Transcript 半导体激器光特性测量

半导体激器光特性测量
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实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容
思考题
实验目的
• 掌握半导体激光器工作原理及特性参数
测量。
实验仪器
• 单色仪一台、半导体激光器一只、电流
表一只、检流计一只、光电接收器一只。
实验原理
• 半导体激光器，也称激光二极管(Laser Diode，简称
LD)，是实际应用中最重要的一类激光器。它体积小、
寿命长、输出功率大、效率高，可采用简单的电流注
入方式泵浦。半导体激光器的工作电压与集成电路兼
容，因此可与集成电路单片集成。尤为重要的是可用
高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激
光输出。所以半导体激光器在激光通信、光存储、光
陀螺、激光打印、激光测距和激光雷达等方面有广泛
的应用。
• 半导体激光器的发光原理与其他激光器的发光原理相
同，都涉及受激辐射、粒子数反转与谐振三个关键问
题。
实验原理
• 半导体激光器所涉及的半导体材料种类很多。主要材
料系有：一种材料系是以GaAs和Ga1-xALXAs为基础，这
种激光器的输出波长λ取决于下标x及掺杂情况，一般
为0.85nm左右。它可用于短距离激光通信和固体激光
器的泵浦源。另一种材料系是InP和Ga1-xInXAs1-yPy，这
种 激 光 器 的 输 出 波 长 取 决 于 下 标 x 和 y， 一 般 在
O.92nm～1.65μm。最常见的波长是1.3μm、1.48μm
和1.55μm，其中1.3μm和1.55μm波长光广泛用于光
纤 通 信 。 第 三 种 是 以 Ga1-xAlxAs／GaAs 和 In0.5(Ga1xAlx)0.5P／GaAs材料系为基础的可见光半导体激光器，
其波长分别为780nm和630nm～680nm。近年来，以GaN
材料为基础的另一类可见光激光器得到迅速发展，其
输出波长更短，在蓝绿光波段，主要用于高密度光存
储。
实验原理
半导体激光器按其结构不同可大致分为PN结型、异质结
型和分布反馈式（DFB）这几种。PN结(同质结)激光器
在室温下的阈值电流很高，不能实现室温下的连续振
荡，这在很大程度上限制了它的应用。为了降低激光
器在室温下的阈值电流，实现室温下的连续振荡 ，
1963年有人提出，在较窄禁带宽度材料的两侧加上较
宽禁带宽度的材料构成异质结，以限制载流子。由于
这种限制作用，增大了结区载流子浓度，从而提高了
受激辐射的效率。这就使半导体激光器的研制由同质
结过渡到异质结。异质结又可分单异质结和双异质结
两种。分布反馈(DFB)式半导体激光器与其他激光器的
最大差别，在于谐振腔内的光反馈是利用周期结构(或
衍射光栅)的布拉格反射建立的，而不再用解理面来做
实验原理
光反馈，因而这种激光器符合集成光路中将调制器、开关、
光波导和光源等制作在一块单片上的要求，从而引起人
们极大的兴趣。这种激光器的另一个优点是易于获得单
模单频率的输出，容易与光纤及调制器耦合。
实验内容
黑线
一
LD
稳压电源
单色仪
检流计
光电接收器
+
红线
实验内容
• 1、半导体激光器工作电流与激光器输岀功
率关系曲线测量：
• 调节稳压电源输岀，范围为0V－3V，读岀
和电流表的电流值ILD相对应的检流计的值
Ip(大小和激光功率成正比，可用此值代替
激光功率。)请记录使激光器刚好岀光时的
电流值ILD(即阈值电流)。
• 请重复三次，取平均值，画岀ILD 一Ip曲线。
实验内容
• 2、 激光器光谱特性测量：
调节单色仪，波长范围为600nm一700nm。
找岀使检流计示值最大的波长值 (λ) ，
在峰值波长左右10nm范围内每间膈2nm测
一点，其余每间膈10nm测一点，记录检
流计示值I 。
请重复测三次取平均，并作岀λ一I曲线。
实验内容
• 3、 激光器输岀功率和工作温度关系：
将热吹风对准LD逐渐加温，观察检流计示
值Ip随温度变化趋势，并进行定性分析。
• 4、激光器峰值波长和工作温度关系：
将热吹风对准LD逐渐加温，调节单色仪找
出激光器的峰值波长，观察激光器的峰
值波长随温度变化趋势，并进行定性分
析。
思考题
11、发光二极管(LED)和半导体激光二极管
(LD)有什么不同？请说岀它们各自的优
缺点？
2、半导体激光器的阈值电流和工作环境温
度有什么关系？在实际应用中，应采取
什么措施来减少环境温度对激光器的影
响？