半导体激光特性实验实验报告
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因为半导体激光器共振腔面一般是晶体的解里面， 对常用的GaAs异质结激光器的GaAs晶面对TE模的 反射率大于对偏振方向垂直于波导层的TM模的反 射率，因此，半导体激光器输出的激光偏振度很 高。 。
图.半导体激光器的发散角
P =
I I
// // +
I I
⊥ ⊥
> 90 %
P=(Imax-Imin)/(Imax-Imin)
A＝40mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -70 0 0 434 -68 0.02 5 408 -65 0.04 4 10 322 -60 0.09 9 15 194. 9 -55 0.17 20 123. 1 -50 0.23 5 25 74.2 -45 0.28 4 30 44.4 -40 5.38 35 27.1 -35 27 40 4.86 -30 44 45 0.10 8 -25 66 48 0.09 1 -20 99 50 0.08 5 -15 162 55 0.06 7 -10 269 60 0 -5 370 70 0
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW)
14 2.4 2.4
15 2.9 2.9
16 3.4 3.4
17 4.1 4
18 4.8 4.7
19 5.7 5.6
20 6.7 6.8
21 8.2 8.1
22 10.2 9.9 10.0 5
23 13 12.7 12.8 5
24 17.9 17.2 17.5 5
半导体激光器的光谱图 激光器二极管端面部分的反射的反馈导致建立单个或多 个纵模特性。由于通常同时存在几个纵模，半导体激光 器的典型光谱如图所示。
图.半导体激光器的光谱图
实验的仪器和设备 ：
半导体激光器及可调电源 ， WGD-6光学多道分析器，可旋转 偏振片，旋转台，多功能光学升降台，光功率指示仪，计算机。
半导体激光器的横模和偏振态 在共振腔中传播光以模的形式存在。横模经端 面出射后形成辐射场。辐射场的角分布沿平行 于结面方向和垂直结面方向分别成为正横场和 侧横场。 辐射场的角分布和共振腔的几何尺寸密切相 关，共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大。 由于共振腔平行于结面方向的宽带大于垂直于 结面方向的厚度。所以侧横场小于正横场发射 角，
30 194 189. 6 191. 8
31 209 204 206. 5
32 235 229
33 263 256 259. 5
34 296 291 293. 5
35 345 340 342. 5
36 460 445 452. 5
37 635 614 624. 5
38 805 783
39 976 960
实验步骤： 实验步骤：
1 、半导体激光器的输出特性 2 、半导体激光器的发散角测定 3 、半导体激光器的偏振度测量 4 、半导体激光器的光谱特性测试
半导体激光器的输出特性
用半导体激光器LD电源电流表（mA）的注入电流， 调节半导体激光器的准直透镜把光耦合进光功率 指示仪的接收器，用光功率指示仪读出半导体激 光的输出功率。把半导体激光器注入电流I从0逐 渐增加到40mA，观察半导体激光器输出功率P的 变化，重复2次，将实验数据列表，并作出P-I曲 线，P为平均功率。
40 1126 1115 1120 . 5
41 1283 1285
232
794
Biblioteka Baidu
968
1284
半导体激光器的输出特性
P（ uW）
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 P（ 均 (uW) 平 ）
I(mA)
正发散角的测定
A=20mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -40 0 5 2.26 -35 0.073 10 4.656 -30 0.136 15 4.002 -25 0.31 20 0.612 -20 0.48 25 0.328 -15 0.788 30 0.198 -10 1.355 35 0.124 -5 2.05 40 0.004 0 2.4 42 -0.17
