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曲线大值的一半（图3C）
二级导数法	d2L/dI2曲线的大值（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

森泉为您的科研事业添砖加瓦：

1）激光控制：激光电流源、激光器温控器、激光器控制、伺服设备与系统等等

2）探测器：光电探测器、单光子计数器、单光子探测器、CCD、光谱分析系统等等

3）定位与加工：纳米定位系统、微纳运动系统、多维位移台、旋转台、微型操作器等等

4）光源：半导体激光器、固体激光器、单频激光器、单纵模激光器、窄线宽激光器、光通讯波段激光器、CO2激光器、中红外激光器、染料激光器、飞秒超快激光器等等

5）光机械件：用于光路系统搭建的高品质无应力光机械件，如光学调整架、镜架、支撑杆、固定底座等等

6）光学平台：主动隔振平台、气浮隔振台、实验桌、刚性工作台、面包板、隔振、隔磁、隔声综合解决方案等等

7）光学元件：各类晶体、光纤、偏转镜、反射镜、透射镜、半透半反镜、滤光片、衰减片、玻片等等

8）染料：激光染料、荧光染料、光致变色染料、光致发光染料、吸收染料等等