- •Введение
- •Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах”
- •Относительная спектральная характеристика инжекционного лазера
- •Диаграмма направленности инжекционного лазера
- •Ватт-амперные характеристики инжекционного лазера при различных температурах
- •Зонная диаграмма инжекционного квантоворазмерного InGaAsP/InPлазера
- •Инжекционный лазер с резонатором Фабри-Перо
- •Инжекционный лазер с распределенной обратной связью
- •Внешний вид волоконно-оптического лазерного модуля
- •Конструкция волоконно-оптического лазерного модуля
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик p-I-nфотодиода”
- •Вольт-амперные характеристики p-I-nфотодиода при различных уровнях мощности оптического излучения
- •Энергетическая характеристика p-I-nфотодиода
- •Относительная спектральная характеристика монохроматической чувствительности p-I-nфотодиода
- •CтруктураInGaAs/InPp-I-nфотодиода и его зонная диаграмма
- •Относительная спектральная характеристика InGaAs/ InP p-I-nфотодиода
- •Внешний вид волоконно-оптического фотодиодного модуля
- •Зависимость темнового тока InGaAs/InP p-I-nфотодиода от напряжения обратного смещения
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-I-nфотодиода”
- •Переходные характеристики p-I-nфотодиода
- •Частотная характеристика p-I-nфотодиода
- •Зависимость предельной частоты InGaAs/InPp-I-nфотодиода от толщины поглощающегоi-слоя при различных диаметрах фоточувствительной области
- •Эквивалентная электрическая схема p-I-nфотодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода”
- •Вольт-амперные характеристики лавинного фотодиода в темновом режиме и при освещении, а также вольтовая характеристика коэффициента умножения
- •Структура InGaAs/InPлавинного фотодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Лабораторная работа “Измерение токовой характеристики силы излучения светодиода”
- •Энергетические и фотометрические величины оптического излучения
- •Относительная спектральная характеристика светодиода
- •Диаграмма направленности светодиода
- •Токовые характеристики силы излучения (силы света) в максимуме диаграммы направленности светодиода при различных температурах
- •Поперечное сечение светодиода
- •Внешний вид 5 мм светодиода
- •Относительная спектральная характеристика квантоворазмерного GaAlAs суперяркого красного светодиода
- •Диаграмма направленности квантоворазмерного GaAlAs суперяркого красного светодиода
- •Блок-схема лабораторной установки
- •Спектральная характеристика кремниевого p-I-nфотодиода
- •Относительная спектральная характеристика монохроматической чувствительности глаза человека
- •Оценка погрешностей результатов измерений
- •Значение коэффициента Стьюдента tдля случайной величиныX, имеющей распределение Стьюдента с (n-1) степенями свободы
- •Ряд экспериментальных значений
- •Ряд случайных отклонений результатов
- •Литература
Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО “Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)”
Малышев С.А., Чиж А.Л., Василевский Ю.Г., Гришанов В.А., Ерошенко М.Н., Манего С.А.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу “Оптоэлектроника” для студентов специальности “Микроэлектроника”
Новочеркасск 2007
Содержание
Введение 3
1. Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах” 4
2. Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик p-i-n фотодиода” 16
3. Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-i-n фотодиода” 28
4. Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода” 38
5. Лабораторная работа “Измерение токовой характеристики силы излучения светодиода” 46
6. Оценка погрешностей результатов измерений 58
Литература 65
Введение
Оптоэлектроника – это научное направление, изучающее физические принципы управления оптическими и электронными процессами в различных материальных средах с целью передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации. Оптоэлектроника изучает взаимное преобразование электрических и оптических сигналов в веществе, на основе чего создаются элементы и устройства обработки информации – приборы, в которых основные физические процессы протекают с участием фотонов: инжекционные лазеры, фотодиоды, светодиоды, оптроны. В настоящее время оптоэлектронные приборы применяются в волоконно-оптических системах связи, в системах дистанционного управления теле- и радиоаппаратурой, в системах автоматизации и измерительной технике для коммутации электрических сигналов и развязки электронных узлов, в осветительной технике, в измерительной технике и бытовой электронике для индикации и отображения информации. В данном лабораторном практикуме рассматриваются следующие оптоэлектронные приборы:
инжекционный квантоворазмерный InGaAsP/InP лазер с распределенной обратной связью, работающий на длине волны 1550 нм, для различных волоконно-оптических систем;
InGaAs/InP p-i-nфотодиод, работающий в спектральном диапазоне 8001700 нм, для различных волоконно-оптических систем;
InGaAs/InP лавинный фотодиод, работающий в спектральном диапазоне 8001700 нм, для волоконно-оптических линий связи;
квантоворазмерный GaAlAs сверхяркий светодиод, работающий на длине волны 660 нм (красный цвет), для индикации и отображения информациив измерительной технике и бытовой электронике.
Данный лабораторный практикум направлен на развитие у студентов знаний о принципах функционирования, конструкциях и характеристиках современных полупроводниковых оптоэлектронных приборов и навыков работы с ними. Практикум представляет собой цикл лабораторных работ по измерению ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах, фотоэлектрических и частотных характеристик p-i-nфотодиода, фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода, а также токовой характеристики силы излучения светодиода.
При составлении лабораторного практикума авторы полагали, что студенты знакомы с физикой работы полупроводниковых оптоэлектронных приборов, поэтому при изложении теоретической части приводились лишь основные физические явления и принципы, лежащие в основе работы того или иного оптоэлектронного прибора. Желающие более подробно изучить конструктивные особенности полупроводниковых оптоэлектронных приборов могут обратиться к научной литературе, список которой приведен в конце лабораторного практикума. Также в конце лабораторного практикума приведены краткие сведения из теории измерений, необходимые для оценки погрешности результатов измерений.
Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах”
Задачи лабораторной работы
Измерить ватт-амперную характеристику инжекционного лазера при различных температурах, построить зависимость порогового тока и крутизны ватт-амперной характеристики от температуры.
Основные характеристики и параметры инжекционных лазеров
Излучение инжекционного лазера в режиме непрерывной генерации описывается спектральной характеристикой, диаграммой направленности и ватт-амперной характеристикой.
Спектральная характеристикаотражает зависимость спектральной плотности мощности излучения инжекционного лазера от длины волны (Рис. 2.2.).
Центральная длина волны излучения0– длина волны, соответствующая максимальной спектральной плотности мощности излучения инжекционного лазера.
Ширина спектра излучения1/2– интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности излучения инжекционного лазера составляет не менее половины максимальной.