大功率LED光調(diào)制和光脈沖整形技術(shù)研究.pdf

1、LED以其高光效、長壽命、低壓驅(qū)動(dòng)、全固態(tài)和無汞環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸大規(guī)模應(yīng)用于普通照明。LED還具有光電響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，在滿足照明需求的同時(shí)可兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋Ｗ鳛楣馔ㄐ殴庠?，LED與激光二極管（LD）相比，具有發(fā)射功率大、驅(qū)動(dòng)控制簡單、成本低和壽命更長的優(yōu)點(diǎn)，較大的發(fā)散角使得對接收端的對準(zhǔn)比較容易，或具有較好的移動(dòng)性。因此基于LED的無線光通信引起了研究人員的廣泛關(guān)注。但LED光電響應(yīng)速率比LD慢，其光調(diào)制帶寬比LD要低。而且，

2、大功率LED比小功率LED的響應(yīng)時(shí)間要慢，1W或以上的大功率LED響應(yīng)帶寬不到10MHz，在有限的調(diào)制帶寬下，如何提高傳輸速率是需要解決的主要問題之一。不僅如此，為滿足到接收端足夠的信號(hào)強(qiáng)度和信噪比（SNR），較大的發(fā)散角也意味著光源需要較大的發(fā)射功率?？紤]到專門設(shè)計(jì)高速響應(yīng)LED對出光效率的影響、成本和實(shí)際應(yīng)用問題，采用外部驅(qū)動(dòng)電路提高現(xiàn)有大功率LED的調(diào)制速率是比較可行的措施。
　　本文首先介紹了LED的發(fā)光原理并對其器件特性

3、進(jìn)行了詳細(xì)的研究。然后分析了LED的光-電脈沖響應(yīng)對其響應(yīng)速率的影響。為找出影響LED響應(yīng)速率的原因，設(shè)計(jì)了脈沖驅(qū)動(dòng)下電子/空穴（載流子）的抽出實(shí)驗(yàn)，觀察 LED芯片表面的光場分布變化，揭示了LED脈沖響應(yīng)延遲的原因，由此分析了載流子內(nèi)部傳輸過程。研究了驅(qū)動(dòng)電路晶體管大電流工作時(shí)的基區(qū)載流子存儲(chǔ)對光信號(hào)質(zhì)量的影響，采用在連續(xù)“1”出現(xiàn)的時(shí)候，通過對FPGA編程，在兩個(gè)碼元的高電平之間插入一個(gè)短暫的低電平間隙的方法，消除了載流子存儲(chǔ)效應(yīng)對

4、晶體管調(diào)制速率的影響。
　　在充分了解影響LED調(diào)制速率的因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)FPGA控制下的光脈沖整形方案來提高傳輸速率，信號(hào)脈沖經(jīng)由FPGA后產(chǎn)生另外兩路相位關(guān)聯(lián)的短脈沖，控制驅(qū)動(dòng)電路分別在信號(hào)脈沖上升沿施加一個(gè)瞬時(shí)高壓加速載流子注入，在脈沖下降沿使LED兩端短路將剩余載流子泄放掉。為了驗(yàn)證光脈沖整形電路的效果，采用PIN管作為光電檢測器設(shè)計(jì)了光接收電路。眼圖和誤碼率測試結(jié)果表明，在接近安培量級的峰-峰值調(diào)制電流下，通過這種同步