基于GaN-LED与光栅的集成光波导的设计与性能分析
发布时间：2021-01-12 16:37
LED（Light Emitting Diode）,即发光二极管,是一种基于p-n结,在合适的正向偏压下以自发辐射为基础的半导体发光器件。白炽灯和卤素灯光源等都是传统的发光光源,与它们相比,LED的优势有效率高、寿命长、节能环保等,因此被誉为21世纪绿色照明光源。传统LED芯片由于受到全反射的限制,导致其出光效率较低,因此想要实现功率型LED,必须克服的技术瓶颈是提高LED出光效率。光纤作为最常见的光波导,因其寿命长、体积小、便于维护和柔韧性好等优点,成为照明技术的新宠。光纤照明是光源发出的光通过耦合装置进入光纤,并在光纤中传输和照明。LED光纤耦合照明系统,既发挥LED的光源优势,又体现了光纤照明的特点,是照明行业的发展趋势。本论文先是改善LED结构提高其出光效率,再设计出LED光纤耦合系统,并做了相关的理论和仿真分析。全文主要内容概括如下:（1）对GaN材料进行概述,分析其发展历史和特点以及LED发展史和已经提出的提高其出光效率的研究。（2）由于本论文基于时域有限差分法计算LED的光取出效率,进而介绍了FDTD的理论方法。（3）先对传统正装和倒装结构LED进行仿真,然后再基于RSO...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PN结能带结构图及发光原理
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文 第一章 绪论平面波与光栅垂直时，每条狭缝上的点都是一个次波源，这些次波源发出的光线是球面波。因为狭缝的长度无限，所以将狭缝简化为该平面上的一排点，只考虑与狭缝垂直的平面上的情况。在该平面上，每条狭缝的出射光会相干叠加，从而形成某一特定方向上的光场。在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光线在干涉点的相位不同，它们之间会部分或全部抵消。但是当两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象，而相位相同的条件是需要相邻狭缝的出射光到达干涉点的光程差是光波长的整数倍。光栅的工作状态取决于工作波长 与光栅周期 d 的比值大小。图 1.2 为透射型光栅的工作状态示意图。图 1.2（a）中入射光产生多个级次的衍射光，这种情况发生在光栅周期远大于工作波长( )。这个状态下，衍射特性可以通过标量衍射理论来近似分析[24]。
菱公司制成第一种大芯径聚合物光纤（LCPOF），这种光纤直径通常在 6-12mm 之中科院理化所研制出 SI 型 PMMA 芯 POF 并实现量产。照明系统寿命长，节能环保，安全可靠且便于维护，上世纪以来各国对其深入高度的关注度。1980 年左右，我国的南京玻璃纤维研究设计院最早从事光纤照已形成已多组份玻璃光纤、聚合物光纤、石英光纤和液芯光纤为主的四大系列，广泛用于国民生活的方方面面[32-36]。纤照明初期，GOF 和 SOF 多用于内窥镜和牙科等精密照明，但是其成本太高明的发展，聚合物光纤的性能逐渐提高，而且它的价格还很便宜，这才使得光罗大众的生活，逐渐应用于汽车、商场、工业和建筑等各个领域。来，城市建设进行的如火如荼，电子产业发展的也极其迅速，LED 光源显色性，响应时间短，供电电压低，寿命长，耐冲击抗震，重量轻且无毒环保，因此得到普及，如舞台灯光，交通信号灯，广告屏幕，建筑物夜景照明等，LED 发.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双自由曲面的LED均匀照明准直透镜设计[J]. 赵欢,李长庚,陈志涛,张志清,赵维,王君君. 光学学报. 2017(04)
[2]基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜[J]. 冯奇斌,李亚妮,李其功,吕国强. 光学精密工程. 2016(08)
[3]基于COB LED的均匀光强分布可见光通信系统发射端的光学设计[J]. 李远兴,梁文跃,叶湖贵,龙拥兵,申冬玲,严辉章,谭健华,叶嘉建. 光学学报. 2016(10)
[4]一般LED光源均匀配光的自由曲面菲涅耳透镜[J]. 万运佳,刘杰,林浩博,熊晖. 激光与光电子学进展. 2016(06)
[5]侧入式LED背光模组中光耦合模块的设计与实现[J]. 黄碧云,林志贤,陈恩果,徐胜. 光学学报. 2016(02)
[6]高效大尺寸短焦距菲涅尔透镜设计[J]. 杨茂华,田兆硕,尹田田,付石友. 哈尔滨工业大学学报. 2015(11)
[7]LED近场光学模型与直下式背光源透镜的设计优化[J]. 钱可元. 光学学报. 2015(05)
[8]基于光纤耦合的LED冷光源研究[J]. 徐彭飞,廖智,赵国,杨萍,赵建明. 照明工程学报. 2015(02)
[9]基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计[J]. 王艳红,王海伟,王高. 激光与光电子学进展. 2015(04)
