半導(dǎo)體激光器光源發(fā)散角測(cè)試

1、半導(dǎo)體激光器光源發(fā)散角測(cè)試實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性。 了解半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直光路的調(diào)節(jié)。 根據(jù)半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性考察其在光電子技術(shù)方面的應(yīng)用。2. 實(shí)驗(yàn)原理2.1半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器大多數(shù)用的是GaAs或Gai-xAIxAs材料，p-n結(jié)激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。p-n結(jié)通常在n型襯底上生長(zhǎng)p型層而形成。在p區(qū)和n區(qū)都要制作歐姆接觸，使激勵(lì)電流能夠通過(guò)，這電流使結(jié)區(qū)附近的有源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，還需要制成兩個(gè)平行的端面起鏡面作用，為形成激光模提供必須的光反饋。圖1中的器件是分立的激光器結(jié)構(gòu)，它可以與光纖傳輸線連接，如果設(shè)計(jì)成更完整的多層結(jié)構(gòu)，可以提

2、供更復(fù)雜的光反饋，更適合單片集成光路。圖1.半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體激光器的閾值條件當(dāng)半導(dǎo)體激光器加正向偏置并導(dǎo)通時(shí)，器件不會(huì)立即出現(xiàn)激光振蕩。小電流時(shí)發(fā)射光大都來(lái)自自發(fā)輻射，光譜線寬在數(shù)百唉數(shù)量級(jí)。隨著激勵(lì)電流的增大，結(jié)區(qū)大量粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，發(fā)射更多的光子。當(dāng)電流超過(guò)閾值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)從非受激發(fā)射到受激發(fā)射的突變。實(shí)際上能夠觀察到超過(guò)閾值電流時(shí)激光的突然發(fā)生，只要觀察在光功率對(duì)激勵(lì)電流曲線上斜率的急速突變，如圖2所示；這是由于激光作用過(guò)程的本身具有較高量子效率的緣故。從定量分析，激光的閾值對(duì)應(yīng)于：由受激發(fā)射所增加的激光模光子數(shù)（每秒）正好等于由散射、吸收激光器的發(fā)射所損耗的光子數(shù)（每秒）。據(jù)此

3、，可將閾值電流作為各種材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)導(dǎo)出一個(gè)表達(dá)式：th11a21n（R）光功率激勵(lì)電流0圖2這里，Q是內(nèi)量子效率，O是發(fā)射光的真空波長(zhǎng)，n是折射率，'是自發(fā)輻射線寬，e是電子電荷，D是光發(fā)射層的厚度，'是行波的損耗系數(shù)，L是腔長(zhǎng)，R為功率反射系數(shù)。2.3橫模半導(dǎo)體激光器的共振腔具有介質(zhì)波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，所以在共振腔中傳播光以模的形式存在。每個(gè)模都由自己的傳播常數(shù)：m和橫向電場(chǎng)分布，這些模就構(gòu)成了半導(dǎo)體激光器中的橫模。橫膜經(jīng)端面出射后形成輻射場(chǎng)。輻射場(chǎng)的角分布沿平行于結(jié)面方向和垂直于結(jié)面方向分別成為側(cè)橫場(chǎng)和正橫場(chǎng)。輻射場(chǎng)的角分布和共振腔的幾何尺寸密切相關(guān)，共振腔橫向尺寸越小，輻

4、射場(chǎng)發(fā)射角越大。由于共振腔平行于結(jié)平面方向的寬度大于垂直于結(jié)平面方向的厚度。所以側(cè)橫場(chǎng)小于正橫場(chǎng)發(fā)散角，如圖3所示；側(cè)橫場(chǎng)發(fā)散角可近似表示為宀/d,d表示共振腔寬度。共振腔厚度通常只有左右，和波長(zhǎng)同量級(jí)，所以正橫場(chǎng)發(fā)射角較大，一般為30。40°輻射場(chǎng)的發(fā)散角還和共振腔長(zhǎng)度成反比，而半導(dǎo)體激光器共振腔一般只有幾百微米，所以其遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體激光器和晶體激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射角。實(shí)驗(yàn)儀器半導(dǎo)體激光器及可調(diào)電源：中心波長(zhǎng)650nm,v5mW，電流040mA連續(xù)可調(diào)WGD-6光學(xué)多道分析器：光柵600L/mm,f=302.5mm可旋轉(zhuǎn)偏振片：最小刻度值1°旋轉(zhuǎn)臺(tái)：0360°

5、;，最小刻度值1°多功能光學(xué)升降臺(tái)：升降范圍40mm光功率指示儀：2W200mW,6擋實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容實(shí)驗(yàn)中所使用的半導(dǎo)體激光器是可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器，最大功率為3mw,中心波長(zhǎng)為650nm左右。測(cè)定半導(dǎo)體激光發(fā)散角的試驗(yàn)裝置如圖4所示；半導(dǎo)體激光器置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心，去掉準(zhǔn)直透鏡，使半導(dǎo)體激光器的光發(fā)散，并平行與旋轉(zhuǎn)臺(tái)面。光功率指示儀探頭與半導(dǎo)體激光器LD的距離為L(zhǎng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)處于不同角度時(shí)，記下光功率指示儀所測(cè)到的輸出值，做出在不同的注入半導(dǎo)體激光器電流時(shí)，其輸出值隨角度變化的曲線。將半導(dǎo)體激光器旋轉(zhuǎn)90°再測(cè)量側(cè)橫場(chǎng)發(fā)散角。60LD光功率楓頭圖4發(fā)散角測(cè)量5.半導(dǎo)體激光器使用注意事項(xiàng)半導(dǎo)體激光器不能承受電流或電壓的突變。若使用不當(dāng)容易損壞。當(dāng)電路接通時(shí)，半導(dǎo)體激光器的注入電流必須緩慢地上升，不要超過(guò)65mA，以防半導(dǎo)體激光器損壞使用完畢，必須將半導(dǎo)體激光