实验讨论问题： 实验讨论问题：
半导体激光器为什么存在阈值电流？阈值电流与那 些因素有关？ 与气体激光器相比，半导体激光器具有那些优缺点？ 利用WGD-6光学多道分析器是否观察到多个纵模？请 分析其中原因。 使用WGD-6光学多道分析器测量波长时，如果入射光 以一定的角度入射，能否准确确定入射光的波长？
A＝40mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -40 0.15 5 28.7 -35 0.55 10 33.7 -30 0.67 15 7.4 -25 0.64 20 2.34 -20 1 25 1.49 -15 10.1 30 0.62 -10 31.8 35 0.44 -5 31.8 40 0.17 0 333
导体激 光器 的偏 振度 测量 数据 （ =30mA） 图（ 30mA） 半 图 A mA
P(uW)
35 30 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200
光 行 平 时 平 于 台 光 直 平 时 垂 于 台
偏振角度( 偏振角度(°)
电流 I=40mA
半导体的激光器的输入功率对光谱的影响在这个实验中可以看作半导体激光的 注入电流对光谱的影响！ 半导体激光器在不同注入电流下会进入不同的模式，一定的电流范围内可能单 模工作，电流变化后可能多模工作，单模的光谱集中于一个波长附近呈现单峰， 多模的光谱呈现多峰。 误差分析：（1）容易收到外界电信号等得干扰，导致实验数据有偏差。
实验数据的记录与整理： 实验数据的记录与整理：
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW) 2.5 0 0 0 3 0 0 0 3.5 0.1 0.1 0.1 4 0.1 0.1 0.1 4.5 0.2 0.2 0.2 5 0.2 0.2 0.2 5.5 0.3 0.3 0.3 6 0.4 0.4 0.4 7 0.5 0.5 0.5 8 0.7 0.7 0.7 9 0.9 0.9 0.9 10 1.2 1.2 1.2 11 1.3 1.4 1.35 12 1.6 1.7 1.65 13 2 2 2
光垂直于平台时
偏振角度(°) P(uW) 偏振角度(°) P(uW) 0 0.49 100 28.6 10 1.34 110 26.2 20 3.97 120 22.4 30 7.99 130 17.24 40 12.58 140 12.49 50 17.14 150 7.85 60 21.8 160 3.75 70 25.7 170 1.36 80 28.4 180 0.5 90 29.5
PN结在 型衬底生长 型层 结在n型衬底生长 结在 型衬底生长p型层
有源区，厚度 有源区，厚度0.2 微米， 微米，形成介质 波导共振腔 P、N区欧姆接触，使激励电流能通过 、 区欧姆接触 区欧姆接触，
半导体激光器的阈值条件 （输出特性）
①.激光器加正向偏置电流,器件 不会立即出现激光振荡，小电流 时发射光大多来至自发辐射。 ②.随着激励电流的增大，大量粒 子数出现反转，发射更多的光子。 ③.电流超过一定值时，出现非激 发态到激发态的突变。 ④.光功率对激励电流曲线的斜率 急速突变，此所对应的电流为阈 值。如图所示
P（uW) uW)
正发散角的测定数据图
500 400 300 200 100 0 -100 -50 -100 0 50 100
转动角度（ 转动角度（°）
A=20mA
转动角度（°） P(uW) -23 0.03 -20 0.04 -15 0.11 -10 0.44 -5 0.92 0 336 5 1.46 10 0.46 15 0.23 20 0.04 22 0.03 25 0.03
半导体激光器的偏振度测量
在探测器前加入偏振片，将偏振片从0°旋转到180°，每 隔10°记录记录输出功率，计算偏振度。
半导体激光器的光谱特性测试
将半导体激光器LD（650nm,<5mW）的光信号通过透镜L耦合 进WGD-6光学多道分析器的输入狭缝SL，让光学多道分析器 与计算机相连，从光栅单色仪输出的光信号通过CCD接受放 大输出到计算机，通过控制软件的设置就绘出半导体激光 器的谱线。分析半导体激光器的输入功率对光谱的影响。
主意事项： 主意事项：
