半导体激光器pi特性对系统传输性能的影响_半导体激光器的结构与PIV特性介绍

半导体激光器是一种半导体光电转换器件。如图1所示,半导体激光器由多层材料组成。包括背电极、衬底、下光学限制层、下波导层、有源层、上波导层、上限制层和上电极。不同层由不同的外延材料组成。

这样的分层结构是为了实现

1)用于复合发光的载流子(电子、空穴)的注入,

2)光子横向限制,用于形成光波导。需要刻蚀外延层状结构形成脊形波导,在脊形波导上制备接触电极。

这种脊形波导的目的是

1)限制电流的横向扩散,

2)形成光子的横向波导。对制备好的晶片进行解理、镀膜、焊接和引线键合,得到待测激光。当电流注入激光器电极时,激光器PN结两侧的大量电子和空穴涌入有源区,在那里电子-空穴对复合产生大量光子,这些光子在波导的作用下沿轴向传播。在激光器的端面,反射光形成激射条件,透射光就是激光器输出的激光。

激光器的工作特性主要体现在

1)PN结特性,串联电阻,

2)激光激射阈值和激光斜率效率。

这些特性决定了激光器的输出功率PO、功率转换效率P、工作寿命等性能。在生产和科研中,经常采用PIV测量方法来获得这些重要参数。

半导体激光器的PIV特性是电流I注入激光器时,激光器输出功率P和激光器双极电压V的响应特性。与PN结二极管等常见的两端器件不同,半导体激光器的PIV测试不仅需要测量激光器的电压-电流(V-I)特性,还需要完成激光器的功率-电流(P-I)特性。因此,半导体激光器PIV测试系统包括精密电流源、电压表、功率计和负责控制、仪器间通信、数据采集和处理的软件部分。传统的PIV测试系统由一个单独的电流源(集成了一个电压表)、一个电流表和控制软件组成。电流源用于提供激光注入电流和测量电压,检流计连接积分球测量激光功率。电流源和振镜通过GPIB口与软件连接,完成测量触发、数据传输等任务。

复杂的PIV测试系统存在许多问题,包括

1)测量速度不高,单位时间测量的点数少,增加了测量时间;

2)系统稳定性差,GPIB口连接的仪器之间的数据传输会受阻,系统容易瘫痪;

3)系统可控性差,无法根据测量要求调整测量速度、扫描点和扫描方式。在大量半导体激光器的光电测试过程中,传统的PIV测试系统存在效率低、可靠性差、可控性差等问题。