脉冲驱动下蓝光LED的量子效率和光调制特性的研究

基于照明LED的可见光通信技术目前正引起广泛的重视，它要求大功率LED的发光除具有高量子效率外，还要有良好的调制特性即对驱动电流/电压的快速响应。本项目拟研究InGaN蓝光LED器件在脉冲驱动下这两方面的特性，并将调制和驱动技术的开发与之相结合。①分析LED器件的载流子注入、传输和复合过程及其对发光量子效率和瞬态响应特性的影响和机制；②设计一定输出波形的脉冲驱动电路和高速光电检测系统，考查不同波形脉冲电压/电流驱动下的发光效率和时间响应特性的变化；③通过外部驱动波形的设计来提高LED的脉冲响应速度，改善其光调制特性，研究在高频率信号调制（>10 MHz）下同时能保证高效率（包括电功率效率和负载发光效率）的LED驱动技术。

以照明LED的脉冲驱动技术为基础，对大功率InGaN蓝光LED的效率特性和光电脉冲响应特性以及光调制技术作了详细的研究。开发了LED的效率-电流特性的自动检测系统和脉冲驱动电路。为发挥LED作为光通信光源与激光所不同的发射角、发射功率大和驱动电源简单等优势，着重于大功率驱动前提下LED脉冲光调制技术的研究，在检测和分析LED光脉冲响应特性的基础上，设计了载流子过压注入和抽出的方法来缩短光脉冲上升沿和下降沿，通过驱动调制电路和脉冲整形电路实现了光脉冲信号质量的改善。与小功率（几十mW量级）LED的QAM多载波高速调制不同的是，我们所研制的大功率10W量级几MHz频率范围的脉冲调制方案，是LED照明光源兼用于数据传输的室内可见光无线光通信（VLC）更切实可行和具有更广泛实际应用潜力的选择。.结合团队的研究基础，也根据蓝光LED适合于水下传输的优点，对LED在水下光通信和水下成像照明光源的应用进行了探讨，采用新的图形计算方法来处理在动态波动海面三维空间跨界面传输的光折射和水下光场分布问题，由此设计最佳发射光源和接收器阵列布局来降低信号闪烁比。利用LED对水下成像进行辅助照明，根据水介质散射与光波长的关系，设计了不同波长LED光源照明下成像的灰度值线性差来获得清晰图像，以克服水下吸收散射造成的影响，这种光学处理方法的优点是速度快实时性强，运算对系统性能资源要求低。在项目资助下本团队也开展太赫兹技术的研究，包括带双缺陷的光子晶体结构的THz辐射产生方式及其缺陷结构、光纤波导色散、偏振模色散（双折射）、传输损耗等的影响。同时也注重研究成果转化的实际应用，与企业合作研发了沿单根电力线通信的调光控制系统并获得相关知识产权。