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半導(dǎo)體激光器的特性測(cè)量

來源:青島森泉光電有限公司   2020年09月21日 11:27  

半導(dǎo)體激光器的特性測(cè)量

概述

半導(dǎo)體激光器特性的測(cè)量可以被分成5大類,如表1所示:

表1半導(dǎo)體激光器特性測(cè)量的五大類

電性能

測(cè)量光輸出,壓降以及PD的監(jiān)測(cè)電流,還有對(duì)這些測(cè)量數(shù)據(jù)的衍生分析。

空間性

近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的光強(qiáng)分布。

光譜特性

通過光譜數(shù)據(jù)計(jì)算光譜寬度和中心波長(zhǎng)。

光學(xué)性能

測(cè)量光的發(fā)散以及波前畸變。

動(dòng)態(tài)性能

測(cè)量噪聲,互調(diào)失真,上升時(shí)間,下降時(shí)間,以及啁啾等。

 

本文主要講述半導(dǎo)體激光器的電性能。

 

L/I性能曲線

L/I曲線是半導(dǎo)體激光器chang見的特性。 它表明了輸出光功率隨加載在半導(dǎo)體激光器上電流變化的關(guān)系。這個(gè)曲線通常用來決定激光器的工作點(diǎn)(額定功率對(duì)應(yīng)的工作電流)以及閾值電流(激光器開始工作的電流)。

從圖1可以看出,半導(dǎo)體激光器的閾值電流受工作溫度的強(qiáng)烈影響。通常來說,閾值電流會(huì)隨溫度變化成指數(shù)增長(zhǎng)。

圖1 連續(xù)光模式下的L/I曲線

半導(dǎo)體激光器的效率也可以從L/I曲線中導(dǎo)出,通常稱之為斜率效率,其單位為mW/mA。雖然表面看起來,激光器效率不像閾值電流受溫度影響有較大的平移,但其確實(shí)隨著溫度的升高而降低。激光器效率在25℃時(shí)大約為0.3 mW/mA,溫度每升高10℃效率會(huì)降低0.01 mW/mA。

脈沖模式下L/I曲線

L/I性能曲線也可以通過低占空比的脈沖模式得到。圖2對(duì)比了連續(xù)光模式和脈沖模式下對(duì)閾值電流以及效率的影響。

 

圖2 連續(xù)光和脈沖模式下的L/I特性對(duì)比

 

從圖2可以看出,相對(duì)于脈沖模式,在連續(xù)光模式下,閾值電流增加而斜率效率降低,這主要是由于激光器溫度的升高所導(dǎo)致的。溫度的升高是由于器件內(nèi)部熱阻所引起的,隨功率升高的趨勢(shì)大約為40到 80°C/W。通常來說,脈沖模式測(cè)量使用的脈寬大約為100到 500 ns,占空比小于1%。

連續(xù)光和脈沖模式下L/I特性的巨大差異說明內(nèi)部電氣連接有問題或者PN結(jié)之間有漏電,同時(shí)也證明激光器的質(zhì)量存在一定問題。

 

閾值電流計(jì)算

至今沒有一個(gè)統(tǒng)一的方法來計(jì)算閾值電流。表2提供了4種常見的方法來對(duì)閾值電流進(jìn)行計(jì)算。這四種方法都可以使用,但二階導(dǎo)數(shù)法使用范圍guang,兩段擬合法,一階導(dǎo)數(shù)法和二階導(dǎo)數(shù)法都是根據(jù)Telcordia的標(biāo)準(zhǔn)GB-468-CORE和GR-3010-CORE得出的,而線性擬合法沒有得到Telcordia的認(rèn)定。

表2 四種計(jì)算閾值電流的方法

線性擬合法

L/I曲線擬合與X軸的交點(diǎn)(圖3A)

兩段擬合法

兩段L/I曲線擬合的交點(diǎn)(圖3B)

一級(jí)導(dǎo)數(shù)法

dL/dI曲線大值的一半(圖3C)

二級(jí)導(dǎo)數(shù)法

d2L/dI2曲線的大值(圖3D)

圖3 四種計(jì)算閾值電流的方法

 

V/I特性

半導(dǎo)體激光器的壓降通常是在電性能特性測(cè)量中得到。這個(gè)特性類似于其他半導(dǎo)體器件的模擬特性,不隨溫度的變化而變化,如圖4所示。一般來講,激光器工作在額定功率情況下,其壓降大約為1.5V。

注意:在半導(dǎo)體激光器上加載大的反向偏置電流是很危險(xiǎn)的事情。即使在的應(yīng)用中,一般也必須保證反向電流不超過10µA。

圖4V/I特性曲線

 

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