Лабораторная 2 / ФОЭ_ЛБ_2_9

Цель работы: Исследовать характеристики полупроводниковых лазеров.

Задачи, решаемые в работе:

1. Экспериментальное измерение зависимости коэффициента поляризации лазерного диода от тока накачки I_н .

2. Изучить зависимость степени когерентности излучения ЛД от тока накачки по анализу распределения интенсивности в поперечном сечении волоконных световодов, возбуждаемых ЛД.

3. Экспериментально измерить ватт-амперные характеристики лазерного диода.

4. Экспериментально определить ток накачки, соответствующего началу генерации оптического излучения и порогового тока лазерного диода.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

1 Экспериментальное измерение зависимости коэффициента поляризации лазерного диода от тока накачки I_н

Под поляризационной характеристикой понимается зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника от тока, протекающего через его p-n переход (ток накачки I_н).

1 Измерить зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки. Для этого выполнить следующие операции.

2 Изменять ток накачки I_н с помощью ручки потенциометра на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя» от 4 до значения, при котором показания цифрового индикатора «оптическая мощность отн.ед.» на лицевой панели блока «Фотоприемник» достигнет отметки 1 при минимальной чувствительности – кнопочный переключатель «чувствительность» – в положении «1». При каждом фиксированном значении I_н вращать поляризатор, расположенный между оптическим источником и фотодиодом вокруг своей оси. При вращении поляризатора вокруг своей оси на угол, превышающий 180 градусов, в случае, если излучение источника поляризовано, показания цифрового индикатора «оптическая мощность в отн. ед.» на лицевой панели блока «Фотоприемник», будут изменяться. Отметить минимальные (Р _min) и максимальные (P_max ) показания измерительного прибора, соответствующее им значение тока накачки I_н и занести их значения в таблицу 1. Измерения поводить, меняя ток накачки с шагом, указанным преподавателем.

3 При необходимости переключения пределов изменения тока накачки, необходимо предварительно повернуть ручку потенциометра регулировки I_н на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя» в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение. После этого переключить предел изменения тока и установить необходимое его значение.

Результаты измерений запишем в таблицу 1 - Зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки.

4 По полученным экспериментальным значениям вычислить величину модуля коэффициента поляризации для всех значений тока накачки и построить зависимость его от I_н . Вычисления коэффициента поляризации производить по формуле:

k = (Р_мак - Р_мin) / (Р_мак + Р_мin).

5 На построенном графике зависимости К (I_н ) отметить значение тока I_п2 соответствующее появлению поляризационных свойств у генерируемого источником излучения (резкое увеличение коэффициента поляризации).

Рисунок 5 – Схема установки для исследования поляризации

2 Измерение ватт-амперной характеристики лазерного диода

1 Установить кнопочный переключатель «чувствительность» на лицевой панели блока «Фотоприемник» в положение «1».

2 С помощью потенциометра расположенного на лицевой панели блока «Блок питания излучателя» установить значение тока накачки I_н лазерного диода, при котором цифровой индикатор «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели блока «Фотоприемник» установится на отметку «1».

3 Cледует вращать поляризатор П вокруг своей оси по направлению, в котором происходит уменьшение показаний цифрового индикатора в окне «Оптическая мощность, отн. ед» на лицевой панели «Фотоприемника».

4 Повторять операции, описанные в пунктах 2 и 3 до тех пор, пока не будет установлено значение тока I_н > 22 мА. После этого можно приступать к измерению ватт-амперной характеристики ЛД1.

5 Произвести измерение ватт-амперной характеристики оптического источника. Процесс измерения аналогичен для ЛД1 и СД.

6 Повернуть ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели блока «Блок питания излучателя» в крайнее положение против

часовой стрелки. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя», установив его равным (0 –5)мА.

7 Установить кнопочный переключатель выбора пределов измерения оптической мощности в положение 0,001 (максимальная чувствительность). При необходимости переключить пределы измерения, при большой мощности излучения ЛД.

8 Изменяя ток накачки от 0 до 5мА снять зависимость оптической мощности Р в относительных единицах от I_н. Отметить значение I_н, соответствующее началу генерации. Ток накачки изменять с шагом, указанным преподавателем. Данные измерений занести в таблицу 3.

