实验十一半导体雷射.doc

組別：物理91級 第四組 姓名：吳政雄(主筆)、李文賢 實驗日期：2001/03/30 一、實驗目的： 了解半導體雷射(Laser Diode, LD, Semiconductor Laser)基本特性 熟悉半導體雷射光輸出特性 二、實驗內容： 1.)架設簡單的半導體雷射系統，量測Laser Diode的P-I curve ( P：output power；I：input current ) 2.)觀察半導體雷射輸出光斑之形狀 3.)對半導體雷射輸出做準直調整 4.)觀察半導體雷射輸出之偏振特性 三、實驗器材： 1.) Laser Diode 2.) TE cooler 3.) Temperature controller 4.) Current source Power meter Polarizer Collimating lenses 50/50 beam splitter 實 驗 裝 置 圖 四、實驗步驟： (1)檢查雷射基本規格，確定其工作電壓範圍。 (2)把LD放入銅片中，在銅片上銲上熱電阻接回TE controller測量電阻值可知目前系統的溫度。為了控制系統的溫度在定值，在銅片上裝上TE cooler，由Temperature controller控制加在TE cooler上的電壓，將銅片的溫度控制在所需要的值。 (3)調整輸入電流的大小，利用Power Meter量測LD所發出的光強度。 (4)畫出LD的P-I curve。（注意要調整Power Meter的波長到LD所放出的波長。） (5)估算LD發光的臨界電流（threshold current）。 (6)利用Polarizer量測記錄LD輸出的偏振特性。 (7)在LD之後架上準直鏡組，使LD發出的光線打入後平行射出。 (8)在調整半導體雷射準直後，使用50/50 beam spliter把光一半反射回半導體雷射，估算此時LD發光的臨界電流（Threshold current）。 (9)調整溫度觀察特性是否有所改變。 五、結果與討論： 甲?、數據整理圖1--- 圖2---圖3---圖4---圖5---圖6---圖7---圖8--- 乙、分析與誤差評估 (A)P-I curve : (1)在圖3中，對三條不同溫度的P-I curve，取最後三點連成直線（即超過臨界電流且成類似直線上升處），並經過線性回歸分析後，得到其趨勢線的直線方程為： 溫度T (°C) 趨勢線方程式 X軸的截距(mA) 23 y = 132.3 x- 1678.7 12.689 25 y = 131.8 x- 1712.4 12.992 27 y = 127.2 x -1689.3 13.281 其中X軸的截距為上升曲線向下延伸與X軸的交點，此點可視為臨界電流值（Threshold current），也就是二極體由發光二極體（LED）轉變為雷射二極體（LD）的交界點。由圖三或上方表格的X的截距皆可明顯地得到一個結果：當溫度愈高時，P-I curve的Threshold current也愈大；這也表示了，當溫度高時，所需要更大的電流，才能驅動二極體發出雷射光，由圖1的P-I curve整體曲線也可以看出類似的結果，也就是要產生某個強度的雷射光，溫度高者需要較大的電流才能達到。(2)圖1為P-I curve整體曲線，當電流小於臨界電流時，為LED且強度很弱，當電流大於臨界電流時，強度呈類似直線般地大幅上升，斜率大約為130μW / mA。(3)圖2是將圖1的前半部份，也就是電流值小於臨界電流的區域放大，以觀察此區域隨電流變化而其強度的變化情形；此時的強度變化很緩慢，且對溫度的差異較小，但在趨近臨界電流時，溫度較低者上升較快，溫度的效應漸漸地顯現出來。再由圖3可知，當電流值超過臨界電流就會陡峭地上升。(B)P-I curve（有feedback）: (1)觀察圖4，很明顯地與無feedback有些差異：不同溫度的曲線較靠近，很多部分互相重疊，所以溫度對強度的影響在有feedback比無feedback較小；再由圖4可看出不同溫度的臨界電流值很接近與無feedback時清楚地分開不同，但是，利用同樣在無feedback時的操作，求出上升初期的趨勢線方程式： 溫度T (°C) 趨勢線方程式 X軸的截距(mA) 23 y = 11.7 x - 147.55 12.611 25 y = 11.44 x - 147.79 12.919 27 y = 11.24 x -148.21 13.186 驚訝地發現，其臨界電流與無feedback時的情況相似，隨著溫度升高臨界電流也需愈大，而且臨界電流值在有無feedback時