Оптическая и квантовая электроника: Методические указания к лабораторным работам № 1-4: Поглощение света в полупроводниках. Статические характеристики оптопар, страница 9

2. Измерить ватт-амперную характеристику ЛД.

Для этого установить регулятор тока излучателя «4» в положение, соответствующее минимальному току излучателя, для чего выкрутить обе рукоятки регулятора тока против часовой стрелки до упора. Установить переключатель режима работы «3» в положение «ЛД», в этом случае блок питания будет подключен к лазерному излучателю. С помощью гибкого волоконно-оптического кабеля соединить адаптер ЛД с адаптером фотодиода ФД (см. Рис.3.2 A). Провести измерение зависимости IФД  от тока излучателя IИЗЛ  в диапазоне от минимального значения IИЗЛ  до IИЗЛ=120мА. На первом этапе измерений до достижения порогового тока лазерной генерации рекомендуемый шаг по IИЗЛ составляет ~10мА. При достижении порога генерации ЛД, когда резко возрастает мощность излучения (резко возрастает IФД), необходимо снизить ток IИЗЛ на ~10мА и продолжить измерение зависимости IФД (IИЗЛ) с меньшим шагом по IИЗЛ. Рекомендуемый шаг по IИЗЛ составляет ~2¸3мА.

Рис.3.2. Коммутация лазерного диода (ЛД) и светодиода (СД) с фотодиодом (ФД) с помощью гибкого волоконно-оптического кабеля (ВОК).

Обработка экспериментальных данных.

а) Полученные зависимости IФД (IИЗЛ) для СД1, СД2, СД3 и ЛД необходимо пересчитать в ватт-амперные зависимости излучателей, т.е. в зависимости PИЗЛ (IИЗЛ). Ток фотоприемника IФД пропорционален мощности оптического излучения:

IФД = SI × P*ИЗЛ                                                                                       (1)

здесь SI  - токовая чувствительность фотодиода, а P*ИЗЛ – мощность оптического излучения, поступающего на фотодиод.

Параметр токовой чувствительности используемого в лабораторной работе фотодиода ФД24К составляет SI  =0.23А/Вт для l»0.65 мкм (излучатели СД1 и ЛД), SI  =0.18А/Вт для l»0.52 мкм (излучатель СД2) и SI  =0.22 А/Вт для l»0.47 мкм (излучатели СД3). При передаче оптического излучения от излучателя к фотоприемнику в волоконно-оптическом кабеле теряется значительная часть излучения. Коэффициент пропускания ВОК составляет ТС = 0.26.

Таким образом, оптическая мощность излучателя PИЗЛ и мощность излучения, поступающего на фотодиод P*ИЗЛ связаны соотношением:

P*ИЗЛ = PИЗЛ ´ ТС                                                             (2)

Из (1), (2) следует выражение для пересчета IФД в PИЗЛ:

  PИЗЛ = IФД / (SI ×ТС)                                                     (3)

в) Используя (3), рассчитать ватт-амперные зависимости PИЗЛ (IИЗЛ) для СД1, СД2, СД3 и ЛД и построить графики этих зависимостей.

с) Исходя из данных графика ватт-амперной зависимости для лазерного диода определить значение порогового тока генерации Ith  для данного излучателя. Для определения значения порогового тока на графике необходимо построить прямую линию, аппроксимирующую генерационный участок ватт-амперной зависимости (см.Рис.3). Пересечение этой линии с осью абсцисс задает значение порогового тока лазера (Рис.3).

d) Исходя из полученного значения  Ith  рассчитать плотность порогового тока Jth , используя формулу:

      Jth = Ith / SLD                                                                                                 (4)

Здесь SLD – площадь лазерного полоска,  SLD= W´L, W – ширина полоска, W=30 мкм, L –длина полоска (длина лазерного резонатора), W=600 мкм. Выразить параметр плотности порогового тока в единицах А/см2.

Рис.3.3. Ватт-амперная зависимость для ЛД. Методика определения порогового тока ЛД.

е) Исходя из полученных ватт-амперных зависимостей PИЗЛ (IИЗЛ), провести расчет параметров внешней квантовой эффективности для СД1, СД2, СД3 и ЛД.

Расчет внешней квантовой эффективности провести по формуле:

h e = (DPизл /DIизл )´(lизл(мкм) / 1.24)                                           (5)

f) Для ЛД рассчитать два значение h e : 1) h e в допороговой области IИЗЛ < Ith , 2)  в области генерационного режима работы лазера в интервале тока Ith  ¸1.1 Ith.

5. Контрольные вопросы.