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纳米激光器VS发光二级管

发布时间:2019-08-15 19:54:37

  美国桑迪亚国家实验室的WengChow和MaryCrawford近理论分析了使用而不是LED作为白光系统光源的潜在优势和缺陷。

  低成本白色LED系统通常由一个蓝光或紫外光InGaNLED与荧光粉组合而成,长波能给人眼造成一种白色光效。

  不幸的是,InGaNLED在高强度电流和结温的影响下会遭受电气和热效率降低的效果。降低的效果与器件发光区域的载体数量有关。

  近研究表明InGaN能够避免阈值以上效率问题,载体数量处在一个相对较低的水平。

  Chow和Crawford评论道:效率下降的程度能够通过器解决,这取决于无辐射损失、受激发射、自发辐射光和激光腔内吸收之间的相互作用。在基于激光照明发展的大量资源提交前,我们会做一个精确的定量评价。

  首先,研究人员比较了LED和垂直腔表面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,简称VCSEL),使用完全量子化的方法观察电子、洞及光子的行为。活动的区域为2nm单个量子井,LED的面积为100 mx100 m。VCSEL是 x 列阵,区域面积为5.6 mx5.6 m。与LED相比有 %的填充因素。VCSELs使用分布式布拉格反射镜(DBRs)进行限制。VCSEL列阵属性为1W功率和1A电流。

  模拟表明,低吸收腔使用LED性能能够实现高阀值的改进的功率和效率(图1)。然而,低阀值的低效率在普通照明应用中会限制激光的使用,如变暗的灯光有利于节能。

  图1:(a)输出光功率和(b)发光效率,LED注入电流(虚线)和九个VCSEL列阵对比。实曲线显示激光阈值可获得情况,足够低腔损耗(1/ps和2/ps)。虚曲线显示的是4/ps腔高损耗,这种情况下激光是不可能的。自发辐射光系数是0.01。

  因此,研究人员表明在非低效率和低电流的情况下,纳米激光器可成为替代品。该器件使用纳米谐振结构通过自发辐射光渠道进入激光模式,提供低阀值的更多的光。早在2012年,有报道称这样的器件在室温下能与光抽运协同运行。

  图2:(a)输出光功率和(b)发光效率。注入电流(虚线)和144纳米激光器自发辐射光系数。实曲线显示激光阈值可获得情况,足够低腔损耗(1/ps和2/ps)。虚曲线显示的是4/ps腔损失。

  Chow和Crawford的纳米模拟12x12列阵,60nmx560nm细胞。与VCSEL数组相比0.5%填充因数。纳米激光器结构是基于VCSEL与光子晶格表面的。激光模式来源于光子晶格一个缺陷区,11W功率和1A电流。该模型能提供低阈值LED和高阈值激光器类似的性能。

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