Главная | Обратная связь

Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера

 

3.1 Цель работы

Изучить методики измерения основных параметров и характеристик полупроводникового лазера. Экспериментальное исследование основных характеристик и параметров полупроводникового лазера.

 

3.2. Подготовка к работе

3.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе:

 

-необходимое и достаточное условие усиления оптического излучения;

-методы возбуждения активного вещества;

-схемы возбуждения активного вещества;

-оптические резонаторы;

-свойства лазерного излучения;

-классификация лазеров;

-полупроводниковый инжекционный лазер. Принцип работы. Основные параметры и характеристики.

 

3.2.2 Ответить на следующие вопросы:

 

-что такое когерентное излучение;

-что такое индуцированное (вынужденное, стимулированное) излучение;

-что такое инверсия населенностей;

-накачка вспомогательным излучением;

-накачка с помощью газового разряда;

-накачка методом сортировки частиц;

-накачка методом инжекции носителей заряда;

-трехуровневая схема возбуждения активного вещества;

-что такое оптический резонатор? Перечислить виды оптических резонаторов;

-коэффициент потерь плоского резонатора;

-добротность оптического резонатора;

-свойства лазерного излучения;

-классификация лазеров;

-основные параметры лазеров;

-спектральные характеристики лазерного излучения;

-непрерывная генерация лазерного излучения;

-импульсная генерация лазерного излучения.

 

Рекомендуемая литература

Пихтин А.Н. Физические основы электроники и оптоэлектроники.- М.: Высш. шк., 1983.

Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. - М.: Радио и связь, 1989.

Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника. - Мн.: Высш. шк., 1987.

Грибковский В.П. Полупроводниковые лазеры. – Мн.: Университетское, 1988.

 

3.3 Лабораторное задание

ЗАПРЕЩАЮТСЯ ЛЮБЫЕ ДЕЙСТВИЯ, ПРИВОДЯЩИЕ К ПОПАДАНИЮ В ГЛАЗА ПРЯМОГО ИЛИ ОТРАЖЕННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

3.3.1 Исследование энергетической и вольтамперной характеристик.

Энергетическая характеристика измеряется с помощью фотодиода ФД1, который конструктивно размещен в одном корпусе с полупроводниковым AlGaInP лазером типа DL-3147-021.

 

Рисунок 1 - Схема лабораторного стенда

 

-собрать схему лабораторного стенда в соответствии с рисунком 1. При этом милиамперметр PА2 подключить к фотодиоду ФД1. Измерить значение темнового тока I_ФТ1 фотодиода ФД1;

-регулятором напряжения источника питания G5 установить 0 вольт. Для этого ручку регулятора повернуть против часовой стрелки до упора. Включить источник питания;

-с помощью регулятора плавно увеличивать напряжение от нуля до максимума. При этом измерять ток через лазерный диод I_Л с помощью милиамперметра PА1, напряжение на лазерном диоде U_Л с помощью вольтметра PV2 и ток через фотодиод ФД1 I_Ф1 с помощью милиамперметра PА2. Результаты измерений занести в таблицу 1;

-выключить источник питания;

-по измеренным значениям рассчитать потребляемую лазерным диодом мощность: P_Л =I_Л U_Л и мощность излучения: P_И =K(I_Ф1 - I_ФТ1) (мВт). Значение коэффициента К определено при калибровке фотодиода ФД1 и равно 17;

-отобразить на графиках вольт-амперную характеристику I_Л=f(U_Л) и энергетическую характеристику P_И =f(I_Л );

-по энергетической характеристике определить значение порогового тока I_ПОР;

-рассчитать коэффициент полезного действия лазера: КПД=P_И (I_Л)/P_Л (I_Л). Отобразить на графике зависимость КПД=f(I_Л);

-рассчитать значение внешнего квантового выхода К_ВНЕШ по формуле:

, (3.1)

где N_РЕК - количество электронов, рекомбинировавших за одну секунду; NФ – количество излучаемых за одну секунду фотонов. N_РЕК определяется отношением тока через лазерный диод I_Л к заряду электрона q:

, (3.2)

где N_Ф определяется отношением мощности излучения лазера Р_И к энергии одного кванта:

, (3.3)

h – постоянная Планка, 6,63×10^-34 Дм×с; с – скорость света, 3×10⁸ м/с; l - длина волны излучения, в нашем случае l = 647 нм.

Отсюда

. (3.4)

 

Отобразить на графике зависимость К_ВНЕШ = f(I_Л).

 

Таблица 1 - Сводная таблица измеренных и расчетных величин.

Измеренные	Рассчитанные
IЛ	UЛ	IФ1	PЛ	PИ	КПД	КВНЕШ

 

3.3.2 Измерение диаграммы направленности излучения проводится с помощью фотодиода ФД2 типа ФД-24К, расположенного на удалении от полупроводникового лазера.

-подключить к фотодиоду ФД2 микроамперметр PА2 и измерить значение темнового тока I_ФТ2;

-включить источник питания и установить ток через лазерный диод I_Л = 45 мА;

-с помощью поворотного механизма и транспортира на лабораторном стенде изменять угол поворота от –40° до +40° с шагом 10° и для каждой точки заносить в таблицу 2 значения тока фотодиода ФД2;

-выключить источник питания;

-рассчитать отсчеты диаграммы направленности излучения в относительных единицах и заполнить таблицу 2;

(3.4.)

-отобразить на графике диаграмму направленности G_ОТН( ). Определить угол расходимости излучения.

 

Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов.

j	-40	-30	-20	-10
IФ2
GОТН

 

3.4 Содержание отчета

-все необходимые формулы, расчеты и графики;

-на основании результатов измерений и расчетов должны быть сделаны выводы.