Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры». Свистова Т.В

Описание установки

Установка для измерения характеристик и параметров лазерных диодов имеет вид, приведенный на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Установка для измерения характеристик и параметров лазерных диодов

Питание осуществляется от зарядного устройства для телефона 5 В через usb-интерфейс. Есть кнопка отключающая питание. Регулировка напряжения осуществляется переменными резисторами V+.

Mult – гнезда для подключение мультиметра.

A1, А2, А3 – кнопки, позволяющие включить мультиметр в цепь как амперметр или отключить его от цепи полностью и замкнуть место разрыва. A1 – измерение тока на лазерном диоде, А2 - измерение тока на фотодиоде ФД1, А3 - измерение тока на фотодиоде ФД2.

V – кнопка, позволяющая включить мультиметр в цепь как вольтметр и измерить напряжение на лазерном диоде.

49

FD1, FD2 – кнопка выбора фотодиода 1 или 2, позволяющая отключить не используемый фотодиод от потенциала.

6 гнезд рядом с мультиметром LD, FD1, FD2 - выходы на осциллограф, которые подходят непосредственно к элементам. К гнездам LD можно подключить вольтметр для измерения напряжения на лазерном диоде, к гнездам FD1, FD2 амперметры для измерения тока на фотодиодах. Ток на лазерном диоде измеряется при подключении амперметра к гнездам Mult и включении кнопки А1.

Основные технические параметры фотодиода ФД-263-01:

-размер фоточувствительного элемента: диаметр 3 мм;

-область спектральной фоточувствительности: 0,4...1,1

мкм;

-длина волны максимума спектрального распределения фоточувствительности: 0,8...0,9 мкм;

-номинальное рабочее напряжение: 12 В;

-темновой ток: не более 0.1 нА;

-токовая фоточувствительность: не менее 0,12 А/Вт. Основные технические параметры фотодиода ФД-24К:

-размер фоточувствительного элемента: диаметр 10 мм;

-токовая фоточувствительность, при рабочем напряжении 27 В и освещенности 1000 лк: не менее 0,47 мкА/лк;

-темновой ток: не более 2,5 мкА;

-постоянная времени фотоприемника: не более 10 мкс;

-емкость фотодиода: 600 пФ;

-область спектральной фоточувствительности: 0,4...1,1

мкм;

-длина волны максимума спектрального распределения фоточувствительности: 0,75...0,85 мкм;

-наибольшее постоянное рабочее (обратное) напряжение: 30 В;

-наибольшая рабочая освещенность: 1100 лк;

-максимальная кратковременная (не более 2 мин) освещенность: 11000 лк;

50

- рабочий интервал температуры окружающей среды: - 60...+ 75 °С

Порядок выполнения работы

ЗАПРЕЩАЮТСЯ ЛЮБЫЕ ДЕЙСТВИЯ, ПРИВОДЯЩИЕ К ПОПАДАНИЮ В ГЛАЗА ПРЯМОГО ИЛИ ОТРАЖЕННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

1. Исследование энергетической и вольтамперной характеристик.

Энергетическая характеристика измеряется с помощью фотодиода ФД1, который конструктивно размещен напротив полупроводникового AlGaInP лазера типа DL-3147-021.

Собрать схему лабораторного стенда в соответствии с рис. 4.8. При этом милиамперметр PА2 подключить к фотодиоду ФД1. Измерить значение темнового тока IФТ1 фотодиода ФД1.

Рис. 4.8. Схема лабораторного стенда

Регуляторами напряжения источника питания V+ установить минимальное напряжение. Для этого ручку регулятора повернуть против часовой стрелки до упора. Включить источник питания.

51

С помощью регулятора плавно увеличивать напряжение от нуля до максимума. При этом измерять ток через лазерный диод IЛ с помощью милиамперметра PА1 (кнопка А1, гнезда Mult), напряжение на лазерном диоде UЛ с помощью вольтметра PV2 (кнопка V, гнезда Mult или вольтметр к гнездам LD) и ток через фотодиод ФД1 IФ1 с помощью милиамперметра PА2 (кнопка А2 гнезда Mult или амперметр к гнездам FD1). Результаты измерений занести в табл. 4.1.

Выключить источник питания. По измеренным значениям рассчитать потребляемую лазерным диодом мощность: Pл =Iл Uл и мощность излучения: Pи = K(IФ1 - IФТ1) (мВт). Значение коэффициента К определено при калибровке фотодиода ФД1 и равно 20.

Таблица 4.1 Измерение вольт-амперных и ватт-амперных характеристик.

Сводная таблица измеренных и расчетных величин

2.Отобразить на графиках вольт-амперную характеристику IЛ = f(UЛ) и энергетическую характеристику PИ = f(IЛ ). По энергетической характеристике определить значение порогового тока Iпор.

3.Рассчитать коэффициент полезного действия лазера:

=Pи (Iл)/Pл (Iл). Отобразить на графике зависимость = f(IЛ);

4.Рассчитать значение внешнего квантового выхода Квнеш по формуле:

52

где Nрек - количество электронов, рекомбинировавших за одну секунду; NФ – количество излучаемых за одну секунду фотонов. Nрек определяется отношением тока через лазерный диод IЛ к заряду электрона q:

где NФ определяется отношением мощности излучения лазера РИ к энергии одного кванта:

h – постоянная Планка, 6,63 10-34 Дж с; с – скорость света, 3 108 м/с; - длина волны излучения, в нашем случае = 647 нм.

Отсюда

Отобразить на графике зависимость Квнеш = f(IЛ).

5. Измерение диаграммы направленности излучения проводится с помощью фотодиода ФД2 типа ФД-24К (фотодиоды ФД-24К имеют фоточувствительный элемент круглой формы диаметром 10 мм), расположенного на удалении от полупроводникового лазера (кнопка FD1, FD2 включена).

Подключить к фотодиоду ФД2 микроамперметр PА2 (кнопка А3, гнезда Mult или амперметр к гнездам FD2) и измерить значение темнового тока IФТ2.

Включить источник питания и установить ток через лазерный диод Iл = 35 мА. С помощью поворотного механизма и

53