теория. Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазер. Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера
 Скачать 146.37 Kb.
|
|
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА 1.1 Цель работы Изучить методики измерения основных параметров и характеристик полупроводникового лазера. Экспериментальное исследование основных характеристик и параметров полупроводникового лазера. 1.2 Подготовка к работе 1.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе: необходимое и достаточное условие усиления оптического излучения; схемы возбуждения активного вещества; свойства лазерного излучения; классификация лазеров; полупроводниковый инжекционный лазер. Принцип работы. Основные параметры и характеристики. 1.2.2 Ответить на следующие вопросы: Что такое когерентное излучение? Что такое индуцированное (вынужденное, стимулированное) излучение? Что такое инверсия населённостей? Какие особенности имеет метод накачки лазера вспомогательным излучением? Какие особенности имеет метод накачки лазера с помощью газового разряда? Какие особенности имеет метод сортировки частиц при накачки лазера? Какие особенности имеет метод инжекции носителей заряда при накачке лазера? Трёхуровневая схема возбуждения активного вещества. Что такое оптический резонатор? Перечислить виды оптических резонаторов. Каковы свойства лазерного излучения? Классификация лазеров. 1.2.3 Рекомендуемая литература 1 Игнатов А.Н. Оптоэлектроника и нанофотоника: Учебное пособие. – Спб.: Издательство «Лань», 2011. – 544 с 2 Пихтин А.Н. Физические основы электроники и оптоэлектроники.- М.: Высш. шк., 1983. 3 Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. - М.: Радио и связь, 1989. 4 Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника. – Мн.: Высш. шк., 1987. 5 Грибковский В.П. Полупроводниковые лазеры. – Мн.: Университетское, 1988. 1.3 Лабораторное задание Лазерный модуль типа DL-3147-021 представлен на рисунке 1 и состоит из AlGaInP лазерного диода ЛД и фотодиода ФД1, предназначенного для контроля работоспособности лазерного диода. ЛД ФД1 1 2 3 Рисунок 1 – Схема лазерного модуля DL-3147-021 1.3.1 Исследование вольтамперной характеристики лазерного модуля. Энергетическая характеристика измеряется с помощью фотодиода ФД1, который конструктивно размещён в одном корпусе с полупроводниковым AlGaInP лазером типа. +G5 G1 + - pA1 -G5 +PA1 -PA1 pV2 +PV2 -PV2 pA2 +ФД1 -ФД1 3 1 DL- 3147-021 2 Рисунок 2 – Схема лабораторного стенда для снятия ВАХ и энергетических характеристик Собрать схему лабораторного стенда в соответствии с рисунком 2. При этом миллиамперметр PА2 подключить к фотодиоду ФД1. Измерить значение темнового тока I ФД1.темн. фотодиода ФД1; Регулятором напряжения источника питания G1 установить 0 вольт. Включить источник питания, убедиться, что индикатор источника питания показывает «5В» С помощью регулятора плавно увеличивать напряжение от нуля до максимума. При этом измерять ток через лазерный диод I ЛД с помощью миллиамперметра PА1, напряжение на лазерном диоде U ЛД с помощью вольтметра PV2 и ток через фотодиод ФД1 I ФД1 с помощью миллиамперметра PА2. Результаты измерений занести в таблицу 1 приложения. Выключить источник питания. По полученным данным построить вольт-амперную характеристику I ЛД = f(U ЛД ) 1.3.2 Исследование энергетических характеристик лазерного модуля. По измеренным значениям рассчитать потребляемую лазерным диодом мощность P ЛД.потр. по известной формуле и мощность излучения P ЛД.изл. по формуле 3.1: ЛД.изл. = ∙ ФД − ФД .темн [мВт] (3.1) Где K – коэффициент, определённый при калибровке фотодиода. K = 17 Полученным данные занести в таблицу 1 приложения, построить по ним ватт-амперную характеристику P ЛД.изл = f (I ЛД ), по которой определить значение порогового тока I ПОР , при котором I ФД1 становится отличным от 0. Рассчитать, используя ранее накопленные знания, коэффициент полезного действия лазера η e для значений тока I ЛД при котором ток фотодиода I ФД1 отличен от 0. Полученным данные занести в таблицу 1 приложения, построить по ним энергетическую характеристику η e = f (I ЛД ). Рассчитать значение внешнего квантового выхода η O по формуле: = ф изл.рек (3.2) Где: N изл.рек. – количество электронов, рекомбинировавших с излучением в единицу времени; N ф – количество фотонов, излученных за единицу времени. Полагая коэффициент инжекции равным 1, N изл.рек. определяется соотношением (3.3): изл.рек = ЛД (3.3) Где: η q – внутренний квантовый выход. Принять равным 0.8+0.02n, где n – последняя цифра номера группы; q – заряд электрона. количество испущенных фотонов N ф определяется отношением мощности излучения лазера Р ЛД.изл. к энергии одного кванта: ф = ЛД.изл. ℎ = ЛД.изл. ∙ изл. ℎс (3.4) Где: - длина волны излучения, = 647 нм. Подставив формулы (3.3) и (3.4) в (3.2) получим: = ЛД.изл. ∙ изл. ∙ ℎс ∙ ∙ ЛД (3.4) Рассчитать по формуле (3.4) значения η O для значений тока I ЛД при котором ток фотодиода I ФД1 отличен от 0. Полученным данные занести в таблицу 1 приложения, построить по ним энергетическую характеристику η O = f (I ЛД ). 1.4 Содержание отчёта Схемы, используемые для снятия соответствующих характеристик. Таблицы 1 и 2, заполненные в ходе лабораторной работы. Рассчёты η O (вариативно). ВАХ, энергетическая характеристика, зависимости η e = f (I ЛД ), зависимость η O = f (I ЛД ), построенные по данным таблицы 1 приложения. Выводы Приложение к л/р «Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера» Таблица 1 - Сводная таблица измеренных и расчетных величин (пп. 1.3.1, 1.3.2). Измеренные Рассчитанные I ЛД [мА] U ЛД [В] I ФД1 [мкА] P ЛД.потр. [мВт] P ЛД.изл. [мВт] η e [%] η 0 0 - - - - 0.1 - - - - 0.5 - - - - 1.0 - - - - 2 - - - - 5 - - - - 10 - - - - 16 17 18 19 20 |