廣州市美達克數(shù)據(jù)科技有限公司
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闡述半導(dǎo)體激光二極管的參數(shù)、檢測及其工作原理
半導(dǎo)體激光二極管(LD)是一種用來構(gòu)建光通信系統(tǒng)的與光纖配套使用的激光器,它能直接作為光通信用光源,也可以作為激光器、放大器的泵浦源,在激光工程研究領(lǐng)域有著十分重要的地位。它具有半導(dǎo)體器件的特點:體積小、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、能直接調(diào)制,但輸出功率、單色性和方向性不如其他激光器。
一、半導(dǎo)體激光二極管的常見參數(shù):
(1)波長:即激光管工作波長,目前可作方向張開的角度,一般在15~40左右。
(5)水平發(fā)散角Θ∥:激光的發(fā)光帶在與PN結(jié)平行方向所張開的角度,一般在6~10左右。
(6)監(jiān)控電流Im:即激光管在額定輸出功率時,在PIN管上流過的電流。
二、半導(dǎo)體激光二極管的檢測:
(1)阻值測量法:拆下激光二極管,用萬用表R×1k或R×10k檔測量其正、反向電阻值。正常時,正向電阻值為20~40kΩ之間,反向電阻值為∞(無窮大)。若測得正向電阻值已超過50kΩ,則說明激光二極管的性能已下降。若測得的正向電阻值大于90kΩ,則說明該二極管已嚴重老化,不能再使用了。
(2)電流測量法:用萬用表測量激光二極管驅(qū)動電路中負載電阻兩端的電壓降,再根據(jù)歐姆定律估算出流過該管的電流值,當(dāng)電流超過100mA時,若調(diào)節(jié)激光功率電位器,而電流無明顯的變化,則可判斷激光二極管嚴重老化。若電流劇增而失控,則說明激光二極管的光學(xué)諧振腔已損壞。
三、半導(dǎo)體激光二極管的原理:
為了了解激光型光電的工作原理,首先對半導(dǎo)體激光二極管的工作原理及其特點作一簡單的介紹。
半導(dǎo)體激光二極管的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,垂直于PN結(jié)面的一對平行平面構(gòu)成法布里——珀羅諧振腔,它們可以是半導(dǎo)體晶體的解理面,也可以是經(jīng)過拋光的平面。其余兩側(cè)面則相對粗糙,用以消除主方向外其它方向的激光作用。
半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體的PN結(jié)加有正向電壓時,會削弱PN結(jié)勢壘,迫使電子從N區(qū)經(jīng)PN結(jié)注入P區(qū),空穴從P區(qū)經(jīng)過PN結(jié)注入N區(qū),這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將會發(fā)生復(fù)合,從而發(fā)射出波長為Λ的光子,其公式如下:
Λ = Hc/Eg (1)
式中:H—普朗克常數(shù);C—光速; Eg—半導(dǎo)體的禁帶寬度。
上述由于電子與空穴的自發(fā)復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當(dāng)自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導(dǎo)體時,一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對附近,就能激勵二者復(fù)合,產(chǎn)生新光子,這種光子誘使已激發(fā)的載流子復(fù)合而發(fā)出新光子現(xiàn)象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大,則會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下,少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復(fù)反射而產(chǎn)生感應(yīng)輻射,造成選頻諧振正反饋,或者說對某一頻率具有增益。當(dāng)增益大于吸收損耗時,就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光,這就是激光二極管的簡單原理。
吉時利2520脈沖式激光二極管測試系統(tǒng)是一款用于激光二極管制造工藝流程早期測試的綜合同步測試系統(tǒng),尤其是當(dāng)無法輕易實現(xiàn)合適的溫度控制時。2520在一臺緊湊的半機架式儀器中,提供了激光二極管脈沖測試與連續(xù)LIV(光-電流-電壓)測試所需的全部源與測量功能。源與測量的緊密同步確保了較高的測量精度,能夠?qū)?00ns的最小脈寬進行測試。
?* 在封裝或主動溫度控制之前簡化了激光二極管LIV測試
* 芯片(chip)或棒料(bar) 階段的激光二極管LIV生產(chǎn)測試的綜合解決方案
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* 緩沖存儲器高達1000點的掃描存儲能力,消除了測試過程的GPIB流量,增大了測試產(chǎn)能
* 數(shù)字I/O binning與handling操作
* IEEE-488 與 RS-232 接口