6 Аппаратура для исследования излучения лазерных диодов на основе GaAs

При исследовании рекомбинационного излучения в полупроводниках, в частности при генерации когерентного излучения через p-n переход приходится пропускать большие токи. Часто плотности тока достигают очень высоких значений порядка 10⁶ А/см².

Исследование узких спектральных линий когерентного излучения обычно проводится при предельных разрешениях спектральных приборов, что требует измерение малых световых потоков рекомбинационного излучения. Регистрация такого излучения предъявляет серьёзные требования к приёмной аппаратуре. Чтобы обеспечить высокие плотности тока и при этом исключить нагрев p-n перехо­да применяется импульсная инжекция носителей. Система регист­рации и записи спектров рекомбинационного излучения при этом также рассчитана на импульсный характер сигналов излучения.

Блок-схема установки для изучения рекомбинационного излу­чения в полупроводниках показана на рис.10. Для инжекции носителей через p-n переход применяется мощный генератор импульсов. В данной установке для возбуждения излучения лазерного диода используется транзисторный усилитель мощности и задающий генератор 26И. Транзисторный усилитель мощности обеспечивает ток до 20 А в импульсе. Частота и длительность импульсов возбуждения задаются генератором 26И. С усилителя мощности прямоугольные импульсы тока подаются через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75Ом на лазерный диод, помещенный в криостат с жидким азотом. Коаксиальный кабель обеспечивает согласование усилителя с нагрузкой.

Спектр излучения лазерного диода исследуется с помощью инфракрасного спектрофотометра ИКС-12. Излучение, проходящее через спектрофотометр, попадает на катод ФЭУ-22, и усиленный фотоэлектронным умножителем электрический сигнал выделяется на его нагрузке.

Сигнал с нагрузки фэу поступает на предусилитель с коэффициентом усиления 20. Предусилитель расположенный в непосредственной, близости от фотоприемника позволяет свести к минимуму паразитную емкость. С предусилителя сигнал поступает на основой усилитель с коэффициентом усиления, меняющимся от 50 до 15000. В качестве усилителя

Рис. 10. Блок-схема для исследования излучения лазерных диодов на GaAs.

используется стандартный блок УШ-2. Усиленные выходные сигналы могут наблюдаться на катодном осциллографе, подключенном к выходу усилителя УШ-2. Затем усиленный сигнал поступает на синхронный детектор. Приме­нение синхронного детектирования позволяет улучшить разрешающую способность приемника. Принцип работы такой схемы заключается в том, что детектирование происходит только во время, равное длительности опорного импульса, и шумы действуют только за время импульса.

Таким образом, получается зиачительный выигрыш I отношении сигнал/шум.

Опорный импульс для синхронного детектора формируется генератором МГИ-1, который работает в режиме «внешнего запуска».Генератор мощных импульсов и импульсный генератор МГИ-1 запус­каются от одного и того же генератора 26И, задающего частоту следования импульсов. Синхронный детектор преобразует сигнал излучения в постоянное напряжение в случае совпадения по време­ни опорного импульса с импульсом излучения. Этого совпадения можно добиться регулируя время задержки генератора МГИ-1. Постоянное напряжение записывается электронным потенциометром ЭПП-0,9.

Работа всей установки рассчитана на автоматическую запись спектров излучения на стандартной диаграммной бумаге которая перемещается в электронном потенциометре ЭПП-0,9 синхронным электродвигателем. Перемещение по спектру осуществляется поворотом зеркала Литтрова с помощью барабана длин волн который приводится во вращение через редуктор синхронная синхронным электродвигателем, при этом на диаграммной бумаге ставятся автомати­чески реперные точки через определенное число делений барабана.

Более подробное описание работы спектрального прибора и записывающего устройства изложено в описании к прибору ИКС-12.