半導體激(ji)光器(qi)的特性測(ce)量(liang)

半導體激(ji)光器(qi)的特性測(ce)量(liang)

概述

半導體激(ji)光器(qi)特性的測(ce)量(liang)可以(yi)被分(fen)成5大(da)類，如表(biao)1所(suo)示：

本文主(zhu)要講述半導體激(ji)光器(qi)的電(dian)性能。

L/I性能曲線(xian)

L/I曲線(xian)是(shi)半導體激(ji)光器(qi)chang見的特性。 它表(biao)明(ming)了輸出(chu)光功率(lv)隨加(jia)載在(zai)半導體激(ji)光器(qi)上電(dian)流(liu)變化(hua)的關系。這個(ge)曲線(xian)通(tong)常用(yong)來(lai)決(jue)定(ding)激(ji)光器(qi)的工作點（額定(ding)功率(lv)對應的工作電(dian)流(liu)）以及閾值(zhi)電(dian)流(liu)（激(ji)光器(qi)開始工作的電(dian)流(liu)）。

從(cong)圖(tu)1可(ke)以看出(chu)，半導體激(ji)光器(qi)的閾值(zhi)電(dian)流(liu)受工作溫度的強(qiang)烈影(ying)響(xiang)。通(tong)常來(lai)說(shuo)，閾值(zhi)電(dian)流(liu)會(hui)隨溫度變化成指(zhi)數(shu)增長。

圖(tu)1 連續光模(mo)式(shi)下的(de)L/I曲線(xian)

半導體激(ji)光器(qi)的效率(lv)也可以從(cong)L/I曲線(xian)中(zhong)導出(chu)，通(tong)常稱(cheng)之(zhi)為斜率效(xiao)率(lv)，其(qi)單位(wei)為mW/mA。雖然表面(mian)看起來(lai)，激(ji)光器(qi)效率不(bu)像(xiang)閾值(zhi)電(dian)流(liu)受溫度影(ying)響(xiang)有(you)較大(da)的平移，但(dan)其(qi)確(que)實隨著溫度的升高而(er)降低(di)。激(ji)光器(qi)效率在(zai)25℃時(shi)大(da)約為0.3 mW/mA，溫度每升高10℃效(xiao)率(lv)會(hui)降低(di)0.01 mW/mA。

脈沖模(mo)式(shi)下L/I曲線(xian)

L/I性能曲線(xian)也(ye)可(ke)以(yi)通過低(di)占空(kong)比(bi)的脈沖模(mo)式(shi)得(de)到(dao)。圖(tu)2對(dui)比了(le)連續光模(mo)式(shi)和脈沖模(mo)式(shi)下對(dui)閾值(zhi)電(dian)流(liu)以及效率的影(ying)響(xiang)。

圖(tu)2 連續光和脈沖模(mo)式(shi)下的(de)L/I特性對比(bi)

從(cong)圖(tu)2可(ke)以看出(chu)，相對(dui)於脈沖模(mo)式(shi)，在(zai)連續光模(mo)式(shi)下，閾值(zhi)電(dian)流(liu)增加(jia)而(er)斜(xie)率(lv)效(xiao)率(lv)降低(di)，這主(zhu)要是由(you)於激(ji)光器(qi)溫度的升高所(suo)導(dao)致的(de)。溫度的升高是(shi)由(you)於器(qi)件內部(bu)熱阻(zu)所引(yin)起(qi)的，隨功率(lv)升高的趨勢大(da)約為40到(dao) 80°C/W。通常來(lai)說(shuo)，脈沖模(mo)式(shi)測(ce)量(liang)使用(yong)的(de)脈寬大(da)約為100到(dao) 500 ns，占空(kong)比(bi)小於1%。

連續光和脈沖模(mo)式(shi)下L/I特性的巨大(da)差(cha)異(yi)說明(ming)內部(bu)電(dian)氣連接有問(wen)題(ti)或(huo)者PN結之(zhi)間有漏(lou)電(dian)，同(tong)時(shi)也證(zheng)明激(ji)光器(qi)的質(zhi)量(liang)存在(zai)壹定(ding)問(wen)題(ti)。