[10]侧入式LED背光源仿真中亮度均匀性的判定方法[J]. 白王静,李福山,罗福根,徐胜,黄炳乐. 电视技术. 2015(07)
博士论文
[1]利用光子晶体与一维光栅结构提高GaN基LED光取出效率的研究[D]. 刘会.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]硅基GaN谐振光栅及其传感应用[D]. 陈佳佳.南京邮电大学 2015
[2]基于良好散热的LED光纤耦合装置结构设计[D]. 李瑞涛.长春理工大学 2013
本文编号：2973141
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PN结能带结构图及发光原理
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文 第一章 绪论平面波与光栅垂直时，每条狭缝上的点都是一个次波源，这些次波源发出的光线是球面波。因为狭缝的长度无限，所以将狭缝简化为该平面上的一排点，只考虑与狭缝垂直的平面上的情况。在该平面上，每条狭缝的出射光会相干叠加，从而形成某一特定方向上的光场。在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光线在干涉点的相位不同，它们之间会部分或全部抵消。但是当两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象，而相位相同的条件是需要相邻狭缝的出射光到达干涉点的光程差是光波长的整数倍。光栅的工作状态取决于工作波长 与光栅周期 d 的比值大小。图 1.2 为透射型光栅的工作状态示意图。图 1.2（a）中入射光产生多个级次的衍射光，这种情况发生在光栅周期远大于工作波长( )。这个状态下，衍射特性可以通过标量衍射理论来近似分析[24]。
菱公司制成第一种大芯径聚合物光纤（LCPOF），这种光纤直径通常在 6-12mm 之中科院理化所研制出 SI 型 PMMA 芯 POF 并实现量产。照明系统寿命长，节能环保，安全可靠且便于维护，上世纪以来各国对其深入高度的关注度。1980 年左右，我国的南京玻璃纤维研究设计院最早从事光纤照已形成已多组份玻璃光纤、聚合物光纤、石英光纤和液芯光纤为主的四大系列，广泛用于国民生活的方方面面[32-36]。纤照明初期，GOF 和 SOF 多用于内窥镜和牙科等精密照明，但是其成本太高明的发展，聚合物光纤的性能逐渐提高，而且它的价格还很便宜，这才使得光罗大众的生活，逐渐应用于汽车、商场、工业和建筑等各个领域。来，城市建设进行的如火如荼，电子产业发展的也极其迅速，LED 光源显色性，响应时间短，供电电压低，寿命长，耐冲击抗震，重量轻且无毒环保，因此得到普及，如舞台灯光，交通信号灯，广告屏幕，建筑物夜景照明等，LED 发.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双自由曲面的LED均匀照明准直透镜设计[J]. 赵欢,李长庚,陈志涛,张志清,赵维,王君君. 光学学报. 2017(04)
[2]基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜[J]. 冯奇斌,李亚妮,李其功,吕国强. 光学精密工程. 2016(08)
[3]基于COB LED的均匀光强分布可见光通信系统发射端的光学设计[J]. 李远兴,梁文跃,叶湖贵,龙拥兵,申冬玲,严辉章,谭健华,叶嘉建. 光学学报. 2016(10)
[4]一般LED光源均匀配光的自由曲面菲涅耳透镜[J]. 万运佳,刘杰,林浩博,熊晖. 激光与光电子学进展. 2016(06)
[5]侧入式LED背光模组中光耦合模块的设计与实现[J]. 黄碧云,林志贤,陈恩果,徐胜. 光学学报. 2016(02)
[6]高效大尺寸短焦距菲涅尔透镜设计[J]. 杨茂华,田兆硕,尹田田,付石友. 哈尔滨工业大学学报. 2015(11)
[7]LED近场光学模型与直下式背光源透镜的设计优化[J]. 钱可元. 光学学报. 2015(05)
[8]基于光纤耦合的LED冷光源研究[J]. 徐彭飞,廖智,赵国,杨萍,赵建明. 照明工程学报. 2015(02)
[9]基于微透镜阵列的高效率光纤耦合系统设计[J]. 王艳红,王海伟,王高. 激光与光电子学进展. 2015(04)
[10]侧入式LED背光源仿真中亮度均匀性的判定方法[J]. 白王静,李福山,罗福根,徐胜,黄炳乐. 电视技术. 2015(07)
博士论文
[1]利用光子晶体与一维光栅结构提高GaN基LED光取出效率的研究[D]. 刘会.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]硅基GaN谐振光栅及其传感应用[D]. 陈佳佳.南京邮电大学 2015
[2]基于良好散热的LED光纤耦合装置结构设计[D]. 李瑞涛.长春理工大学 2013
本文编号：2973141
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2973141.html
