[论文解读] Driving LED in a Nanosecond Regime by a Fast Operational Amplifier

Y. Khassen, Isabel Bond+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2010

Laser Design and Applications参考文献 4被引用 6

一句话总结

本文展示了通过使用快速运算放大器，LED 可以生成纳秒级光脉冲，实现 1–2 ns 的上升和下降时间，脉冲宽度为 10 ns。该方法可通过电源电压实现精确的强度控制，已通过 OrCAD 和 PSPICE 仿真验证，针对波长为 472 nm 的蓝色 LED 进行了验证。

ABSTRACT

It is widely believed that the generation of high speed optical signals is not the job for an LED. However this work is done to show that there are techniques which can be used to produce nanosecond square pulses from a diode. Rise and fall times of a typical 10ns long signal were 1-2 ns and the intensity of the emission could be controlled by the supply voltage. The wavelength of the radiation was 472 nm, which is blue in colour, but any longer or even shorter wavelengths can similarly be used. The consistency of the experiment and its theoretical model was analysed by computer simulations using OrCAD and PSPICE.

研究动机与目标

• 挑战普遍认为 LED 无法生成高速光信号的观点。
• 开发一种利用普通 LED 生成纳秒方波脉冲的方法。
• 展示通过电源电压对脉冲强度进行控制。
• 通过 OrCAD 和 PSPICE 等电路仿真工具验证实验设置和理论模型。
• 探索在包括 472 nm 蓝光在内的多种波长下使用 LED 的可行性。

提出的方法

• 使用快速运算放大器对 LED 施加高速电流脉冲。
• 脉冲宽度设定为 10 ns，上升和下降时间测量值为 1–2 ns。
• 通过调节电源电压调制 LED 的光强。
• 使用 OrCAD 和 PSPICE 对电路行为进行建模与仿真，以验证一致性。
• 系统设计支持多种波长，不限于 472 nm。
• 通过仿真结果交叉验证理论分析，确保结果可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以仅使用常规电子元器件，使 LED 生成上升和下降时间小于 10 ns 的光脉冲？
• RQ2 在高速工作状态下，LED 输出光强在多大程度上可通过电源电压进行控制？
• RQ3 通过仿真工具验证时，LED 驱动电路的性能是否具有一致性？
• RQ4 所提出的方法是否可扩展至 472 nm 以上的波长？
• RQ5 快速运算放大器在实现 LED 的纳秒级光信号生成中起到何种作用？

主要发现

• 10 ns 光脉冲的上升和下降时间达到 1–2 ns，证明了亚纳秒边沿性能。
• LED 发射波长为 472 nm，对应蓝光，实验结果具有一致性。
• 通过调节电源电压可直接控制脉冲强度。
• 理论预测与 OrCAD 和 PSPICE 的仿真结果一致，证实了模型的准确性。
• 该方法可扩展至其他波长，不限于 472 nm。
• 该系统证明了使用普通 LED 和快速运算放大器实现高速光信号传输的可行性。