LD基本性能測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)三 半導(dǎo)體激光器基本性能測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆瞻雽?dǎo)體激光器閾值電流，閾值電流密度，輸出功率，微分量子效率等參數(shù)的物理意義及觀測(cè)方法。學(xué)會(huì)測(cè)定這些參數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器，激光器電源，溫度控制器，光功率計(jì)。三、 實(shí)驗(yàn)原理常見(jiàn)的半導(dǎo)體激光器以電注入結(jié)型器件為主。對(duì)這種激光器而言，隨著注入電流的增加，p-n結(jié)區(qū)發(fā)光的狀態(tài)發(fā)生變化?？捎靡豢梢?jiàn)的變像管來(lái)觀察這種變化。當(dāng)電流不大時(shí)，變像管上可以看到一片漫射光線，這是器件的自發(fā)輻射。注入電流繼續(xù)增大時(shí)，p-n結(jié)的若干個(gè)小區(qū)域發(fā)光明顯增強(qiáng)，在變像管上看到的光點(diǎn)明顯收縮。此時(shí)就是半導(dǎo)體激光器受激發(fā)射的閾值狀態(tài)，這時(shí)的注入電流就叫該半導(dǎo)體激

2、光器的閾值電流。閾值電流與此電流所流過(guò)的p-n結(jié)面積之比叫閾值電流密度J0。隨著注入電流的增大，p-n結(jié)表面上發(fā)光明顯增強(qiáng)的面積逐漸加大，直到整個(gè)p-n結(jié)表面都均勻發(fā)射激光。半導(dǎo)體激光器所發(fā)射的功率，隨注入其中的電流而變化。如圖3.1所示。由圖可見(jiàn)，在閾值以下時(shí)，輸出功率很小，而電流增加到閾值時(shí)，輸出功率隨電流迅速增大。因此，曲線提供了一種由作圖確定器件閾值電流的方法。把直線部分延長(zhǎng)至0處，如圖3.1所示，便可得到閾值電流Ith。圖3.1半導(dǎo)體激光器輸出功率與注入電流的關(guān)系半導(dǎo)體激光器的效率是這種器件的另一個(gè)重要參數(shù)。通常有下面幾種表示方法。量子效率電發(fā)光器件的量子效率定義為器件所發(fā)射的光子數(shù)

3、與注入器件的電子數(shù)之比。如果P是在驅(qū)動(dòng)電流為I時(shí)所發(fā)出的光功率，而光子能量為則 (3-1)其中e是電子電荷。在閾值以上，半導(dǎo)體激光器的量子效率很高，據(jù)估計(jì)可能接近于100。這時(shí)所考慮的是在p-n結(jié)所產(chǎn)生的光子數(shù)而不是器件所發(fā)射出的光子數(shù)，忽略掉發(fā)射后而被吸收的部分。如果需要區(qū)別，則“外量子效率”可用來(lái)表明和器件輸出相關(guān)的參數(shù)。由于光學(xué)元件的吸收，器件的外量子效率要低些，大約40%。微分量子效率從激光器的輸出功率與注入電流的關(guān)系曲線（圖3.1）可見(jiàn)，由（3-1）式所定義的器件效率隨驅(qū)動(dòng)電流而變。因此器件的微分量子效率表明閾值以上輸出特性曲線的斜率。即 （3.2）半導(dǎo)體激光器閾值電流，閾值密度以及

4、輸出功率的測(cè)量裝置如圖3.2所示。圖3.2 半導(dǎo)體激光器的輸出功率測(cè)量裝置在實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)禁直視半導(dǎo)體激光器的發(fā)光面，或?qū)l(fā)光面對(duì)準(zhǔn)別人。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求1.測(cè)輸出功率。半導(dǎo)體激光器操作說(shuō)明（在實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格按照說(shuō)明進(jìn)行操作）（一） 面板說(shuō)明（1）船形開(kāi)關(guān)是電源總開(kāi)關(guān)。（2）溫度設(shè)置旋鈕：用于調(diào)整激光器最佳工作溫度。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)溫度升高，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)溫度降低。其位置可由其側(cè)面扳手鎖定。（3）電流設(shè)置旋鈕：用于設(shè)置和調(diào)整LD工作電流的大小。順時(shí)針表示電流增大，逆時(shí)針電流減小，其位置可以由其側(cè)面的扳手鎖定。（4）“LD開(kāi)/LD關(guān)”開(kāi)關(guān)：進(jìn)行LD關(guān)閉和工作狀態(tài)之間切換。在轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)，對(duì)LD電流回路有慢開(kāi)慢關(guān)的

5、保護(hù)功能。（5）“設(shè)置/工作”開(kāi)關(guān)：進(jìn)行LD電路設(shè)置和工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。在設(shè)置LD工作電流時(shí)，對(duì)LD提供短路保護(hù)。（二） 準(zhǔn)備工作：（1）設(shè)置LD的工作電流a. 開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)電流表顯示數(shù)應(yīng)為0，制冷器進(jìn)入工作狀態(tài)。b. 開(kāi)“設(shè)置/工作”。鈕子開(kāi)關(guān)指向“設(shè)置”c. 開(kāi)LD。鈕子開(kāi)關(guān)指向“LD開(kāi)”d. 調(diào)整電流旋鈕使電流表讀數(shù)為所需數(shù)值。e. 關(guān)LD。鈕子開(kāi)關(guān)指向“LD關(guān)”LD工作電流設(shè)置完畢。（2）激光器工作：a. 開(kāi)“設(shè)置/工作”開(kāi)關(guān)。鈕子開(kāi)關(guān)指向“工作”b. 開(kāi)激光頭上的短路開(kāi)關(guān)。鈕子開(kāi)關(guān)指向激光器一側(cè)c. 開(kāi)LD，鈕子開(kāi)關(guān)指向“LD開(kāi)”此時(shí)激光器工作，電流表顯示工作電流：十分鐘左右激

6、光器溫度。（3）關(guān)機(jī)：a. 將電流表示數(shù)調(diào)至最小b. 關(guān)LD，鈕子開(kāi)關(guān)指向“LD關(guān)”c. 關(guān)“工作”，鈕子開(kāi)關(guān)指向“設(shè)置”d. 關(guān)電源開(kāi)關(guān)e. 將激光器頭上的短路開(kāi)關(guān)指向“短路保護(hù)”注意問(wèn)題：兩個(gè)子開(kāi)關(guān)的操作順序不能反，否則會(huì)損壞激光器開(kāi)機(jī)：先開(kāi)左邊鈕子開(kāi)關(guān)（指向工作）；再開(kāi)右邊鈕子開(kāi)關(guān)（指向LD開(kāi)）關(guān)機(jī)：先關(guān)右邊鈕子開(kāi)關(guān)（指向LD關(guān)）；再關(guān)左邊鈕子開(kāi)關(guān)（指向設(shè)置）逐漸增大注入激光器的電流，對(duì)應(yīng)不同的電流值，記錄各點(diǎn)的輸出光功率，直到注入的電流為其閾值電流的4倍。變換溫度設(shè)置，記錄各點(diǎn)的輸出光功率。以測(cè)得光功率為縱軸，注入電流為橫軸畫(huà)出這兩條曲線根據(jù)所畫(huà)出的輸出曲線，確定閾值電流。2.測(cè)量微分量子效率根據(jù)所畫(huà)出的輸入輸出曲線，用圖解