- •Содержание
- •1 Лабораторная работа оэ1. Исследование характеристик и параметров светоизлучающих диодов.
- •2 Лабораторная работа оэ2 Исследование формирователей возбуждающих напряжений светодиодов
- •3 Лабораторная работа оэ3 Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера
- •4 Лабораторная работа оэ4 Исследование интегральных оптопар
- •5 Лабораторная работа №5 Исследование характеристик и параметров фотодиодов
- •6 Лабораторная работа оэ6 Исследование оптоэлектронной интегральной микросхемы
- •Рекомендуемая литература
- •7 Лабораторная работа оэ7 Исследование оптоэлектронных устройств индикации
- •8 Расчетно - графическое задание
- •Оптоэлектроника
3 Лабораторная работа оэ3 Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера
3.1 Цель работы
Изучить методики измерения основных параметров и характеристик полупроводникового лазера. Экспериментальное исследование основных характеристик и параметров полупроводникового лазера.
3.2. Подготовка к работе
3.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе:
-необходимое и достаточное условие усиления оптического излучения;
-методы возбуждения активного вещества;
-схемы возбуждения активного вещества;
-оптические резонаторы;
-свойства лазерного излучения;
-классификация лазеров;
-полупроводниковый инжекционный лазер. Принцип работы. Основные параметры и характеристики.
3.2.2 Ответить на следующие вопросы:
-что такое когерентное излучение;
-что такое индуцированное (вынужденное, стимулированное) излучение;
-что такое инверсия населенностей;
-накачка вспомогательным излучением;
-накачка с помощью газового разряда;
-накачка методом сортировки частиц;
-накачка методом инжекции носителей заряда;
-трехуровневая схема возбуждения активного вещества;
-что такое оптический резонатор? Перечислить виды оптических резонаторов;
-коэффициент потерь плоского резонатора;
-добротность оптического резонатора;
-свойства лазерного излучения;
-классификация лазеров;
-основные параметры лазеров;
-спектральные характеристики лазерного излучения;
-непрерывная генерация лазерного излучения;
-импульсная генерация лазерного излучения.
Рекомендуемая литература
Пихтин А.Н. Физические основы электроники и оптоэлектроники.- М.: Высш. шк., 1983.
Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. - М.: Радио и связь, 1989.
Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника. - Мн.: Высш. шк., 1987.
Грибковский В.П. Полупроводниковые лазеры. – Мн.: Университетское, 1988.
3.3 Лабораторное задание
ЗАПРЕЩАЮТСЯ ЛЮБЫЕ ДЕЙСТВИЯ, ПРИВОДЯЩИЕ К ПОПАДАНИЮ В ГЛАЗА ПРЯМОГО ИЛИ ОТРАЖЕННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
3.3.1 Исследование энергетической и вольтамперной характеристик.
Энергетическая характеристика измеряется с помощью фотодиода ФД1, который конструктивно размещен в одном корпусе с полупроводниковым AlGaInP лазером типа DL-3147-021.
Рисунок 1 - Схема лабораторного стенда
-собрать схему лабораторного стенда в соответствии с рисунком 1. При этом милиамперметр PА2 подключить к фотодиоду ФД1. Измерить значение темнового тока IФТ1фотодиода ФД1;
-регулятором напряжения источника питания G5 установить 0 вольт. Для этого ручку регулятора повернуть против часовой стрелки до упора. Включить источник питания;
-с помощью регулятора плавно увеличивать напряжение от нуля до максимума. При этом измерять ток через лазерный диод IЛ с помощью милиамперметра PА1, напряжение на лазерном диоде UЛс помощью вольтметра PV2 и ток через фотодиод ФД1 IФ1с помощью милиамперметра PА2. Результаты измерений занести в таблицу 1;
-выключить источник питания;
-по измеренным значениям рассчитать потребляемую лазерным диодом мощность: PЛ=IЛUЛи мощность излучения: PИ=K(IФ1- IФТ1) (мВт). Значение коэффициента К определено при калибровке фотодиода ФД1 и равно 17;
-отобразить на графиках вольт-амперную характеристику IЛ=f(UЛ) и энергетическую характеристику PИ=f(IЛ);
-по энергетической характеристике определить значение порогового тока IПОР;
-рассчитать коэффициент полезного действия лазера: КПД=PИ(IЛ)/PЛ(IЛ). Отобразить на графике зависимость КПД=f(IЛ);
-рассчитать значение внешнего квантового выхода КВНЕШпо формуле:
, (3.1)
где NРЕК- количество электронов, рекомбинировавших за одну секунду;NФ – количество излучаемых за одну секунду фотонов. NРЕКопределяется отношением тока через лазерный диод IЛк заряду электрона q:
, (3.2)
где NФопределяется отношением мощности излучения лазера РИк энергии одного кванта:
, (3.3)
h– постоянная Планка, 6,6310-34Дмс; с – скорость света, 3108м/с;- длина волны излучения, в нашем случае= 647 нм.
Отсюда
. (3.4)
Отобразить на графике зависимость КВНЕШ= f(IЛ).
Таблица 1 - Сводная таблица измеренных и расчетных величин.
Измеренные |
Рассчитанные | |||||
IЛ |
UЛ |
IФ1 |
PЛ |
PИ |
КПД |
КВНЕШ |
|
|
|
|
|
|
|
3.3.2 Измерение диаграммы направленности излучения проводится с помощью фотодиода ФД2 типа ФД-24К, расположенного на удалении от полупроводникового лазера.
-подключить к фотодиоду ФД2 микроамперметр PА2 и измерить значение темнового тока IФТ2;
-включить источник питания и установить ток через лазерный диод IЛ = 45 мА;
-с помощью поворотного механизма и транспортира на лабораторном стенде изменять угол поворота от –40°до +40°с шагом 10и для каждой точки заносить в таблицу 2 значения тока фотодиода ФД2;
-выключить источник питания;
-рассчитать отсчеты диаграммы направленности излучения в относительных единицах и заполнить таблицу 2;
(3.4.)
-отобразить на графике диаграмму направленности GОТН(). Определить угол расходимости излучения.
Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов.
|
-40 |
-30 |
-20 |
-10 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
IФ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GОТН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4 Содержание отчета
-все необходимые формулы, расчеты и графики;
-на основании результатов измерений и расчетов должны быть сделаны выводы.