半导体激光原理与技术综合实验

半导体激光器是典型的光电子器件之一。它是用半导体材料作为工作物质的一类激光器。半导体激光器是现 代光通讯重要元件，高功率半导体激光器是光纤激光器和一些固体激光器的泵浦光源。由于半导体激光器有效率高、 使用方便、体积小、便于调制、价格低廉等特点，它在材料加工，医疗诊断等很多领域中有越来越多的应用。半导 体激光器的种类也越来越多，覆盖的波长范围也越来越宽，以适合不同应用的需要。器件的性能也在不断地得到改 进和提高。

本实验主要研究半导体激光的特性，光路简单，内容丰富，独立操作性强。完成本实验有助于学生对半导体激 光原理加深理解并更好的掌握，培养学生动手操作的积极性。

◆ 知识点：

半导体激光、发散角、阈值电流、光谱特性、偏振态

◆ 涉及课程：

激光原理、光电子学、光谱学、基础物理

◆ 实验内容：

·半导体激光器件电学特性研究及 U-P、I-P 关系曲线绘制

·半导体激光器发光阈值测量及功 - 功转换效率研究

·半导体激光偏振特性研究

·半导体激光中心波长及谱线宽度测量

·半导体激光光束特性研究及发散角测量

·半导体激光光束整形及光束变换

◆ 实验原理：

半导体激光是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件： 增益条件：建立起激射媒质（有源区）内载流子的反转分布。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，

1-3 GCS-LDTC

便产生受激发射作用。 要实际获得相干受激辐射，必须是受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是

由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的。 为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引

起的损耗，不断增加腔内的光场。这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的离子数反转，离子数反转程度越高， 得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阈值条件。当激光器达到阈值，具有特定波长的光就能在腔内谐振 并被放大，最后形成激光而连续地输出。

◆ 原理示意图：

1、半导体激光器的工作特性

2、实验光路

◆ 技术指标：

·半导体激光光源：波长 650nm，P>2mW，含激光耦合镜组件；

·精密测试电源：两档电流 10/30mA，最小电流调节精度 0.1mA, 电压实时监测；

·激光功率指示器：功率显示六档切换功率显示六档切换 2/20/200μW、2/20/200mW，标定波长 650nm，数显；

·数字式光谱仪：光谱范围 350-1000nm, 分辨率 1.1nm，USB2.0，光纤接口 SMA905，增益可调；

·导光光纤：铠甲封装，石英，芯径 300um，光纤接口 SMA905，长度 1.5m，工作波长 200-2000nm；

·精密旋转工作台：可旋转角度 360°，微调范围 ±4°，微调分辨率 ±10 ＇；

·掀盖式激光安全防护机箱：外形尺寸 750*450*300mm. 光、电隔离分舱设计，外表面白色烤漆处理，内表面黑色 吸光漆面处理，一体式铝合金底座板牢固稳定；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面 粗糙度 60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

半导体激光器、数字光谱仪、激光功率指示计、一体化机箱、精密控制电源

◆ 必备设备：

电脑（可用笔记本）

◆ 选配清单：

光学平台、光学清洁箱、光学储存干燥箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

4 课时