閾值(zhi)電(dian)流(liu)計算

至今沒有(you)壹個(ge)統(tong)壹的方法(fa)來計算閾值(zhi)電(dian)流(liu)。表2提(ti)供(gong)了(le)4種(zhong)常見的方法(fa)來對閾值(zhi)電(dian)流(liu)進行(xing)計算。這四種方(fang)法(fa)都(dou)可以(yi)使用(yong)，但(dan)二(er)階導數法(fa)使用(yong)範(fan)圍guang，兩(liang)段(duan)擬(ni)合(he)法(fa)，壹階導數法(fa)和二(er)階導數法(fa)都(dou)是根(gen)據(ju)Telcordia的(de)標(biao)準GB-468-CORE和GR-3010-CORE得出(chu)的(de)，而(er)線(xian)性擬(ni)合(he)法(fa)沒有得(de)到(dao)Telcordia的認定(ding)。

圖(tu)3 四(si)種計(ji)算閾值(zhi)電(dian)流(liu)的方(fang)法(fa)

V/I特性

半導體激(ji)光器(qi)的壓降通(tong)常是(shi)在(zai)電(dian)性能特性測(ce)量(liang)中(zhong)得到(dao)。這個(ge)特性類似(si)於其(qi)他半導體器(qi)件的模(mo)擬(ni)特性，不隨溫度的變化而(er)變(bian)化(hua)，如(ru)圖(tu)4所(suo)示。壹般(ban)來(lai)講，激(ji)光器(qi)工作在額定(ding)功率(lv)情(qing)況下，其(qi)壓降大(da)約為1.5V。

註意：在半導體激(ji)光器(qi)上加(jia)載大(da)的反向(xiang)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)是很(hen)危(wei)險的(de)事情(qing)。即使在(zai)的(de)應(ying)用中(zhong)，壹般(ban)也(ye)必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)反向(xiang)電(dian)流(liu)不超(chao)過10µA。

圖(tu)4V/I特性曲線(xian)

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1）  激(ji)光控制：激(ji)光電(dian)流(liu)源(yuan)、激(ji)光器(qi)溫控器(qi)、激(ji)光器(qi)控制、伺服設(she)備(bei)與(yu)系統等等

2）  探(tan)測(ce)器(qi)：光電(dian)探測(ce)器(qi)、單光子計(ji)數器(qi)、單光子探(tan)測(ce)器(qi)、CCD、光譜分(fen)析系(xi)統(tong)等等

3）  定(ding)位(wei)與(yu)加(jia)工：納米(mi)定(ding)位(wei)系(xi)統(tong)、微納運(yun)動(dong)系(xi)統(tong)、多(duo)維位(wei)移臺(tai)、旋轉(zhuan)臺(tai)、微型操(cao)作器(qi)等等

4）  光源(yuan)：半導體激(ji)光器(qi)、固(gu)體(ti)激(ji)光器(qi)、單頻激(ji)光器(qi)、單縱模(mo)激(ji)光器(qi)、窄線(xian)寬(kuan)激(ji)光器(qi)、光通訊(xun)波段激(ji)光器(qi)、CO2激(ji)光器(qi)、中(zhong)紅(hong)外激(ji)光器(qi)、染料(liao)激(ji)光器(qi)、飛(fei)秒超(chao)快(kuai)激(ji)光器(qi)等等

5）  光機(ji)械件(jian)：用於光路系統(tong)搭(da)建(jian)的(de)高品(pin)質(zhi)無(wu)應力(li)光機(ji)械件(jian)，如光學調整架(jia)、鏡架(jia)、支(zhi)撐桿(gan)、固(gu)定(ding)底座等等

6）  光學平臺(tai)：主動(dong)隔振平臺(tai)、氣浮(fu)隔振臺(tai)、實驗(yan)桌、剛(gang)性工作臺(tai)、面包板、隔振、隔磁(ci)、隔(ge)聲綜(zong)合(he)解決方(fang)案(an)等等

7）  光學元件：各(ge)類晶體(ti)、光纖、偏(pian)轉(zhuan)鏡、反射(she)鏡、透射(she)鏡、半透半反鏡、濾光片、衰(shuai)減(jian)片、玻片等等

8） 染料(liao)：激(ji)光染料(liao)、熒(ying)光染料(liao)、光致變(bian)色染料(liao)、光致發(fa)光染料(liao)、吸收染料(liao)等等