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半导体激光器的特性测量
发布时间:2020-09-21   点击次数:112次

半导体激光器的特性测量

概述

半导体激光器特性的测量可以被分成5大类,如表1所示:

表1半导体激光器特性测量的五大类

电性能

测量光输出,压降以及PD的监测电流,还有对这些测量数据的衍生分析。

空间性

近场和远场的光强分布。

光谱特性

通过光谱数据计算光谱宽度和中心波长。

光学性能

测量光的发散以及波前畸变。

动态性能

测量噪声,互调失真,上升时间,下降时间,以及啁啾等。

 

本文主要讲述半导体激光器的电性能。

 

L/I性能曲线

L/I曲线是半导体激光器最chang见的特性。 它表明了输出光功率随加载在半导体激光器上电流变化的关系。这个曲线通常用来决定激光器的工作点(额定功率对应的工作电流)以及阈值电流(激光器开始工作的电流)。

从图1可以看出,半导体激光器的阈值电流受工作温度的强烈影响。通常来说,阈值电流会随温度变化成指数增长。

图1 连续光模式下的L/I曲线

半导体激光器的效率也可以从L/I曲线中导出,通常称之为斜率效率,其单位为mW/mA。虽然表面看起来,激光器效率不像阈值电流受温度影响有较大的平移,但其确实随着温度的升高而降低。激光器效率在25℃时大约为0.3 mW/mA,温度每升高10℃效率会降低0.01 mW/mA。

脉冲模式下L/I曲线

L/I性能曲线也可以通过低占空比的脉冲模式得到。图2对比了连续光模式和脉冲模式下对阈值电流以及效率的影响。

 

图2 连续光和脉冲模式下的L/I特性对比

 

从图2可以看出,相对于脉冲模式,在连续光模式下,阈值电流增加而斜率效率降低,这主要是由于激光器温度的升高所导致的。温度的升高是由于器件内部热阻所引起的,随功率升高的趋势大约为40到 80°C/W。通常来说,脉冲模式测量使用的脉宽大约为100到 500 ns,占空比小于1%。

连续光和脉冲模式下L/I特性的巨大差异说明内部电气连接有问题或者PN结之间有漏电,同时也证明激光器的质量存在一定问题。

 

阈值电流计算

至今没有一个统一的方法来计算阈值电流。表2提供了4种常见的方法来对阈值电流进行计算。这四种方法都可以使用,但二阶导数法使用范围最guang,两段拟合法,一阶导数法和二阶导数法都是根据Telcordia的标准GB-468-CORE和GR-3010-CORE得出的,而线性拟合法没有得到Telcordia的认定。

表2 四种计算阈值电流的方法

线性拟合法

L/I曲线拟合与X轴的交点(图3A)

两段拟合法

两段L/I曲线拟合的交点(图3B)

一级导数法

dL/dI曲线最大值的一半(图3C)

二级导数法

d2L/dI2曲线的最大值(图3D)

图3 四种计算阈值电流的方法

 

V/I特性

半导体激光器的压降通常是在电性能特性测量中得到。这个特性类似于其他半导体器件的模拟特性,不随温度的变化而变化,如图4所示。一般来讲,激光器工作在额定功率情况下,其压降大约为1.5V。

注意:在半导体激光器上加载大的反向偏置电流是很危险的事情。即使在最极端的应用中,一般也必须保证反向电流不超过10µA。

图4V/I特性曲线

 

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