半导体激光器不能承受电流或电压的突变，连同好电路 后需缓慢注入电流上升不要超过65mA,完后电流调到最 小。 静电感应对半导体激光器有影响，如果需要用手触摸半 导体激光器外壳或电极时，手须先触摸金属一下。 大型设备的启动和关闭极易损坏半导体激光器，遇此况 时，先调电流为最小，然后在开关电器。 仪器的安放场所：无强振动源，无强电磁干扰，室内清 洁无腐蚀气体，仪器不可受阳光长时间照射，净化湿度 <65%。
侧横场发散角的数据图
P(uW) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -60 -40 -20 0 20 40 60 转动角度（ 转动角度（°）
A＝ 40mA A=20mA
光平行于平台时
偏振角度(°) P(uW) 偏振角度(°) P(uW) 0 14.59 100 1.16 10 13.9 110 2.27 20 13.01 120 4.07 30 11.18 130 6.23 40 9.12 140 8.27 50 6.77 150 10.92 60 4.59 160 13.12 70 2.65 170 14.52 80 1.42 180 14.94 90 0.87
半导体激光器的发散角测定
测定半导体激光器发散角的测试装置如图所示；半导体激光 器置于旋转台中心，去掉激光器的准直透镜，使半导体激光 器的光发射，并平行于旋转台面。旋转探测器测量不同角度 的光功率，记录光功率指示仪所测得的输出值，作出在10mA 和39mA的注入电流时，其输出值随角度的变化曲线。将半导 体激光器旋转90°再测量侧横场发散角，绘制半导体激光器 的远场辐射特性.
25 31.4 28.3 29.8 5
26 63 57.8
27 99.1 93.4 96.2 5
28 132. 7 127. 4 130. 0 5
2.4
2.9
3.4
4.05
4.75
5.65
6.75
8.15
60.4
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW)
29 165 158. 3 161. 6 5
五邑大学 实验人员： AP0910417 AP0910418
林耀斌 林耀阳
实验目的 ：
1、通过实验熟悉半导体激光器的光学特性。 2、掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。 3、根据半导体激光器的光学特性考察其在光电 子技术方面的应用。 4、掌握WGD-6光学多道分析器的使用。
实验的原理 ：
半导体激光器的基本结构
图.半导体激光器的发散角
P =
I I
// // +
I I
⊥ ⊥
> 90 %
P=(Imax-Imin)/(Imax-Imin)
A＝40mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -70 0 0 434 -68 0.02 5 408 -65 0.04 4 10 322 -60 0.09 9 15 194. 9 -55 0.17 20 123. 1 -50 0.23 5 25 74.2 -45 0.28 4 30 44.4 -40 5.38 35 27.1 -35 27 40 4.86 -30 44 45 0.10 8 -25 66 48 0.09 1 -20 99 50 0.08 5 -15 162 55 0.06 7 -10 269 60 0 -5 370 70 0
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW)
14 2.4 2.4
15 2.9 2.9
16 3.4 3.4
17 4.1 4
18 4.8 4.7
19 5.7 5.6
20 6.7 6.8
21 8.2 8.1
22 10.2 9.9 10.0 5
23 13 12.7 12.8 5
24 17.9 17.2 17.5 5
半导体激光器的光谱图 激光器二极管端面部分的反射的反馈导致建立单个或多 个纵模特性。由于通常同时存在几个纵模，半导体激光 器的典型光谱如图所示。
图.半导体激光器的光谱图
实验的仪器和设备 ：
半导体激光器及可调电源 ， WGD-6光学多道分析器，可旋转 偏振片，旋转台，多功能光学升降台，光功率指示仪，计算机。
半导体激光器的横模和偏振态 在共振腔中传播光以模的形式存在。横模经端 面出射后形成辐射场。辐射场的角分布沿平行 于结面方向和垂直结面方向分别成为正横场和 侧横场。 辐射场的角分布和共振腔的几何尺寸密切相 关，共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大。 由于共振腔平行于结面方向的宽带大于垂直于 结面方向的厚度。所以侧横场小于正横场发射 角，
