Описание измерительной установки

Конструкция лабораторного стенда и блок-схема установки показаны на рисунке 3.11. В работе изучается полупроводниковый лазер, изготовленный на основе твердого раствора арсенида галлия – арсенида алюминия, λ=840 нм (T =300 К). Квантовый выход (при комнатной температуре) равен примерно 0,5. Лазерный диод работает в импульсном режиме и его возбуждение осуществляется импульсами тока длительностью 100 нс, вырабатываемыми генератором накачки. Мощность излучения в импульсе 5 Вт. Применение импульсов большей длительности ведет к перегреву лазерного диода и резкому снижению его срока службы. Частота следования импульсов 500 Гц. При этом скважность γ= 2∙10⁴.

Рис. 3.11. Конструкция и блок-схема измерительной установки: 1 – латр; 2 – блок накачки лазера; 3 – поляризатор; 4 – фотодиод; 5 – измеритель тока фотодиода; 6 – манипулятор; 7 – лазерный диод; 8 – вольтметр

Регистрация излучения осуществляется с помощью кремниевых фотодетекторов 4, работающих в режиме короткого замыкания по среднему фототоку. При этом величина импульсного тока находится из выражения

.                                             (3.38)

В работе используются два кремниевых фотодиода с различной приемной площадью. Фотодиод с малой площадью (ФД-3) служит для измерения распределения интенсивности по сечению луча. Фотодиод с большой площадью (ФД-7к) используется для определения мощности излучения, при этом он устанавливается вблизи лазерного диода.

С помощью ЛАТРа 1 изменяют напряжение на блоке накачки лазера, что приводит к изменению его мощности возбуждения. Связь между этими величинами находят из номограммы (представлена на стенде). Из той же номограммы определяют чувствительность фотодиода ФД-7к, принимающего излучение лазера. Зная ток фотодиода, определяют мощность излучения квантового генератора.

Для снятия поляризационной характеристики излучения используют пленочный поляризатор 3, который помещается между лазером и фотодиодом ФД-3.

Задание

1. Поместить фотодиод ФД-7к вблизи полупроводникового лазера, снять и построить зависимость мощности излучения лазера от тока накачки. Питание лазера осуществляется от сети 220 В.

2. При напряжении 220 В, вращая поляризатор, снять поляризационную характеристику излучения. При измерении использовать фотодиод ФД-3, расположив его в центре поля излучения. Снять поляризатор.

3. Измерить распределение интенсивности излучения по сечению луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (измерения проводятся в одном квадранте). Построить диаграмму направленности в полярных координатах. При этом угол наблюдения рассчитывается из формулы Θ =х/ l и выражается в радианах. Здесь х –смещение фотодиода от центра поля; l – расстояние между лазером и фотодиодом.

4. Используя данные п. 1, построить зависимость КПД лазерного диода от тока накачки (падение напряжения на диоде принять равным 1,4 В).

5. Оценить максимальный внешний квантовый выход.

ЛИТЕРАТУРА

1. Елисеев П. Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М: Наука, 1983. 295 с.

2. Пихтин А. Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. М.: Высш. шк., 1983. 303 с.

3. Филачев А.М., Таубкин И.И., Трищенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. – М.: Физматкнига, 2007. – 384 с.

4. Твердотельная электроника: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений/[ Э.Н. Воронков, А.М. Гуляев, И.Н. Мирошникова, Н.А. Чарыков]. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 320 с.

5. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М.: Энергоатомиздат, 1985. – 392 с.

6. Мухин Ю. А. Приборы и устройства полупроводниковой оптоэлектроники: Учеб. пособие.; под ред. В.Н. Бодрова, Г.И. Обидина. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 298 с.

7. Мухин Ю. А. Полупроводниковые источники и приемники излучения, оптроны и элементы интегральной оптики./ Под ред. К.В. Шалимовой. – М.: Изд-во МЭИ, 1991. – 120 с.

 

Лабораторная работа № 4