9 Повернуть ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели блока «Блок питания излучателя» в крайнее положение против часовой стрелки. При этом устанавливается нулевое его значение. После этого переключить предел изменения тока накачки с помощью кнопочного переключателя на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя», установив его равным 0 – 50 мА. Повторить действия описанные в п. 6-8.

Результаты измерения запишем в таблицу 3 – Измерение ватт-амперной характеристики оптического источника.

10 По измеренным значениям построить зависимость оптической мощности Р от тока накачки I_н. По построенным зависимостям определить:

-значения токов накачки ЛД1, соответствующие началу генерации;

-значение порогового тока I_п1 соответствующее излому ватт-амперной характеристики лазерного диода.

Рисунок 6 – Схема установки для исследования ватт-амперной характеристики

ЗАДАНИЕ

1. Экспериментально измерить зависимость коэффициента поляризации лазерного диода от тока накачки Iн. Измерить ток накачки через 2 мА. По полученным экспериментальным значением вычислить величину модуля коэффициента поляризации произвести по формуле:

k = (Р_мак - Р_мin) / (Р_мак + Р_мin).

Определить появление поляризационных свойств у генерируемого источником излучения.

2. Измерить ватт-амперную характеристику лазерного диода, данные занести в таблицу 2. Изменение тока накачки проверить через 0,2 мА. По измеренным значениям построить зависимость оптической мощности Р от тока накачки Iн. По построенным зависимостям определить:

- значение тока накачки ЛД1, соответствующее началу генерации;

- значение порогового тока Iп1, соответствующее излому ватт-амперной характеристики лазерного диода.

Объект исследования: Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах.

Таблица 1 – Зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки.

Iн, (мА)	Рmin, (дел)	Рmах, (дел)	|K|
4	0,000032	0,000274	0,79085
5	0,000162	0,00061	0,580311
6	0,000315	0,00091	0,485714
7	0,00045	0,00132	0,491525
8	0,00063	0,00177	0,475
9	0,00082	0,00229	0,472669
10	0,00112	0,00292	0,445545
11	0,00126	0,00343	0,462687
12	0,00145	0,00397	0,464945
13	0,00173	0,00446	0,441034
14	0,0021	0,00562	0,455959
15	0,00224	0,0066	0,493213
16	0,00248	0,00728	0,491803
17	0,00276	0,00894	0,528205
18	0,00299	0,01139	0,584145
19	0,0034	0,0133	0,592814
20	0,0038	0,016	0,616162
21	0,0042	0,0213	0,670588
22	0,0047	0,0311	0,73743
23	0,0049	0,076	0,878863
24	0,006	0,312	0,962264
25	0,009	0,68	0,973875
26	0,011	0,992	0,978066
27	0,012	1,341	0,982262

Рисунок 7 – Зависимость коэффициента поляризации излучения оптического источника (ЛД1 или СД) от тока накачки

Таблица 2 – Измерение ватт-амперной характеристики оптического источника.

Iн, (мА)	Р, (мВт)
0	0
1	0
2	0
3	0
4	0,01
5	0,05
6	0,1
7	0,14
8	0,2
9	0,24
10	0,29
11	0,33
12	0,39
13	0,43
14	0,48
15	0,52
16	0,57
17	0,62
18	0,67
19	0,71
20	0,75
21	0,8
22	0,85
23	0,89
24	0,95
25	0,99
26	1,03
27	1,06
28	1,12
29	1,14

Рисунок 8 – Измерение ватт-амперной характеристики оптического источника

Из рисунка 8 определил:

-значения токов накачки ЛД1, соответствующие началу генерации:

Для этого проведем аппроксимационную линию (прямую) по линейному участку и найдем точку пересечения с осью токов это будет

-значение порогового тока I_п соответствующее излому ватт-амперной характеристики лазерного диода

Внешняя эффективность взятая как приращения тока накачки к мощности:

По заданию преподавателя рассчитаем внешнюю квантовую эффективность для тока накачки 16 мА: