1、第十讲 发光二极管LED 主要内容 一、发光二极管的工作原理 二、发光二极管的基本结构 三、发光二极管的工作特性 发光二极管的工作原理LED发射的是自发辐射光（非相干光）。大多采用双异质结结构，把有源层夹在P型和N型限制层间，但没有光学谐振腔，故无阈值。LED分为正面发光型和侧面发光型，侧面发光型LED的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比正面发光型LED高。发光二极管的基本结构L球透镜环氧树脂P层有源层N层发光区(a)正面发光型微透镜P型限制层有源层波导层N型限制层(b)侧面发光型 发光二极管的工作特性 光谱特性 光束空间分布 输出光功率特性 频率特
2、性 LED的光谱特性 发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线宽，短波长LED谱线宽度为3050nm。长波长LED的谱线宽度为6120nm。1300 波长/nm 相对光强=70nm LED的光束空间分布 正面发光型的半功率点辐射角为120o，侧面发光型的平行发射角为120o，垂直发射角为25o35o。LED与光纤的耦合效率一般低于10%。LED的输出光功率特性正面发光侧面发光电流I/mA 发 射光功率 P/mw0 100 200 300 400 500 LED的一般外量子效率小于10%，驱动电流较小时，P-I特性呈线性，I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I特性曲
3、线斜率减小。通常LED的工作电流为50100mA，输出光功率为几mW，由于发光光束辐射角大，入纤光功率只有几百W。LED 的频率响应为：式中，为调制频率，是对应于调制频率的输出光功率，为少数载流子（电子）的寿命，定义 为发光二极管的截止频率，当 时，最高调制频率应低于截止频率。2)2(11)0()()(fPfPfH LED的频率特性f)(fPecf)2(1ecff21)(fH LED的频率响应曲线e=1.1se=2.1se=6.4s调制频率f/MHz 频率响应10 100 1000100.1 P(f)LD和LED的一般性能比较 LDLD LEDLED工作波长/m1.3 1.55 1.3 1.5
4、5谱线宽度/nm12 13 50100 60120阈值电流Ith/mA2030 3060 工作电流I/mA 50150 100150输出功率P/mW 510 510 15 13入纤功率P/mW 13 130.10.3 0.10.2 调制带宽B/MHz5002000 5001000 50150 30100辐射角/（）2030 2050 30120 30120寿命t/h106107 105106108 107工作温度/-2050 -2050 -2050 -2050三、分布式反馈激光器DBF 分布式反馈激光器的工作原理 分布式反馈激光器的优点 分布式反馈激光器的一般性能 分布反馈激光器工作原理 DB
5、F激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构（波纹状）衍射光栅实现光反馈。衍射光栅的折射率为周期性变化，使有源层分布反馈。由有源曾层发出的光从一个方向向另一个方向传播时，一部分在光栅波纹峰反射，另一部分继续前进，在邻近的光栅波纹峰反射。若两部分反射光相互叠加则产生更强反馈，而其他波长的光将被抵消；虽然每个光栅波纹峰反射光不大，但整个光栅有成百上千的波纹峰，反馈光的总量足以产生激光振荡。光栅的周期下式决定：为材料有效折射率，是布拉格波长，m为衍射系数。在普通DBF激光器中，有两个阈值最低、增益相同的纵摸，其波长为：为光栅长度。在普通均匀光栅中，引入一个4的相移变换，使原来的波峰变波谷，可有效提
