LD基本性能测试

实验三半导体激光器基本性能测试

一、实验目的

掌握半导体激光器阈值电流，阈值电流密度，输出功率，微分量子效率等参数的物理意义及观测方法。学会测定这些参数的实验方法。

二、实验仪器

半导体激光器，激光器电源，温度控制器，光功率计。

三、实验原理

常见的半导体激光器以电注入结型器件为主。对这种激光器而言，随着注入电流的增加，p-n结区发光的状态发生变化。可用一可见的变像管来观察这种变化。当电流不大时，变像管上可以看到一片漫射光线，这是器件的自发辐射。注入电流继续增大时，p-n结的若干个小区域发光明显增强，在变像管上看到的光点明显收缩。此时就是半导体激光器受激发射的阈值状态，这时的注入电流就叫该半导体激光器的阈值

。

电流。阈值电流与此电流所流过的p-n结面积之比叫阈值电流密度J

0随着注入电流的增大，p-n结表面上发光明显增强的面积逐渐加大，直到整个p-n 结表面都均匀发射激光。半导体激光器所发射的功率，随注入其中的电流而变化。如图3.1所示。由图可见，在阈值以下时，输出功率很小，而电流增加到阈值时，输出功率随电流迅速增大。因此，曲线提供了一种由作图确定器件阈值电流的方法。把直

。

线部分延长至0处，如图3.1所示，便可得到阈值电流I

th

图3.1半导体激光器输出功率与注入电流的关系

半导体激光器的效率是这种器件的另一个重要参数。通常有下面几种表示方法。

η－电发光器件的量子效率定义为器件所发射的光子数与注入器件的量子效率

q

电子数之比。如果P是在驱动电流为I时所发出的光功率，而光子能量为νh则

e I h P q //νη= (3-1) 其中e 是电子电荷。在阈值以上，半导体激光器的量子效率很高，据估计可能接近于100％。这时所考虑的是在p-n 结所产生的光子数而不是器件所发射出的光子数，忽略掉发射后而被吸收的部分。如果需要区别，则“外量子效率”可用来表明和器件输出相关的参数。由于光学元件的吸收，器件的外量子效率要低些，大约40%。

微分量子效率D η－从激光器的输出功率与注入电流的关系曲线（图3.1）可见，由（3-1）式所定义的器件效率随驱动电流而变。因此器件的微分量子效率表明阈值以上输出特性曲线的斜率。即 L D D I I ∆∆≈η （3.2） 半导体激光器阈值电流，阈值密度以及输出功率的测量装置如图3.2所示。

图3.2 半导体激光器的输出功率测量装置

在实验中严禁直视半导体激光器的发光面，或将发光面对准别人。

四、实验内容与要求

1.测输出功率。

半导体激光器操作说明（在实验中严格按照说明进行操作）

（一）面板说明

（1）船形开关是电源总开关。

（2）温度设置旋钮：用于调整激光器最佳工作温度。顺时针旋转温度升高，逆时针旋转温度降低。其位置可由其侧面扳手锁定。

（3）电流设置旋钮：用于设置和调整LD 工作电流的大小。顺时针表示电流增大，逆

时针电流减小，其位置可以由其侧面的扳手锁定。

（4）“LD开/LD关”开关：进行LD关闭和工作状态之间切换。在转换状态时，对LD 电流回路有慢开慢关的保护功能。

（5）“设置/工作”开关：进行LD电路设置和工作状态之间的转换。在设置LD工作电流时，对LD提供短路保护。

（二）准备工作：

（1）设置LD的工作电流

a.开电源开关，此时电流表显示数应为0，制冷器进入工作状态。

b.开“设置/工作”。钮子开关指向“设置”

c.开LD。钮子开关指向“LD开”

d.调整电流旋钮使电流表读数为所需数值。

e.关LD。钮子开关指向“LD关”

LD工作电流设置完毕。

（2）激光器工作：

a.开“设置/工作”开关。钮子开关指向“工作”

b.开激光头上的短路开关。钮子开关指向激光器一侧

c.开LD，钮子开关指向“LD开”

此时激光器工作，电流表显示工作电流：十分钟左右激光器温度。

（3）关机：

a.将电流表示数调至最小

b.关LD，钮子开关指向“LD关”

c.关“工作”，钮子开关指向“设置”

d.关电源开关

e.将激光器头上的短路开关指向“短路保护”

注意问题：

两个子开关的操作顺序不能反，否则会损坏激光器

开机：先开左边钮子开关（指向工作）；再开右边钮子开关（指向LD开）

关机：先关右边钮子开关（指向LD关）；再关左边钮子开关（指向设置）逐渐增大注入激光器的电流，对应不同的电流值，记录各点的输出光功率，直到

注入的电流为其阈值电流的4倍。

变换温度设置，记录各点的输出光功率。

以测得光功率为纵轴，注入电流为横轴画出这两条曲线

根据所画出的输出曲线，确定阈值电流。

2.测量微分量子效率

根据所画出的输入输出曲线，用图解法分别求出电流－功率曲线直线部分的斜

率，此斜率即为微分量子效率

D

思考题

1.半导体激光器的阈值电流、阈值电流密度和哪些因素有关？

2.半导体激光器输出功率受哪些因素影响和限制？如何提高输出功率？