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【摘 要】超辐射发光二极管（SLD）作为一种非相干性宽带光源，其性能介于激光器和发光二极管之间，具有宽的光谱以及较大光输出功率特性，成为光纤陀螺仪（FOG） 和光纤传感器的理想光源， 同时也成为了光时域反射仪（OTDR） 以及部分光通信设备的主要光源之一，在光纤传感器、相干光照相系统、光纤通讯系统、临床医学系统等许多方面具有广泛的用途。介绍了超辐射发光二极管（SLD）的内部结构，工作原理，相关在发展中的应用与问题，以及SLD内部磁场分析和仿真设计。
【关键词】超辐射发光二极管（SLD）；光输出功率；光纤陀罗仪（FOG）；SLD内部磁场
0.引言
自1971年首个半导体SLD被制作出来后，至今短短四十年，超辐射发光二极管的研究与运用领域得到了飞速发展，并取得巨大的成就。由于超辐射发光二极管具有极其广泛的运用，也就注定了它是一个热门的领域。各个领域相辅相成，其他领域发展的同时，对于超辐射发光二极管的性能要求也来越高。对于所使用的SLD光源具有宽的光谱和高输出率的特性，这是超辐射发光二极管的优势所在，同时让其所在的系统具有高灵敏度，低相干性，高稳定性以及低噪声等也是人们所研究和改进超辐射发光二极管的目标和方向。此外，SLD作为一种优良性能的发光二极管，其内部磁场也是研究的一个方向。
当今有关SLD技术的许多方面运用已很纯熟。其一：SLD在光纤陀螺仪中起到很大的作用。光纤陀螺仪（IFOG）是一种全固态惯性测量器，在电子工业，重工业等领域中有广泛作用。超辐射发光二极管光谱宽度，输出功率，温度稳定性等性能满足光纤陀螺仪的要求，成为其首选光源器件。其二：在光学相关层析技术（OCT）中，超辐射发光二极管也是其理想光源之一。OTC是一种新兴的无损伤诊断技术，其高精度分辨率决定了它要求光纤长度较短，SLD成为它的理想选择。其三：SLD在低相干光时域反射仪（OTDR）中的运用。OTDC的重要指标包括分辨率和动态范围，而SLD的相关长度短，高输出功率成为其选择目标。其四：SLD能用于波分复用技术中也是因为其高输出功率，宽光谱的特点，且能与光纤传输技术兼容并用于其中[1]。SLD因为其优良的性能，广泛运用于光学，电子工业，航空航天，军工，医学等方面，随着时间的推移，人们对于SLD会有更深层次的研究和长足发展。
目前所能生产SLD光源元件主要由发光管管芯、热敏电阻器和半导体制冷器组成[2]。在光源驱动电路中，主要通过控制发光管管芯和驱动电流来控制SLD光源件，使其达到温度和电流相互控制形成的自动控制功能。其中SLD光源件的控制方法有广泛使用的模拟控制法和数字化控制法。
常用的SLD光源元件采用标准14脚双列直插或8脚蝶型带尾纤的耦合封装[3]。它是一种内部单程增益光发射器件，其性能指标主要由输出功率决定，并且掺杂光谱宽度性能。正向电流注人后 有源层内反转分布的电子从导带跃迁到导价带或杂质能级时， 与空穴复合而释放出光子，这种自发辐射的光子在给定腔体中传播时受增益作用而得到放大[4]。传统的激光半导体中，腔体两端面的反射作用形成谐振，当注入电流高于阙值后，端面输出增大而形成激光。而在SLD半导体光源器件中，经过改善和加工，其后端反射形成的谐波不足以形成激光，输出的是非相干光。但是由于光在途中受到增益作用，使得SLD器件的调制带宽增大。
而在SLD光源器件接入电源工作后，会产生相应的热量，使光源温度升高，影响光源器件的输出功率。如果输入电流不变，那么随着温度的升高，其输出功率就会降低，造成输出功率的不稳定，这一问题影响了SLD光源器件的性能。同理，如果保持SLD内部器件的温度不升高，那么电流增大就能使SLD光源器件的输出功率增大，但是不可能无限增大电流，因为现有的技术以及对其外观大小的要求决定了只能通过协调温度和电流之间保持达到合理的最大输出功率。而这样的要求就要经过SLD光源器件的电路驱动设计来完成。SLD驱动控制多采用制冷器控制，或者恒流控制。SLD光源器件内部虽然发光管管芯是主要的工作器件，但里面的热敏电阻器和制冷器也是必不可少的，三者缺一不可。基于运用需求，稳定的输出功率的光源器件要通过完善的电路驱动设计控制电流放和制冷器来使得电流和温度协调达到可行性的最大化输出功率。同时，这也使得SLD光源元件的驱动设计具有多样化，其中最广泛的方法大致为模拟控制法，而有部分采用的是数字化控制法，多样的设计方式展现出SLD宽广的拓展范围和发展空间。
