基础电子中的紫外LED调制特性研究
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2020-10-20
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基础电子中的紫外基础电子中的紫外LED调制特性研究调制特性研究
摘要：与低压汞灯相比，紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电等特点，广泛应用于杀菌消毒、生物分析/检
测等领域。介绍了紫外LED在紫外光通信领域的国内外发展现状，对紫外LED的调制速率及调制光谱进行了测
试。实验结果表明，紫外LED调制速率可达10 MHz,调制状态下相对光谱与直流状态相吻合。实验数据可为紫外
LED在紫外光通信中的应用提供理论依据。 0 引言 目前紫外光源已广泛应用于医疗杀菌、荧光光谱分
析、生物分析/检测、水处理等领域，其中紫外光源的杀菌特性早在17世纪初期就被发现，紫外荧光管技术在18
世纪50年代开始应用，这些技术采用的紫外光源均是气体放电灯（如低压汞灯）。 紫
摘要：与低压汞灯相比，紫外 摘要：与低压汞灯相比，紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电等特点，广泛应用于杀菌消毒、生物分析具有体积小、寿命长、低压供电等特点，广泛应用于杀菌消毒、生物分析/检测等领检测等领
域。介绍了紫外域。介绍了紫外LED在紫外光通信领域的国内外发展现状，对紫外在紫外光通信领域的国内外发展现状，对紫外LED的调制速率及调制光谱进行了测试。实验结果表明，紫的调制速率及调制光谱进行了测试。实验结果表明，紫
外外LED调制速率可达调制速率可达10 MHz,调制状态下相对光谱与直流状态相吻合。实验数据可为紫外调制状态下相对光谱与直流状态相吻合。实验数据可为紫外LED在紫外光通信中的应用提供理论在紫外光通信中的应用提供理论
依据。依据。
0 引言
目前紫外光源已广泛应用于医疗杀菌、荧光光谱分析、生物分析/检测、水处理等领域，其中紫外光源的杀菌特性早在17
世纪初期就被发现，紫外荧光管技术在18世纪50年代开始应用，这些技术采用的紫外光源均是气体放电灯（如低压汞灯）。
紫外光通信作为一种新型的军事通信系统，具有抗干扰能力强、保密性好、非视距通信以及全方位通信等优点，成为国内
外军事技术人员研究的焦点。然而常规紫外光源（低压汞灯）存在体积大、寿命短、调制速率低、易碎等缺陷，限制了紫外光
通信的发展。为解决紫外光通信光源问题，美国国防预先研究计划局（DefenseAdvanced Research Projects
Agency,DARPA）于2002 年启动了研制可变波长的晶体管紫外光发射器的项目，并成功研制出波长为274 nm的日盲区紫外光
发光二极管（UVED.与低压汞灯相比，紫外LED具有体积小、寿命长、低压供电、可以数字调制等优点。
紫外LED优异的特性使其一经问世就被应用于紫外光通信领域，麻省理工大学于2005年利用DARPA制造的274 nm 紫外
LED 作为光源，研制了一套紫外光通信实验样机，非直视通信，在100 m的范围内通信速率为200 b/s;以色列本固里安大学、
英国航太系统公司、加利福尼亚大学等其他科研单位也建立了基于紫外LED的紫外光通信系统。但是他们研究工作的具体情况
和技术细节均处于高度保密状态。
2010年国内首条波长280 nm的深紫外发光二极管（UVED）生产线在青岛杰生电气有限公司实现商业化量产，2011年青
岛杰生电气有限公司生产的波长280 nm深紫外LED 模组标定输出功率超过32 mW,这些研究成果促进了紫外LED 在紫外光通
信领域的应用。
2010 年重庆大学搭建的紫外光通信系统调制速率达到7 Mb/s,2010年中科院空间与应用研究中心利用紫外LED阵列搭建了
紫外光图像传输实验系统。
1 紫外LED 调制速率特性
紫外光通信系统研制单位对外公布的技术指标均为系统级参数，如数据传输速率、传输距离及误码率等；紫外LED 生产
商也仅对出厂产品的直流参数进行测试，如工作电压/电流、峰值波长及半宽度等。而紫外光通信系统的光源只有在调制状态
下工作才能实现数据传输，对紫外LED的调制速率、调制光谱等调制特性进行研究，将会促进紫外LED在紫外光通信领域的应
用。
1.1紫外LED调制速率测试原理
紫外LED调制速率测试原理如图1所示，各实验设备说明如下：
（1）函数发生器：采用Agilent的33250A 产生标准方波信号，用于驱动紫外LED.
（2）紫外LED:采用青岛杰生电气有限公司生产的T039封装的单颗280 nm紫外LED,输出功率>0.6 mW.
（3）探测器（Si）：采用THORLABS生产的PDA10A?
EC高速探测器，适用波长范围200~1 100 nm,响应时间为1 ns.
（4）信号放大器：本实验采用的探测器自身就有信号滤波放大作用，如果探测器选择电流输出且无放大功能的，需要选
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