灯具反射器.ppt

* DBR特性分析 层厚不取1/4波长时，反射率减小，但截止带宽增加 实际DBR各层材料有吸收，最大反射率100% DBR材料可以是透明或是吸收型的，吸收型对反射率上限有限制，但可以通过： 采用折射率差异大的两种材料 增加层数(对数) 获得高反射率 实际应用时，实际应用中，透明层用于DBR的顶部(外沿边)附近，吸收层朝向DBR的底部(衬底边)。每一层都不同，需进行优化，使波对数和吸收小，反射光谱带宽宽 * DBR两种材料的折射率差异产生的影响 折射率差异大，则： 反射率更大； 反射率截止带更宽 * 透明和吸收性DBR的反射率计算值随波长和入射极角的变化规律 DBR的缺点：只在小入射角下反射率高 * DBR反射率急剧下降的临界角度 外部介质是半导体，折射率为 垂直入射 ( ) 时，在布拉格波长 处(即截止带中央)满足布拉格条件 λBragg 布拉格波长会随入射角偏移。但是只要入射角足够小，截止带宽与入射角无关。 * DBR反射率急剧下降的临界角度 于是，临界角满足条件： 再应用随角度变化的布拉格波长表达式和截止带宽表达式，得 解得 arcos x≈[2(1-x)]1/2 (在x=1附近) 临界角受外部介质的折射率影响很大， 如果外部介质是高折射率的半导体， 很难获得全方向反射特性 * DBR反射率急剧下降的临界角度 实际算例 考虑以 GaP ( =3.1 )作为外部介质的AlAs/GaAs ( )DBR 接近于垂直入射，全方向反射特性差 * DBR的优化 两种DBR互相堆叠 Chiou等(2000)： 非吸收性(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P/Al0.5In0.5P DBR ——在峰值发射波长590 nm处 发生共振； 吸收性 AlAs/GaAs DBR——折射率差异大 非周期性DBR——截止带宽度更宽 高折射率差异材料 Chiou等(2003) Al2O3——1.75 AlGaAs——3.25 * DBR的问题 电流垂直于层面传导时，DBR的电阻很大。这么大的电阻会产生高正向电压，在LED和激光器结构中会产生大问题。 大电阻是由突兀的异质结产生的。异质结给载流子传输设置了障碍。 通过抛物线成分分级能完全去除异质结障碍。使DBR异质结产生的大电阻不再成为问题。 * 全方向反射器(ODR) 光的偏振特性 二向色性(dichroism) —— 某些晶体对偏振方向不同的电矢量具有选择性吸收 Brewster定律 反射光成为只有垂直于入射面分量的线偏振光 此时的入射角称为Brewster角 * DB-ODR 把空气作为外层介质，用高差异折射率DBR能说明全方向反射(ODR)的特点 Brewster 角处，TE波具有全方向性的高反射率，而TM波得反射率降低到零，Brewster 角成为TM波获得全方向特性的障碍 采用聚苯乙烯和碲(Te)的DB-ODR也获得了很好的全方向反射特性，因为两种材料的反射率差异很大，使从空气中入射的光在界面处达不到Brewster角，因此在10 to 15 μm范围内获得了完整的光子带宽。 采用双折射聚合物，调整两个方向折射率的差异，可控制Brewster角的大小。Brewster角增加到高达90°(掠入射)时，反射率甚至可能是虚数，这样使TM波对任何大小的入射角都具有高反射率。 * DB-ODR应用有限，因为其组分材料为绝缘体 纯金属反射器，特别是用于高折射率材料时，反射损失很大 三层结构ODR 半导体层、电介质层和金属层 电介质层中用微结构阵列穿孔，实现导电。 * 三层结构ODR和两种DBR的反射率随波长和入射角的变化 * 垂直入射(θ=0°)时，三层结构ODR的反射率可由下式求得 公式适用于低折射率电介质层(如1/4波层)且厚度为λ0 /(4nli)的情况 对发出630 nm处光的 AlGaInP/SiO2/Ag 结构，由公式求得垂直入射时的反射率 RODR(θ=0°)为98.8%，而无介质层结构相应的反射率为96.1%。 * 采用GaInN材料体系的ODR型 LED RuO2层——与p型GaN实现欧姆接触； 低折射率SiO2层——厚度为1/4波长，受微接触穿孔 Ag层 λ = 450 nm处的角平均反射率达98%，远高于用于Al0.25Ga0.75N/GaN LED的DBR (49%) 及 Ag 反射器(94%) * 镜面反射器和漫反射器 朗伯体——光源(反射体)的辐亮度 是与观察角度无关的常数 朗伯余弦定理 * 朗伯反射器中的光逃逸