激光二极管原理及特性测试 大连民族学院物理与材料学院学院.

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激光二极管原理及特性测试 大连民族学院物理与材料学院学院

【实验目的 Experimental Purpose】 1.了解LD产生激光的原理; 2. 熟悉激光二极管测试部分的装置。 3.了解 LD的电学特性,包括正向电流、正向压降; 4.对LD 的极限参数有明确的概念,正确、安全的使用LD; 5.通过电学特性的测量,认识LD 的发光机理。

【实验原理 Experimental Principle】 激光二极管的诞生被视为本世纪的三大发明之一(以及半导体和原子能)。和其他激光器相比,半导体激光二极管具有体积小、重量轻、低功率驱动、高效率输出、调制方便、寿命长、易集成等一系列优点,因而得到了广泛的应用。 本实验测量的是F-P 型LD。

半导体激光器的激射条件 有源区里实现足够的粒子数反转分布 当处于高能级上的电子数N2大于处于低能级上的电子数 N1 时,受激辐射占据主导地位,光被放大。 N2 > N1 的情况是一种处于非热平衡状态下的反常情况(外界激励),通常称为粒子数反转分布,或布局反转。 (2) 存在光学谐振机理,并在有源区里建立起稳定的振荡

光学振荡 (a) 利用晶体天然解理面形成法布里-珀罗谐振(F-P)腔 禁带 M1 M2 (b) 利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合形成光振荡(分布反馈型DFB, 分布布喇格反射型DBR) 禁带 M1 M2

E 制作材料: 直接带隙的 半导体材料 发射波长   hc / Eg

F-P腔激光器 ( ) = (N2 - N1)C2 g() / (8n22sp) (1) F-P腔的作用—建立光振荡 振幅条件:使激光器成为阈值器件 e (th- )2L • R = 1  th :阈值时增益系数 : 谐振腔内部工作物质的损耗系数 L : 谐振腔腔长 R: 谐振腔两镜面反射率之积, R= R1 R2 增加增益的方法:加大注入电流 ( ) = (N2 - N1)C2 g() / (8n22sp)

【实验仪器 Experimental Device】 1.半导体发光器件及驱动电源——发光二极(LED )、激光二极管(LD)等; 2.光电探测器及驱动电源 3.光栅单色仪一套; 4.计算机实验软件(计算机由用户自备); 5.实验组合光学系统及平台(一套)

【实验步骤 Experimental Step】 LD 电学特性测试原理图

1.复习LED 特性测试部分用到的装置,按照第一部分实验的步骤在控制面板上连线; 2.将装有650nmLD胶木棒的引出线接到面板上“正向电压”端口,接通电源,缓慢调节旋钮,观察到有激光发出,注意其发光亮度的变化(与电流对照)。驱动电流不能超过给定LD的60mA ; 3.将胶木棒固定在单色仪入口位置圆筒内,入口狭缝调到最大。启动单色仪,运 4.行步进电机开始扫描,观察出口狭缝的出光情况; 5.分别对 650nmLD,980nmLD进行测量伏安特性。

思考题 1 . 简介中提到LD“带隙宽度必须满足发射波长的要求”,这个要求是什么? 2 . 简述LD受激发光机理,分析F-P 型和DFB 型LD的异同。