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        科學上沒有平坦的大道，真理的長河中有無數礁石險灘。只有不畏攀登的采藥者，只有不怕巨浪的弄潮兒，才能登上高峰采得仙草，深入水流覓得驪珠。—華羅庚

        白光發(fā)光二極管（LED）是第四代節(jié)能環(huán)保照明產品，因為它使用壽命長、尺寸小、易驅動、效率高。白光LED的響應靈敏度非常高，具有良好的調制特性，它在照明的同時，可作為無線通信網絡的接入點。將室內的通信基站與白光LED照明設備結合到一起，并將其接入其他通信網絡，這就是可見光通信。

         在無線光通信領域標準化方面，已經提出了許多版本的數據鏈路協議，點到點協議有VLCC/IEEE802.15.7（可見光）、IrDA/IEEE802.15.3（紅外光）；點到多點協議有IEEE812.15.7/OWMAC（可見光）、OWMAC（紅外光）。光無線媒體接入控制（OWMAC）協議規(guī)定的數據速率為128~1024Mbit/s，是半雙工或者全雙工通信，比如，可見光（如波長450nm）系統，數據速率采用100Mbit/s，覆蓋范圍12m2；紅外光（如波長850nm）系統，數據速率采用300Mbit/s，覆蓋范圍30m2。在可見光通信標準方面，有一個可見光通信協會（VLCC），它是一個使用LED提供可見光通信系統的日本標準聯盟。

       日前，中國電子技術標準化研究院和全國信息技術標準化技術委員無線局域網標準工作組聯合發(fā)布了可見光通信標準化白皮書，其中對國內可見光通信產業(yè)化現狀進行了深入分析，并就可見光通信技術、應用、芯片、標準化等方面提出了針對性的建議。

一、白光LED發(fā)光原理 1.LED工作原理

       從6.1.3節(jié)可知，發(fā)光二極管（LED）是通過電子從高能級躍遷到低能級，發(fā)出頻譜寬度在幾百納米以下的光，如圖12.4.1所示?？梢姽夤庾V的波長范圍為380~760nm，人眼感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，各自都是一種單色光。白光是由多種單色光合成的復合光，早在1666年，就被英國物理學家牛頓發(fā)現（見3.3.2節(jié)）。

圖12.4.1 LED的發(fā)光機理及分類

a）LED——光的自發(fā)輻射b）面發(fā)射LEDc）邊發(fā)射LED

       LED有面發(fā)光型和邊發(fā)光型兩類。面發(fā)光LED的出光面與PN結平面平行，如圖12.4.1b所示。邊發(fā)光LED與普通的LD相同，從PN結的一個端面（與結平面垂直）出光，如圖12.4.1c所示。

        發(fā)光二極管的材料主要是III-V族化合物半導體，如GaP、GaAs、GaN等，半導體材料往往折射率較高（如GaAs，n=3.6），故在材料與空氣的界面易發(fā)生全反射，使光不能完全輻射出去，如圖12.4.2a所示。為了提高面發(fā)光LED的耦合效率，通常將LED芯片封裝在塑料半透鏡的中心，如圖12.4.2b和圖12.4.2c所示。透明塑料的折射率為1.5，光輸出是圖12.4.2a的4倍，而且造價也低，因而被大量使用。

圖12.4.2  面發(fā)光LED的結構［6］

a）面發(fā)射LED發(fā)散角大，部分光出現全反射b）加微透鏡聚光LEDc）半球形塑料封裝LED

2.白光是如何實現的

       白光LED實際上是藍光和黃光的混合光，因為黃色是紅色和綠色的混合色，所以將藍色和黃色混合，相當于將紅色、綠色和藍色三色混合，當然會顯示白色。白光LED的出現，主要歸功于氮化鎵銦（GaInN）高亮度藍光LED的研制成功。一種典型的白光LED結構如圖12.4.3a所示，它是將磷光體半球體覆蓋GaInN芯片，該芯片在加上電壓后發(fā)出藍光，部分藍光激發(fā)Y3Al5O12:Ce3+磷光體中的發(fā)光中心Ce3+，發(fā)出黃光，然后藍光和黃光混合就變成了肉眼看到的白光，其光譜圖如圖12.4.3b所示。由此可見，這種白光LED綜合采用了電致發(fā)光和光致發(fā)光的原理。電致發(fā)光是一種直接把電能轉換成光能的物理現象。光致發(fā)光是在磷光體中，發(fā)光中心（催化劑）首先被高頻光激發(fā)，高能量光子首先被吸收，然后以低能量光子發(fā)射的一種發(fā)光現象。彩色陰極射線管（CRT）顯示器和等離子體（PDP）平板顯示器就是光致發(fā)光的例子。

圖12.4.3白光LED的結構和光譜形成的過程

a）典型白光LED結構b）白光LED光譜的形成