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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1 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

2 【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。

3 【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。

4 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

5 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

6 E 制作材料： 直接带隙的 半导体材料 发射波长   hc / Eg

7 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)

8 【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）

9 【实验步骤 Experimental Step】
LD 电学特性测试原理图

10 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。

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12 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。