6、高模式选择性和稳定性，实现动态单纵摸激光器的要求。eBnmenB)221(22,1LneBBL 分布式反馈激光器的一般性能工作波长/m1.3 1.55 谱线宽度/nm12 13阈值电流Ith/mA2030 3060连续波单纵模10-410-3输出功率P/mW 2040 1530 直接调制单纵模 0.040.5(1Gb/s.Hz)边模抑制比/dB 3035频谱漂移/（nm/）0.08外量子效率d/%20 15工作温度/2040 1530 DBF激光器的优点是单纵摸激光器谱线窄，波长稳定性好。动态谱线好 线性好，广泛用于模拟调制的CATV传输系统。神经系统的组成神经系统的组成ACBD复习提问：复习
7、提问：总结总结1:神经系统神经系统中枢神经系统中枢神经系统周围神经系统周围神经系统脑脑（大脑、小脑、脑干）（大脑、小脑、脑干）脊髓脊髓脑神经脑神经脊神经脊神经123456细胞体细胞体突起突起树突（短的突起）树突（短的突起）轴突轴突末端的细末端的细小分支小分支 神经末梢神经末梢集合成束集合成束 神经神经总结总结2：+髓鞘髓鞘神经纤维神经纤维（长的突起）（长的突起）神经元的组成神经元的组成脊脊神神经经灰质灰质白质白质2 2、脊髓的主要功能、脊髓的主要功能实验实验脊蛙反射实验脊蛙反射实验目的要求目的要求 通过观察脊蛙的搔扒反射，知道脊髓的反射通过观察脊蛙的搔扒反射，知道脊髓的反射功能。功能。材料用具
8、材料用具 青蛙青蛙(或蟾蜍或蟾蜍)，纱布，纱布，“S”形小钩，解剖剪，形小钩，解剖剪，解剖盘，探针，镊子，解剖盘，探针，镊子，051硫酸溶液，硫酸溶液，烧杯烧杯(内盛清水内盛清水)，小纸片，支架等。，小纸片，支架等。方法步骤方法步骤1制备脊蛙制备脊蛙 先用一块纱布包住蛙先用一块纱布包住蛙(或蟾蜍或蟾蜍)的躯的躯干，露出头部，再用解剖剪的一侧刀干，露出头部，再用解剖剪的一侧刀口插进蛙的上颌与下颌之间，在头部口插进蛙的上颌与下颌之间，在头部齐鼓膜后缘剪去头部齐鼓膜后缘剪去头部(留下颌留下颌)。然。然 后后把蛙放在解剖盘中，使它仰卧，观察把蛙放在解剖盘中，使它仰卧，观察它能否翻身。如果它不能翻身，它
9、能否翻身。如果它不能翻身，则脊则脊蛙制备成功。如果它能翻过身来，说蛙制备成功。如果它能翻过身来，说明脑还未除尽，则需进一步再向下剪明脑还未除尽，则需进一步再向下剪去一部分，以便去一部分，以便 把脑除尽把脑除尽(或用探针或用探针再破坏残留的脑再破坏残留的脑)。2悬挂脊蛙悬挂脊蛙 用用“S”形的小钩钩住蛙形的小钩钩住蛙的下颌，并悬挂于支架的下颌，并悬挂于支架上，静置一两分钟后，上，静置一两分钟后，进行实验。进行实验。3观察搔扒反射观察搔扒反射 用镊子夹住小纸片用镊子夹住小纸片(对折对折一下一下)的一角，将另一角的一角，将另一角浸一些浸一些051硫酸溶硫酸溶液后，贴在脊蛙背部液后，贴在脊蛙背部(或或
10、腹部腹部)的右侧的皮肤上，的右侧的皮肤上，观察蛙的四肢是否出现搔观察蛙的四肢是否出现搔扒反射。扒反射。4破坏脊髓破坏脊髓 实验后，用烧杯中的实验后，用烧杯中的清水冲洗硫酸刺激过的清水冲洗硫酸刺激过的皮肤，并用纱布轻轻揩皮肤，并用纱布轻轻揩干。用探针插入蛙的椎干。用探针插入蛙的椎管内搅动，破坏蛙的脊管内搅动，破坏蛙的脊髓后，再重复上述实验，髓后，再重复上述实验，观察是否还有搔扒反射。观察是否还有搔扒反射。从实验中看到，蛙在没有脑而只有脊髓从实验中看到，蛙在没有脑而只有脊髓的情况下，可以出现搔扒反射；而在没有的情况下，可以出现搔扒反射；而在没有脑、脊髓又受损伤的情况下，不能出现搔脑、脊髓又受损伤的
11、情况下，不能出现搔扒反射。扒反射。这表明，脊髓具有这表明，脊髓具有反射功能反射功能。人的脊髓灰质里，有许多低级的神经中枢，可以人的脊髓灰质里，有许多低级的神经中枢，可以完成一些基本的反射活动，如完成一些基本的反射活动，如膝跳反射、排便反射、膝跳反射、排便反射、排尿反射等。排尿反射等。但是，脊髓里的神经中枢，是受大脑控制的，人但是，脊髓里的神经中枢，是受大脑控制的，人能有意识地控制排便能有意识地控制排便 和排尿就是一个例证。小儿因和排尿就是一个例证。小儿因大脑的发育尚未完善，对排尿的抑制能力较弱，所大脑的发育尚未完善，对排尿的抑制能力较弱，所以排尿次数多，而且容易发生夜间遗尿现象。以排尿次数多，
