Лабы по Основам фотоники / ЛР1 Исследование RGB-светодиода

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра Фотоники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Основы фотоники»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ RGB-СВЕТОДИОДА

Студенты гр.
Преподаватель		Дегтерев А.Э.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Целью работы является исследование характеристик и определение основных параметров полупроводниковых светодиодов.

Описание лабораторной установки

Лабораторный стенд предназначен для исследования спектральных, температурных и ватт-амперных характеристик RGB-светодиода. Блок-схема установки изображена на рис. 1. Пунктирной линией обведены элементы, расположенные в едином корпусе лабораторного стенда, к которому подключается внешний блок питания для элемента Пельтье и спектрометр.

Рисунок 1 – Блок-схема установки для исследования характеристик RGB-светодиода

Лабораторный стенд позволяет регулировать ток отдельно на каждом кристалле светодиода от 0 до 30 мА, нагревать и охлаждать СИД в диапазоне температур от 5 до 65 ^оC. На дисплее стенда в реальном времени отображается ток, протекающий через каждый кристалл светодиода, и температура СИД. Излучение, испускаемое светодиодом, через оптоволокно передается в спектрометр быстрого сканирования, который измеряет спектр излучения менее чем за 0,1 секунды. Спектр излучения в реальном времени отображается на экране компьютера в программе SpectraSuite и может быть сохранен в виде текстового файла.

Обработка результатов

1. Спектральные характеристики каждого кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

Представим набор спектров отдельно для каждого кристалла при разных токах (рис. 2-5). Токи других кристаллов мы старались поддерживать неизменными. Значения всех токов приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Токи на кристаллах светодиода при T = 24 °C

Исследуемый кристалл	IR, мА	IG, мА	IB, мА
R (IR = var)	20	31,5	25,2
	16	31,6	20
	10	31,5	27,6
	5	31,6	24,1
G (IG = var)	21,2	25	23,2
	21,3	20,1	23,3
	21,2	15	23,3
	21,1	10	23,4
	21	5	23,4
B (IB = var)	20,9	31,6	20,1
	20,4	31,6	15,1
	20,4	31,6	10,1
	21,1	31,6	3,3

Спектры для каждого кристалла построены на одном графике.

Рисунок 2 – Спектр излучения красного кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

Рисунок 3 – Спектр излучения зеленого кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

Рисунок 4 – Спектр излучения синего кристалла светодиода при различных значениях прямых токов

2. Зависимость длин волн от тока

Представим зависимости длин волн, соответствующих максимуму излучения каждого из кристаллов, от тока, протекающего через кристалл λ_max = f(I_пр) в виде таблицы (табл. 2) и на рис. 5.

Таблица 2 – Значения длин волн на максимумах излучения кристаллов

R		G			B
Iпр, мА	λmax, нм		Iпр, мА	λmax, нм	Iпр, мА	λmax, нм
5	628,259		5	527,81	3,3	467,822
10	628,516		10	527,55	10,1	467,56
16	629,029		15	525,73	15,1	467,298
20	628,516		20,1	525,99	20,1	466,774
			25	525,211

Рисунок 5 – Длины волн, соответствующие максимумам излучения кристаллов

5. Ватт-амперные характеристики для каждого из кристаллов, т. е. зависимости мощности излучения от тока, протекающего через кристалл P_max = f(I_пр)

Расчет площади под графиком выполним по формуле прямоугольников:

Пример расчета:

где и – интенсивности соседних точек, и – длины волны соседних точек.

Получаемые значения впоследствии суммируются, таким образом вычисляется площадь под графиком. Графики ВтАХ представлены на рис. 6.

Рисунок 6 – ВтАХ кристаллов светодиода для разных токов

6. Спектральные характеристики, соответствующие белому цвету излучения светодиода, при различных температурах.

Представим спектры белого цвета излечения для разных температур.

Токи представлены в табл. 3, графики – на рис. 7.

Таблица 3 – Токи на кристаллах светодиода при белом цвете излучения

T, °C	IR, мА	IG, мА	IB, мА
6	18,8	31,5	18,6
15	18,6	31,5	18,3
25	18,5	31,4	23,1
40	14,9	31,5	18,1
55	14,4	31,5	17,6
65	14,9	31,5	16,9

Рисунок 7 – спектральные характеристики белого цвета излучения светодиода при различных температурах

7. Зависимость длин волн, соответствующих максимумам излучения каждого из кристаллов, от температуры светодиода в виде таблицы

Таблица 4 – Длины волн максимумов излучения кристаллов

T, °C	λmax R, нм	λmax G, нм	λmax B, нм
6	625,693	523,391	465,727
15	626,976	523,911	465,989
25	629,542	524,691	465,989
40	631,594	526,51	467,56
55	633,389	525,471	468,345
65	634,927	525,471	468,607

Рисунок 8 – Зависимость длин волн максимумов излучения для разных температур

Выводы

Лабораторная работа была посвящена исследованию характеристик RGB-светодиода, составленного из трех кристаллов.

Были получены и проанализированы спектральные характеристики светодиода при изменении тока через каждый кристалл в отдельности. Оказалось, что максимум интенсивности свечения с повышением тока немного смещается в более коротковолновую область.

Были посчитаны мощности излучения каждого кристалла для разных токов и построены их ватт-амперных характеристики. Самая высокая характеристика оказалась для синего кристалла, самая низкая – для красного. ВтАХ имеют линейный рост.

Далее были найдены спектральные характеристики, соответствующие белому цвету свечения, при разных температурах. Чем выше температура, тем более длинноволновое излучение каждого кристалла.