30 194 189. 6 191. 8
31 209 204 206. 5
32 235 229
33 263 256 259. 5
34 296 291 293. 5
35 345 340 342. 5
36 460 445 452. 5
37 635 614 624. 5
38 805 783
39 976 960
实验步骤： 实验步骤：
1 、半导体激光器的输出特性 2 、半导体激光器的发散角测定 3 、半导体激光器的偏振度测量 4 、半导体激光器的光谱特性测试
半导体激光器的输出特性
用半导体激光器LD电源电流表（mA）的注入电流， 调节半导体激光器的准直透镜把光耦合进光功率 指示仪的接收器，用光功率指示仪读出半导体激 光的输出功率。把半导体激光器注入电流I从0逐 渐增加到40mA，观察半导体激光器输出功率P的 变化，重复2次，将实验数据列表，并作出P-I曲 线，P为平均功率。
40 1126 1115 1120 . 5
41 1283 1285
232
794
Biblioteka Baidu
968
1284
半导体激光器的输出特性
P（ uW）
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 P（ 均 (uW) 平 ）
I(mA)
正发散角的测定
A=20mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -40 0 5 2.26 -35 0.073 10 4.656 -30 0.136 15 4.002 -25 0.31 20 0.612 -20 0.48 25 0.328 -15 0.788 30 0.198 -10 1.355 35 0.124 -5 2.05 40 0.004 0 2.4 42 -0.17
实验讨论问题： 实验讨论问题：
半导体激光器为什么存在阈值电流？阈值电流与那 些因素有关？ 与气体激光器相比，半导体激光器具有那些优缺点？ 利用WGD-6光学多道分析器是否观察到多个纵模？请 分析其中原因。 使用WGD-6光学多道分析器测量波长时，如果入射光 以一定的角度入射，能否准确确定入射光的波长？
A＝40mA
转动角度（°） P(uW) 转动角度（°） P(uW) -40 0.15 5 28.7 -35 0.55 10 33.7 -30 0.67 15 7.4 -25 0.64 20 2.34 -20 1 25 1.49 -15 10.1 30 0.62 -10 31.8 35 0.44 -5 31.8 40 0.17 0 333
导体激 光器 的偏 振度 测量 数据 （ =30mA） 图（ 30mA） 半 图 A mA
P(uW)
35 30 25 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200
光 行 平 时 平 于 台 光 直 平 时 垂 于 台
偏振角度( 偏振角度(°)
电流 I=40mA
半导体的激光器的输入功率对光谱的影响在这个实验中可以看作半导体激光的 注入电流对光谱的影响！ 半导体激光器在不同注入电流下会进入不同的模式，一定的电流范围内可能单 模工作，电流变化后可能多模工作，单模的光谱集中于一个波长附近呈现单峰， 多模的光谱呈现多峰。 误差分析：（1）容易收到外界电信号等得干扰，导致实验数据有偏差。
实验数据的记录与整理： 实验数据的记录与整理：
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW) 2.5 0 0 0 3 0 0 0 3.5 0.1 0.1 0.1 4 0.1 0.1 0.1 4.5 0.2 0.2 0.2 5 0.2 0.2 0.2 5.5 0.3 0.3 0.3 6 0.4 0.4 0.4 7 0.5 0.5 0.5 8 0.7 0.7 0.7 9 0.9 0.9 0.9 10 1.2 1.2 1.2 11 1.3 1.4 1.35 12 1.6 1.7 1.65 13 2 2 2
光垂直于平台时