超辐射发光二极管的广泛运用，促成了这一领域的飞速发展。首先，追求宽光谱，大功率的SLD是其主要目标。但是注入电流的增大会使得光谱宽度变窄，经过人们的研究，可以通过以下几种方式解决：第一种为有源区优化设计。SLD有源区结构分为量子阱（QW）和量子点（QD）两种；第二，抑制SLD受激振荡；第三：利用横向结取代垂直结；第四：改进散热方式。另外，可以改良SLD使其具有抗辐射性，在一些领域运用里能取到很好的效果[5]。
宽光谱，大功率输出特性的超辐射发光二极管（SLD）将会是一个不断深入的研究领域，而研制出更大输出功率，高灵敏度，低相干性，高稳定性的超辐射发光二极管也是人们的必然要求。但是由于温度制约着输出功率，就要求人们必须设计出更为完善的电路驱动方案，或者发掘新型的材料来不断提高超辐射发光二极管的性能。相信，随着超辐射发光二极管以及各方面的科学领域发展，今后的SLD光源将会得到更大的用处，并且衍生出新的领域。
1.SLD内部结构的磁场规律
通入电流后，SLD组件开始工作，也开始产生磁场。而产生的磁场有可能对其内部组件工作性能产生影响。藉此，就SLD组件而言，可以先简化加以研究，一个矩形金属小盒，外加两块极板，通入电流的磁场接近于SLD内部产生的磁场。对于这样规律，则利用maxxwall软件先进行SLD建模，然后仿真出其磁场规律。借助于软件，可以有效，直白的分析其磁场规律和效用。这也是研究的目的。
2.结论
超辐射发光二极管（SLD）作为一种高功率，宽光谱的光源器件，同其他的科学成果一样也会深深影响着未来的科学发展与进步。伴随着今天以及将来许多更为优良性能的SLD出现，重点在于学习，传承并创新，将SLD技术推向更深层次。而对于其内部磁场的研究，将有助于提高SLD的性能，甚至有可能发现它的新用途。
【参考文献】
[1]王佐才，吕雪芹，金鹏，王占国.超辐射发光二极管的运用[J].红外技术，2010（5）：32-5.
[2]邹燕，张春熹，刘军等.低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计[J].传感器技术，2005（10）：62-63.
[3]裴雅鹏，杨军.SLD光源驱动电路的设计与实验研究[J].光学仪器，2005（6）：58-61.
[4]谢辉，郑云生.超辐射发光二极管组件[J].光通信技术，2004（4）.
[5]段成丽，王振.超辐射发光二极管的研究进展[J].半导体光电，2013（6）：34-3.
[6]尹世刚，舒晓武，宫兆涛等.光纤陀螺用SLD光源的光功率稳定性研究[J].光学仪器，2003（4）：20-24.
【关键词】超辐射发光二极管（SLD）；光输出功率；光纤陀罗仪（FOG）；SLD内部磁场
0.引言
自1971年首个半导体SLD被制作出来后，至今短短四十年，超辐射发光二极管的研究与运用领域得到了飞速发展，并取得巨大的成就。由于超辐射发光二极管具有极其广泛的运用，也就注定了它是一个热门的领域。各个领域相辅相成，其他领域发展的同时，对于超辐射发光二极管的性能要求也来越高。对于所使用的SLD光源具有宽的光谱和高输出率的特性，这是超辐射发光二极管的优势所在，同时让其所在的系统具有高灵敏度，低相干性，高稳定性以及低噪声等也是人们所研究和改进超辐射发光二极管的目标和方向。此外，SLD作为一种优良性能的发光二极管，其内部磁场也是研究的一个方向。
当今有关SLD技术的许多方面运用已很纯熟。其一：SLD在光纤陀螺仪中起到很大的作用。光纤陀螺仪（IFOG）是一种全固态惯性测量器，在电子工业，重工业等领域中有广泛作用。超辐射发光二极管光谱宽度，输出功率，温度稳定性等性能满足光纤陀螺仪的要求，成为其首选光源器件。其二：在光学相关层析技术（OCT）中，超辐射发光二极管也是其理想光源之一。OTC是一种新兴的无损伤诊断技术，其高精度分辨率决定了它要求光纤长度较短，SLD成为它的理想选择。其三：SLD在低相干光时域反射仪（OTDR）中的运用。OTDC的重要指标包括分辨率和动态范围，而SLD的相关长度短，高输出功率成为其选择目标。其四：SLD能用于波分复用技术中也是因为其高输出功率，宽光谱的特点，且能与光纤传输技术兼容并用于其中[1]。SLD因为其优良的性能，广泛运用于光学，电子工业，航空航天，军工，医学等方面，随着时间的推移，人们对于SLD会有更深层次的研究和长足发展。
目前所能生产SLD光源元件主要由发光管管芯、热敏电阻器和半导体制冷器组成[2]。在光源驱动电路中，主要通过控制发光管管芯和驱动电流来控制SLD光源件，使其达到温度和电流相互控制形成的自动控制功能。其中SLD光源件的控制方法有广泛使用的模拟控制法和数字化控制法。