12、而且容易发生夜间遗尿现象。以成人排尿反射为例来说明：以成人排尿反射为例来说明：当尿液在膀胱内积存到一定量时，便会刺激膀胱壁上当尿液在膀胱内积存到一定量时，便会刺激膀胱壁上的感受器，使感受器产生神经冲动，神经冲动经过传入的感受器，使感受器产生神经冲动，神经冲动经过传入神经传到脊髓的排尿中枢；同时，也有神经冲动经过神神经传到脊髓的排尿中枢；同时，也有神经冲动经过神经纤维向上传到大脑，使人产生尿意。在适宜的环境下，经纤维向上传到大脑，使人产生尿意。在适宜的环境下，由大脑发出神经冲动经过神经纤维传到脊髓的排尿中枢，由大脑发出神经冲动经过神经纤维传到脊髓的排尿中枢，神经冲动再沿着传出神经传到膀胱，引起排
13、尿反射。如神经冲动再沿着传出神经传到膀胱，引起排尿反射。如果环境不适宜，大脑就暂时抑制脊髓中的排尿中枢而不果环境不适宜，大脑就暂时抑制脊髓中的排尿中枢而不排尿。排尿。由此可见，脊髓还具有由此可见，脊髓还具有传导功能传导功能。脊髓的传导功能脊髓的传导功能分析与讨论分析与讨论1.在试验过程中为什么必须破坏青蛙的脑？如在试验过程中为什么必须破坏青蛙的脑？如果蛙脑没有完全出尽，对试验结果会有什么影果蛙脑没有完全出尽，对试验结果会有什么影响？响？将脑破坏后，才能确保脊蛙的反应只在脊髓的参将脑破坏后，才能确保脊蛙的反应只在脊髓的参与下完成。如果没有完全除尽，就无法确定残余与下完成。如果没有完全除尽，就无法
14、确定残余的脑是否参与了反应，无法证明脊髓灰质里有低的脑是否参与了反应，无法证明脊髓灰质里有低级的神经中枢。级的神经中枢。2.破坏青蛙脊髓的步骤在实验中有什么作用？破坏青蛙脊髓的步骤在实验中有什么作用？破坏了脊髓再看脊蛙的反应，可以和没破坏破坏了脊髓再看脊蛙的反应，可以和没破坏脊髓时的实验现象作对照脊髓时的实验现象作对照3.通过实验，你认为脊髓有什么功能？通过实验，你认为脊髓有什么功能？脊髓具有反射功能脊髓具有反射功能大脑大脑小脑小脑脑干脑干ABC脑由哪些部分组成？大脑大脑 小脑小脑 脑干脑干大脑皮层结构特点是怎样的？和脊髓相比有什么不同？大脑外周的灰质叫大脑皮层。大脑皮层表面大脑外周的灰质叫大
15、脑皮层。大脑皮层表面有凹陷的沟和隆起的回。增加了大脑皮层的有凹陷的沟和隆起的回。增加了大脑皮层的表面积。白质中的神经纤维把左右两个大脑表面积。白质中的神经纤维把左右两个大脑半球连在一起。半球连在一起。脊髓结构：灰质在中央，白质在外周脊髓结构：灰质在中央，白质在外周请学生阅读请学生阅读教材第教材第8284页有关页有关脑的内容，脑的内容，说出图中分说出图中分别代表脑的别代表脑的什么功能什么功能ABCDEFG躯体运动中枢躯体运动中枢躯体感觉中枢躯体感觉中枢听觉中枢听觉中枢视觉中枢视觉中枢嗅觉中枢嗅觉中枢味觉中枢味觉中枢语言中枢语言中枢大脑大脑左左 脑脑右右 脑脑身体右半部的活动身体左半部的活动逻辑思
16、维逻辑思维等等科学科学数学数学棋艺等棋艺等艺术思维艺术思维等等绘画绘画舞蹈舞蹈音乐等音乐等小脑小脑主要功能是维持身体的平衡、协调运动。主要功能是维持身体的平衡、协调运动。脑干脑干基本生命活动的中枢基本生命活动的中枢血液循环血液循环呼吸呼吸人的心跳人的心跳脑干的脑干的作用作用神经系统的组成神经系统的组成中枢神经系统中枢神经系统周围神经系统周围神经系统脑脑脊髓脊髓大脑大脑小脑小脑脑干脑干脑神经脑神经脊神经脊神经神经系统各组成部分的功能神经系统各组成部分的功能具有感觉、语言、运动等多种神经中枢，具有感觉、语言、运动等多种神经中枢，调节人体多种生理活动调节人体多种生理活动使运动协调、准确，维持身体平衡使运动协调、准确，维持身体平衡有专门调节心跳、呼吸、血压等人体基有专门调节心跳、呼吸、血压等人体基本生命活动的部位本生命活动的部位传导神经冲动传导神经冲动传导神经冲动传导神经冲动能对外界或体内的刺激产生有规律的反应能对外界或体内的刺激产生有规律的反应,还能将对这些刺激的反应传导到大脑，是还能将对这些刺激的反应传导到大脑，是脑与躯干、内脏之间的联系通路脑与躯干、内脏之间的联系通路
