其垂直方向的圆锥体能量，为发光中心点的一半，此时所
12、形成的夹角，即为Vertical Beam Divergence（）。 光斑Profile 光斑可以表征能的空间分布 LD光 光轴 机械轴 焦点 光轴 机械轴 倾斜角 倾斜角是光轴与机械轴的夹角 发散角 发散角表示能的集中程,决定于Lens的收敛效果等因素 焦點 Chip Lens Chip : center Lens : center Chip Lens Focal point : center Focal point : shift (x, y,z = ?um) Stem Stem Center of stem Z X Chip : shift (x, y=?um) Lens : cent
13、er Laser Diode的光轴偏移（一） Laser Diode的光轴偏移（二） LD与光纤耦合光路图与光纤耦合光路图: 理想LD与光纤耦合光路图: 实际上的光路图: 球透，平窗与非球Laser diode 球面镜与非球面镜TO-CAN： 平窗器件的应用 激光器/探测器组合 包含发射、接收双重 功能 激光器/探测器组合 包含发射、接收双重 功能 WDM 两个波长： 1310nm和1550nm 分别用于收、发信号 WDM 两个波长： 1310nm和1550nm 分别用于收、发信号 优势 1根光纤，全速率/全 双工 优势 1根光纤，全速率/全 双工 LD的LI曲线 LD的LI曲线中起始电流I
14、th 是足以激发光功率的门坎值 工作电流I op是LD位于工作 点的直流电流 工作点斜率表示功率随电流 变化的快慢 LD耦合效 LD的耦合效率是指工作电流下,LD所发出的功率与耦合 到光纤核心里的功率之比 可见与耦合效率相关的参数有：LD发散角;倾斜角;光斑 能量分布;光纤的收光能力等. 可测的参数 ?-曲线 ?光斑大小及形状 ?光轴位置 720和725的区别 1 LED的光谱 1 FP激光器的光谱 1 DFB激光器的光谱 1 LD的防护(一) 1 LD的防护(二) 1 LD的防护(三) 1 LD的防护(四) 1 LD的防护(五) 1 LD的防护(五) 1 PIN Crack(一) 1 PIN Crack(二) 光眼图 / 模板 发射特性 思考问题 Thank you！ 每天多努力一点！