滴水穿石的启示教学设计LED（发光⼆极管）和激光器 ⼀、LED：发光⼆极管
⼀、LED及其特点
Light Emitting Diode，即发光⼆极管，是⼀种半导体固体发光器件，它是利⽤固体半导体芯⽚作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流⼦发⽣复合引起光⼦发射⽽产⽣光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、⽩⾊的光。 LED的特点:LED使⽤低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同⽽异，所以它是⼀个⽐使⽤⾼压电源更安全的电源，特别适⽤于公共场所；效能：消耗能量较同光效的⽩炽灯减少80%；适⽤性：很⼩，每个单元LED⼩⽚是3-5 mm的正⽅形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境；稳定性：10万⼩时，光衰为初始的50%；响应时间：其⽩炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级。
发光⼆极管的核⼼部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶⽚，在p型半导体和n型半导体之间有⼀个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的P N结中，注⼊的少数载流⼦与多数载流⼦复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从⽽把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流⼦难以注⼊，故不发光。这种利⽤注⼊式电致发光原理制作的⼆极管叫发光⼆极管，通称LE D。当它处于正向⼯作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜⾊的光线，光的强弱与电流有关。⽽通过对其中发光材料的研究，⼈们逐渐开发出各种光⾊、光效率越来越⾼的L ED元件，但是⽆论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发⽣太⼤的变化。
1、平均寿命：指⼀批灯⾄50%的数量损坏时的⼩时数。单位：⼩时（h）。
2、经济寿命：在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束
输出减⾄特定的⼩时数。室外的光源为70%，室内的光源为80%。
3、⾊温：光源发射光的颜⾊与⿊体在某⼀温度下辐射光⾊相同时，⿊体的温度称为该光源的⾊温。光源⾊温不同，光⾊也不同，⾊温在3000k以下有温暖的感觉，达到稳重的⽓氛；⾊温在3000k-5000k为中间⾊温，有爽快的感觉；⾊温在5000k以上有冷的感觉。单位：K。
4、显⾊性：光源的显⾊性是由显⾊指数来表明，它表⽰物体在光下颜⾊⽐基准光（太阳能）照明时颜⾊的偏离能较全⾯反映光源的颜⾊特性。要正确表现物体本来的颜⾊需使⽤显⾊指数⾼的光源。单位：Ra。极管构成。
四、LED应⽤产业
1、照明应⽤⾏业
LED照明器具是由LED光源、电器附件和器具组成, LED照明较普通照明具备了节能、响应时间短、使⽤时间长、绿⾊环保等优势. 应⽤领域, 室外景观，室内装饰, 专⽤照明, 安全照明, 特种照明, 汽车车灯, 景观照明, 太阳能LED，闪光灯。
2、显⽰屏应⽤⾏业
⼆、半导体激光器
半导体激光器是以半导体材料作为激光⼯作物质的激光器。它具有超⼩型、⾼效率、结构简单、价格便宜以及可以⾼速⼯作等⼀系列优点。
半导体激光器是注⼊式的受激光放⼤器。它的电⼦跃迁是发⽣在半导体材料导带中的电⼦态和价带中的空⽳态之间。半导体材料中也有受激吸收、受激辐射和⾃发辐射过程。
⼀、半导体的能带和产⽣受激辐射的条件
纯净(本征)半导体材料，能带由⼀个充满电⼦的价带和⼀个完全没有电⼦的导带组成。⼆者之间是禁带。随着温度的升⾼，部分电⼦由于热运动激发到导带中，成为⾃由电⼦。
图（2-1）固体的能带图（2-2）本征半导体的能带结构
⼆、半导体激光器的⼯作原理
1．半导体激光器的基本结构和⼯作原理
方块电阻
GaAs激光器的结构的核⼼部分是p—n结。p—n结的两个端⾯是按晶体的天然晶⾯剖切开的，称为解理⾯，该⼆表⾯极为光滑，可以直接⽤作为平⾏反射镜⾯，构成谐振腔。上下电极施加正向电压，使结区产⽣双简并的能带结构及激光⼯作电流。激光可以从⼀侧解理⾯输出，也可由两侧输出。
图（2—3）GaAs激光器的结构
徐阶1. 同质结砷化镓(GaAs)激光器的特性
（1）伏安特性
网络风云GaAs 激光器的伏安特性与⼆极管相同，也具有单向导电性，如图（2－4）所⽰。激光器系正向使⽤，其电阻主要取决于晶体体电阻和接触电阻，其阻值虽然不⼤，但因⼯作电流密度⼤，不能忽视它的影响。
图（2—4）GaAs激光器的伏安特性
（3）⽅向性
由于半导体激光器的谐振腔短⼩，激光⽅向性较差，特别是在结的垂直平⾯内，发散⾓很⼤，可达20?~30?。在结的⽔平⾯内，发散⾓约为⼏度。图（5—3 0）给出了半导体激光束的空间分布⽰意图。
（4）光谱特性
半导体激光的谱宽尽管⽐荧光窄得多，但⽐⽓体和固体激光器要宽得多。随着新器件的出现，谱宽已有所改善，如分布反馈式激光器的线宽，只有1埃左右。
（5）转换效率新型农村社会养老保险试点
注⼊式半导体激光器是⼀种把电功率直接转换为光功率的器件，转换效率极⾼。转换效率通常⽤量⼦效率和功率效率量度。
2．异质结半导体激光器
由不同材料的p型半导体和n型半导体构成的p-n结叫异质结。为了克服同质结半导体激光器的缺点，提⾼功率和效率，降低阈值电流，研制出了异质结半导体激光器。
(1)单异质结半导体激光器
单异质结器件结构如图（2－5）(a)所⽰，单异质结是由p-GaAs与p-GaAlA s形成的。电⼦由n区注⼊p-GaAs，由于异质结⾼势垒的限制，激活区厚度d≈2µ，同时，因p-GaAlAs折射率⼩，“光波导效应”显著，将光波传输限制在激活区内。这两个因素使得单异质结激光器的阈值电流密度降低了1~2个数量级，约8000A/cm2。
(2)双异质结半导体激光器
双异质结半导体激光器指的是在激活区两侧，有两个异质结，如图（2－5）(c)所⽰。
图（2－5）同质结、异质结⽰意图松崖别业图卷
双异质结激光器激活区内注⼊的电⼦和空⽳，由于两侧⾼势垒的限制，深度剧增，激活区厚度变窄，d≈0.5µ。同时，由于激活区两侧折射率差都很⼤，“光波导效应”⾮常显著，使光波传输损耗⼤⼤减⼩。所以，双异质结激光器的阈值电流密度更低，可降到102~103A/cm2。室温下可获得⼏毫⽡⾄⼏⼗毫⽡的连续功率输出。
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