ЛАБ Инжекционный лазер

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Радиотехнические системы"

Лабораторная работа №2

По дисциплине "Приборы СВЧ и оптического диапазона":

"Исследование полупроводникового инжекционного лазера"

Выполнил:

Студенты группы

Проверил:

Цель работы: ознакомление с принципом действия, параметрами, устройством, основными характеристиками полупроводникового инжекционного лазера, а также измерением его характеристик и параметров.

Рисунок 1 – схема лабораторной установки

Элементы оптического блока:

– лазерный диод;

– фоторезисторы ФР-1 и ФР-2.

Экспериментальная часть.

Таблица 1 – Обработанные результаты измерений

Режимы	Значения параметров
	Измеренные			Рассчитанные
	I, мА	U, В	P, мВт	КПД, %	ηвнеш, %
люминесценции	0	0,20	0	0	0
люминесценции	0	0,40	0	0	0
люминесценции	0	0,60	0	0	0
люминесценции	0	0,80	0.05	0.012	0
люминесценции	0	1,00	0.05	0.012	0
люминесценции	4	1,08	0.10	0.024	0
люминесценции	8	1,12	0.20	0.048	0
люминесценции	8	1,16	0,25	0.060	0
люминесценции	10	1,20	0.30	0.072	0
люминесценции	24	1,40	0.35	0.084	0
люминесценции	40	1,60	0.40	0.096	0
люминесценции	64	1,8	0.50	0.120	0
люминесценции	84	2,0	0.60	0.144	0
						(1)

Где: k = 0,05 мВт/мА – коэффициент, указанный на оптическом блоке

I_фр.0 – начальный ток фоторезистора

I_фр –ток фоторезистора

(2)

Расчёт внешнего квантового выхода η_внеш выполняется по следующим формулам:

(3)

Где: H – число излученных фотонов за 1 с;

N – число электронов рекомбенированных за 1с.

(4)

Где: q = 1,6·10^-19 Кл – заряд электрона;

I – начальный ток фоторезистора.

(5)

Где: h = 6,63·10^-34 Дж/с – постоянная Планка;

– начальный ток фоторезистора (c = 3·10⁸ м/с, мкм;

q ₌ 1,6·10^-19 Кл – заряд электрона.

Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика полупроводникового инжекционного лазера

Рисунок 3 – Спектральная характеристика полупроводникового инжекционного лазера

Таблица 2 – Зависимость фототока от угла поворота лазера в горизонтальной плоскости, соответствующий режиму сверхлюминесценции при I = 160 мА.

Δφгор, град	Iфр, мкА
40	0
50	2
60	6
70	3
80	2
90	2
100	2
55	4
65	20
75	4
85	2

Рисунок 4 – диаграмма направленности лазерного излучения в горизонтальной плоскости при сверхлюминесцентном режиме работы лазера.

Таблица 3 – Зависимость фототока от угла поворота лазера в горизонтальной плоскости, соответствующий режиму когерентного излучения лазера при I = 200 мА.

Δφгор, град	Iфр, мкА
40	0
45	0
5	1
55	1
60	2
65	3
70	3
75	6
80	14
85	16
90	44
95	32
100	18
110	4
120	3
130	3
140	2
150	2

Рисунок 5 – диаграмма направленности лазерного излучения в горизонтальной плоскости при когерентном режиме работы лазера

Выводы: в ходе выполнения работы изучены три характеристики полупроводникового лазера: ВАХ, энергетическая и диаграмма направленности.

По результатам можно сделать вывод, что КПД полупроводникового лазера существенно зависит от тока I, проходящего через диод. Наблюдается пороговое значение тока, ниже которого лазер работает в режиме люминесценции с крайне малым КПД. Такой низкий КПД можно объяснить преобладанием спонтанного излучения, которое не является когерентным и не направлено. После достижения порогового тока лазер постепенно переходит в режим когерентного излучения, что должно привести к увеличению КПД.

Внешний квантовый выход также зависит от тока I, проходящего через диод. При токах ниже порогового значения внешний квантовый выход очень мал (при режиме люминесценции). Аналогично с КПД после достижения порогового тока лазер постепенно переходит в режим когерентного излучения, что должно привести к увеличению внешнего квантовый выход.

Расходимость излучения η_внеш, после превышения порогового тока (когерентный режим) резко уменьшается, формируя узкий лазерный пучок.

7