常用的SLD光源元件采用标准14脚双列直插或8脚蝶型带尾纤的耦合封装[3]。它是一种内部单程增益光发射器件，其性能指标主要由输出功率决定，并且掺杂光谱宽度性能。正向电流注人后 有源层内反转分布的电子从导带跃迁到导价带或杂质能级时， 与空穴复合而释放出光子，这种自发辐射的光子在给定腔体中传播时受增益作用而得到放大[4]。传统的激光半导体中，腔体两端面的反射作用形成谐振，当注入电流高于阙值后，端面输出增大而形成激光。而在SLD半导体光源器件中，经过改善和加工，其后端反射形成的谐波不足以形成激光，输出的是非相干光。但是由于光在途中受到增益作用，使得SLD器件的调制带宽增大。
而在SLD光源器件接入电源工作后，会产生相应的热量，使光源温度升高，影响光源器件的输出功率。如果输入电流不变，那么随着温度的升高，其输出功率就会降低，造成输出功率的不稳定，这一问题影响了SLD光源器件的性能。同理，如果保持SLD内部器件的温度不升高，那么电流增大就能使SLD光源器件的输出功率增大，但是不可能无限增大电流，因为现有的技术以及对其外观大小的要求决定了只能通过协调温度和电流之间保持达到合理的最大输出功率。而这样的要求就要经过SLD光源器件的电路驱动设计来完成。SLD驱动控制多采用制冷器控制，或者恒流控制。SLD光源器件内部虽然发光管管芯是主要的工作器件，但里面的热敏电阻器和制冷器也是必不可少的，三者缺一不可。基于运用需求，稳定的输出功率的光源器件要通过完善的电路驱动设计控制电流放和制冷器来使得电流和温度协调达到可行性的最大化输出功率。同时，这也使得SLD光源元件的驱动设计具有多样化，其中最广泛的方法大致为模拟控制法，而有部分采用的是数字化控制法，多样的设计方式展现出SLD宽广的拓展范围和发展空间。
超辐射发光二极管的广泛运用，促成了这一领域的飞速发展。首先，追求宽光谱，大功率的SLD是其主要目标。但是注入电流的增大会使得光谱宽度变窄，经过人们的研究，可以通过以下几种方式解决：第一种为有源区优化设计。SLD有源区结构分为量子阱（QW）和量子点（QD）两种；第二，抑制SLD受激振荡；第三：利用横向结取代垂直结；第四：改进散热方式。另外，可以改良SLD使其具有抗辐射性，在一些领域运用里能取到很好的效果[5]。
宽光谱，大功率输出特性的超辐射发光二极管（SLD）将会是一个不断深入的研究领域，而研制出更大输出功率，高灵敏度，低相干性，高稳定性的超辐射发光二极管也是人们的必然要求。但是由于温度制约着输出功率，就要求人们必须设计出更为完善的电路驱动方案，或者发掘新型的材料来不断提高超辐射发光二极管的性能。相信，随着超辐射发光二极管以及各方面的科学领域发展，今后的SLD光源将会得到更大的用处，并且衍生出新的领域。
1.SLD内部结构的磁场规律
通入电流后，SLD组件开始工作，也开始产生磁场。而产生的磁场有可能对其内部组件工作性能产生影响。藉此，就SLD组件而言，可以先简化加以研究，一个矩形金属小盒，外加两块极板，通入电流的磁场接近于SLD内部产生的磁场。对于这样规律，则利用maxxwall软件先进行SLD建模，然后仿真出其磁场规律。借助于软件，可以有效，直白的分析其磁场规律和效用。这也是研究的目的。
2.结论
超辐射发光二极管（SLD）作为一种高功率，宽光谱的光源器件，同其他的科学成果一样也会深深影响着未来的科学发展与进步。伴随着今天以及将来许多更为优良性能的SLD出现，重点在于学习，传承并创新，将SLD技术推向更深层次。而对于其内部磁场的研究，将有助于提高SLD的性能，甚至有可能发现它的新用途。
【参考文献】
[1]王佐才，吕雪芹，金鹏，王占国.超辐射发光二极管的运用[J].红外技术，2010（5）：32-5.
[2]邹燕，张春熹，刘军等.低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计[J].传感器技术，2005（10）：62-63.
[3]裴雅鹏，杨军.SLD光源驱动电路的设计与实验研究[J].光学仪器，2005（6）：58-61.
[4]谢辉，郑云生.超辐射发光二极管组件[J].光通信技术，2004（4）.
[5]段成丽，王振.超辐射发光二极管的研究进展[J].半导体光电，2013（6）：34-3.
[6]尹世刚，舒晓武，宫兆涛等.光纤陀螺用SLD光源的光功率稳定性研究[J].光学仪器，2003（4）：20-24.