suất lượng tử của vùng hoạt tính. Hiệu suất lượng tử trong của vùng hoạt tính của LED là tỷ số photon bức xạ trên số cặp điện tử và lỗ trống tái hợp trong vùng này ký hiệu là ηt, xác định bởi biểu thức sau:
bx bx bx bx bx t R R R 0 0 1 1 τ τ η + = + =
ở đây Rbx và R0bx là tốc độ tái hợp bức xạ và không bức xạ, τbx
và τ0bx là thời gian sống tái hợp bức xạ và không bức xạ. Lý thuyết bán dẫn chỉ ra rằng: thời gian sống bức xạ τbx (cỡ 100ns) trong bán dẫn vùng cấm trực tiếp nhỏ hơn nhiều so với trong bán dẫn vùng cấm loại gián tiếp (cỡ 10ms) và thời gian sống không bức xạ τ0bx trong hai loại bán dẫn trên là cỡ như nhau (cỡ 100ns).
Để đánh giá khả năng lượng ánh sáng phát ra bên ngoài LED, người ta đưa vào đặc trưng là hiệu suất lượng tử ngoài, ký hiệu là ηng. Hiệu suất lượng tử ngoài là tỷ số số photon phát ra khỏi LED trên số cặp điện tử lỗ trống tái hợp trong vùng hoạt tính.
Hiệu suất lượng tử ngoài phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc hình dạng làm LED. Để giảm sự tự hấp thụ, LED được chế tạo có vùng hoạt tính độ dày nhỏ, dùng lớp vỏ và lớp nền loại N có tổn hao nhỏ để cho ánh sáng bức xạ từ vùng hoạt tính đi qua hai lớp này phát sáng ra phía ngoài LED.
- Đặc tuyến P-I
Đặc tuyến công suất quang ra phụ thuộc vào dòng thiên áp thuận của LED gọi là đặc tuyến vào – ra P-I của nó. Đặc tuyến P-I của LED cho phép thực hiện điều chế công suất quang ra P trực tiếp nhờ dòng thiên áp thuận I. Đặc tuyến P-I của LED có đoạn tuyến tính khá lớn, về cuối có sự bão hòa công suất ra do sự tăng nhiệt độ của vùng hoạt tính.
Hình2. 18: Đặc tuyến P-I của ELED và SLED
- Đặc trưng điều chế động
Đặc tuyến P-I gọi là đặc trưng điều chế tĩnh của LED. Khi tần số điều chế trực tiếp trên dòng thiên áp thuận lớn thì công suất quang ra của LED sẽ giảm so với đặc tuyến tĩnh và có dạng khác đi nên được gọi là đặc trưng điều chế động hay là đáp ứng tần số điều chế. Nó được biểu thị bởi công thức sau:
( ) ( ) ( )2 1 0 hd P P ωτ ω +
= ở đây hằng số τhd là thời gian hiệu dụng của hạt dẫn trong vùng
hoạt tính.
Độ rộng điều chế được xác định tại tần số điều chế ω ứng với công suất quang ra giảm đi
2 1
lần so với giá trị không điều chế P(0). Ta tính được độ rộng điều chế là:
hd m f τ π 2 1 = .
Đại đa số các LED có độ rộng điều chế fm = 25 ÷ 60 MHz, còn ELED có độ rộng điều chế lớn hơn đạt đến 100MHz.
- Ghép ánh sáng từ LED vào sợi quang
Để ghép ánh sáng từ LED vào sợi quang, các nhà sản xuất thường tích hợp sẵn LED cùng một đoạn sợi quang đa mode ngắn chiều dài 1÷2m gọi là dải đuôi lợn (pigtail) thành một khối cho hiệu suất ghép cao, đảm bảo tin cậy. Do đó việc ghép LED vào sợi quang trong tuyến chỉ còn là vấn đề nối ghép giữa dải đuôi lợn với sợi quang bằng hàn nối hay connector.
Vì giản đồ cường độ bức xạ của LED có độ rộng lớn, nên hiệu suất ghép ánh sáng từ LED vào sợi không cao. LED mặt được ghép với sợi đa mode đạt hiệu suất ghép cỡ 1%. LED cạnh có thể ghép với sợi đơn mode cho hiệu suất ghép cao hơn, có thể đến 10%.
LED được sử dụng trong các hệ thống thông tin quang có tốc độ bit thấp dưới 100 Mb/s, cự ly ngắn và hoạt động tin cậy, giá thành rẻ, tính ổn định nhiệt tốt.
c. Mạch điện cơ bản điều khiển LED
Mạch điện điều khiển LED có các nhiệm vụ sau:
- Biến đổi điện áp vào thành dòng điện và khuếch đại đủ mức để điều chế dòng thiên áp của LED.
- Điều chỉnh dòng thiên áp và mức dòng tín hiệu điều chế cho phù hợp yêu cầu với từng loại LED.
- Cấp nguồn thiên áp và công suất quang ra theo yêu cầu. Các mạch điện cơ bản điều khiển LED có hai loại là mạch kích cho LED dùng tín hiệu dạng liên tục và dạng xung sử dụng transistor hoặc IC.