偏振角度(°) P(uW) 偏振角度(°) P(uW) 0 0.49 100 28.6 10 1.34 110 26.2 20 3.97 120 22.4 30 7.99 130 17.24 40 12.58 140 12.49 50 17.14 150 7.85 60 21.8 160 3.75 70 25.7 170 1.36 80 28.4 180 0.5 90 29.5
PN结在 型衬底生长 型层 结在n型衬底生长 结在 型衬底生长p型层
有源区，厚度 有源区，厚度0.2 微米， 微米，形成介质 波导共振腔 P、N区欧姆接触，使激励电流能通过 、 区欧姆接触 区欧姆接触，
半导体激光器的阈值条件 （输出特性）
①.激光器加正向偏置电流,器件 不会立即出现激光振荡，小电流 时发射光大多来至自发辐射。 ②.随着激励电流的增大，大量粒 子数出现反转，发射更多的光子。 ③.电流超过一定值时，出现非激 发态到激发态的突变。 ④.光功率对激励电流曲线的斜率 急速突变，此所对应的电流为阈 值。如图所示
P（uW) uW)
正发散角的测定数据图
500 400 300 200 100 0 -100 -50 -100 0 50 100
转动角度（ 转动角度（°）
A=20mA
转动角度（°） P(uW) -23 0.03 -20 0.04 -15 0.11 -10 0.44 -5 0.92 0 336 5 1.46 10 0.46 15 0.23 20 0.04 22 0.03 25 0.03
半导体激光器的偏振度测量
在探测器前加入偏振片，将偏振片从0°旋转到180°，每 隔10°记录记录输出功率，计算偏振度。
半导体激光器的光谱特性测试
将半导体激光器LD（650nm,<5mW）的光信号通过透镜L耦合 进WGD-6光学多道分析器的输入狭缝SL，让光学多道分析器 与计算机相连，从光栅单色仪输出的光信号通过CCD接受放 大输出到计算机，通过控制软件的设置就绘出半导体激光 器的谱线。分析半导体激光器的输入功率对光谱的影响。
主意事项： 主意事项：
半导体激光器不能承受电流或电压的突变，连同好电路 后需缓慢注入电流上升不要超过65mA,完后电流调到最 小。 静电感应对半导体激光器有影响，如果需要用手触摸半 导体激光器外壳或电极时，手须先触摸金属一下。 大型设备的启动和关闭极易损坏半导体激光器，遇此况 时，先调电流为最小，然后在开关电器。 仪器的安放场所：无强振动源，无强电磁干扰，室内清 洁无腐蚀气体，仪器不可受阳光长时间照射，净化湿度 <65%。
侧横场发散角的数据图
P(uW) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -60 -40 -20 0 20 40 60 转动角度（ 转动角度（°）
A＝ 40mA A=20mA
光平行于平台时
偏振角度(°) P(uW) 偏振角度(°) P(uW) 0 14.59 100 1.16 10 13.9 110 2.27 20 13.01 120 4.07 30 11.18 130 6.23 40 9.12 140 8.27 50 6.77 150 10.92 60 4.59 160 13.12 70 2.65 170 14.52 80 1.42 180 14.94 90 0.87
半导体激光器的发散角测定
测定半导体激光器发散角的测试装置如图所示；半导体激光 器置于旋转台中心，去掉激光器的准直透镜，使半导体激光 器的光发射，并平行于旋转台面。旋转探测器测量不同角度 的光功率，记录光功率指示仪所测得的输出值，作出在10mA 和39mA的注入电流时，其输出值随角度的变化曲线。将半导 体激光器旋转90°再测量侧横场发散角，绘制半导体激光器 的远场辐射特性.
25 31.4 28.3 29.8 5
26 63 57.8
27 99.1 93.4 96.2 5
28 132. 7 127. 4 130. 0 5
2.4
2.9
3.4
4.05
4.75
5.65
6.75
8.15
60.4
I(mA) P1 P2 P（平均） (uW)
29 165 158. 3 161. 6 5
五邑大学 实验人员： AP0910417 AP0910418
林耀斌 林耀阳
实验目的 ：
1、通过实验熟悉半导体激光器的光学特性。 2、掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。 3、根据半导体激光器的光学特性考察其在光电 子技术方面的应用。 4、掌握WGD-6光学多道分析器的使用。
实验的原理 ：
半导体激光器的基本结构