半导体激光器实验报告

半导体激光器实验报告 课程：_____光电子实验_____ 学号：                                  姓名：                专业：    信息工程      南京大学工程管理学院 半导体激光器 一． 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技术方面的应用 二． 实验原理 1. 半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料。P-n结通常在n型衬底上生长p型层而形成，在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，电流使结区附近的有源区产生粒子数反转。 2. 半导体激光器的阈值条件 当半导体激光器加正向偏置并导通时，器件不会立刻出现激光震荡，小电流时发射光大都来自自发辐射，随着激励电流的增大，结区大量粒子数反转，发射更多的光子，当电流超过阈值时，会出现从非受激发射到受激发射的突变。这是由于激光作用过程的本身具有较高量子效率的缘故，激光的阈值对应于：由受激发射所增加的激光模光子数（每秒）正好等于平面散射，吸收激光器的发射所损耗的光子数（每秒）。 3. 横模和偏振态 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由固有的传播常数和横向电场分布，这些模就构成了激光器中的横模。横模经端面射出后形成辐射场，辐射场的角分布沿平行于结面方向和垂直于结面方向分别成为侧横场和正横场。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度大于垂直于结面方向的厚度，所以侧横场小于正横场的发散角。 激光器的GaAs晶面对TE模的反射率大于对TM模的反射率，因而TE模需要的阈值增益低，TE模首先产生受激发射，反过来又抑制了TM模，另一方面形成半导体激光器共振腔的波导层一般都很薄，这一层越薄对偏振方向垂直于波导层的TM模吸收越大，这就使得TE模增益大，更容易产生受激发射，因此半导体激光器输出的激光偏振度很高。 4．纵模特性       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。 三． 实验内容 1. 半导体激光器的输出特性 用半导体激光器LD电源电流（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，将实验数据列表，并作出P-I曲线，P为平均功率。 I(mA) 2.4 4 6 8 10 12 14 P(uW) 3.31 4.09 5.92 8.59 12.07 18.01 30.7 16 18 20 22 24 26 28 30 498 1084 1679 2315 2830 3290 3820 4450 2. 半导体激光器发散角测定 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辐射特性. 选电流为20mA测量 角度 40 35 30 25 20 15 功率 0 0.2 0.4 18.4 27.5 39.8 10 5 0 -5 -10 -15 -20 55.5 71.9 85.8 93.4 93.1 84.7 69.2 -25 -30 -35 -40 -45 -50 56.1 7.8 1.7 1.4 0.8 0.2 由以上数据可看出发散角大约为85度   旋转90度后： 角度 20 15 10 5 0 -5 -10 功率 0.3 0.5 0.9 16.7 105.4 119.9 25.1 -15 -20 -25 -30 1.6 1.1 1.2 0 发散角大约为45度 3. 半导体激光器偏振度测量 在探测器前加入偏振片，将偏振片从0°旋转到180°，记录输出功率，计算偏振度 角度 0 5 10 15 20 25 30 功率（mw） 0.302 0.405 0.538 0.666 0.787 0.912 1.028 35 40 45 50 55 60 65 70 1.133 1.228 1.307 1.365 1.415 1.44 1.436 1.418 75 80 90 100 110 120 130 140 1.376 1.315 1.144 0.907 0.656 0.418 0.262 0.089 150 160 170 180 0.025 0.032 0.115 0.275 4. 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。 注意事项：     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%。 四． 实验总结 1、 在做关于激光的实验时要始终注意，不可让激光直射眼睛，以免造成眼睛的伤害。 2、 由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌 用力过大 3、     随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。