半导体激光主动成像雷达扫描成像实验

实验一 半导体激光器P-I特性曲线测量

实验一半导体激光器P-I特性曲线测量 一、实验目的： 1.了解半导体光源和光电探测器的物理基础； 2.了解发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)的发光原理和相关特性； 3.了解PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)的工作原理和相关特性； 4.掌握有源光电子器件特性参数的测量方法； 二、实验原理： 光纤通信中的有源光电子器件主要涉及光的发送和接收，发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)是最重要的光发送器件，PIN光电二极管和APD光电二极管则是最重要的光接收器件。 1．发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)： LED是一种直接注入电流的电致发光器件，其半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时发射出光子，属自发辐射跃迁。LED为非相干光源，具有较宽的谱宽(30～60nm)和较大的发射角(≈100°)，常用于低速、短距离光波系统。 LD通过受激辐射发光，是一种阈值器件。LD不仅能产生高功率(≥10mW)辐射，而且输出光发散角窄，与单模光纤的耦合效率高(约30％—50％)，辐射光谱线窄(Δλ=0.1-1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速(>20GHz)直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 使粒子数反转从而产生光增益是激光器稳定工作的必要条件，对于处于泵浦条件下的原子系统，当满足粒子数反转条件时将会产生占优势的(超过受激吸收)受激辐射。在半导体激光器中，这个条件是通过向P型和N型限制层重掺杂使费密能级间隔在PN结正向偏置下超过带隙实现的。当有源层载流子浓度超过一定值(称为透明值)，就实现了粒子数反转，由此在有源区产生了光增益，在半导体内传播的输入信号将得到放大。如果将增益介质放入光学谐振腔中提供反馈，就可以得到稳定的激光输出。 (1) LED和LD的P-I特性与发光效率： 图1是LED和LD的P-I特性曲线。LED是自发辐射光，所以P-I曲线的线性范围较大。 LD有一阈值电流I th ，当I>I th 时才发出激光。在I th 以上，光功率P随I线性增加。 图1：LD和LED的P-I特性曲线 (a) LD的P-I特性曲线 (b) LED的P-I特性曲线

PCB制作过程中激光直接成像的三种方式

PCB制作过程中激光直接成像的三种方式 激光直接成像让pcb制作工艺过程简化了至少60%，而传统的底片图片转移却需要十几个步骤。那么PCB制作过程中激光直接成像都有哪些方式呢？全世界的pcb制作商所配备的LDI设备都属于UV光的LDI，按其工艺可以具体分为三种： 1）光致抗蚀剂的激光直接成像。这一类型是指对涂覆有专用光致抗蚀剂的在制板进行激光直接成像。在制板上要完成导电图形基于如下三个步骤： 第一步：利于LDI在激光直接在制板上的专用光致抗蚀剂进行感光。激光感光是由cad图形数据或计算机已存储的图形数据进行控制激光扫描的，而专业光致抗蚀剂的光敏性要比传统的光致抗蚀剂光敏要强得多（约10倍）来进行激光扫描，才能取得高的PCB图形转移的生产率。

第二步：化学显影。专用光致抗蚀剂仍采用传统的弱碱性碳酸钠溶液进行显影。 第三步：化学蚀刻。由于专用的光致抗蚀剂是属于耐酸性（或则耐酸性强于耐碱性）的，因此要采用酸性氯化铜蚀刻溶液等来进行蚀刻。 2）pcb制作采用化学镀锡的激光直接成像。 在制板上化学镀锡的激光直接成像（LDI),某些文献又称为激光直接刻板。这一类型是指在制板上利用化学方法镀上一层很薄的抗蚀层锡，然后利用激光蚀刻去不需抗蚀刻、保护的锡层及底下的部分厚度（3μm~5μm)的铜箔，然后进行化学蚀刻。由于锡层在0.5μm~1.0μm厚度）是抗碱不耐酸的。 3）以覆铜箔的在制板上的激光直接成像，这一类型是指仅在覆铜箔在制板上的激光直接成像。他不需要对在制板进行任何涂覆抗蚀保护层，而是直接利用激光蚀刻去不需要的铜

箔，但是为了损伤介质厚度，往往还留下3μm~5μm厚度的铜箔，然后进行严格控制的快速化学蚀刻而出去留下的铜箔厚度。因此在制板上的铜导体图形的铜厚度将会变薄些。这具体问题具体分析。 综上所述我们了解到了PCB生产制作过程中使用的激光直接成像的类型方式，工艺在于精益求精，不断实践和优化提升。深圳金瑞欣特种电路是专业的电路板打样和中小批量生产厂家，主营2-30层高多层板，、高频板、厚铜板、Hdi板等。更多详情可以咨询金瑞欣特种电路官网。

半导体激光器pi特性测试实验

太原理工大学现代科技学院 课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师

实验名称 半导体激光器P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 一、 实验目的 1. 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2. 了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3. 掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法 二、 实验仪器 1. ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1台 2. 光功率计 1台 3. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 4. 万用表 1台 5. 连接导线 20根 三、 实验原理 半导体激光二极管（LD ）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E 2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E 1，这个过程称为光的受激辐射。所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW ）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm ），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz ）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，I th 对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大， ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

(完整版)推扫式扫描系统

推扫式扫描系统 ——《遥感应用分析原理与方法》赵时英 推扫式扫描（push-broom scanning）系统，又称“像面”（along-track）扫描系统，用广角光学系统在整个视场内成像，它所记录的多光谱图像数据是沿着飞行方向的条幅。与光机扫描系统相似的是，它也是利用飞行器的向前运动，借助于与飞行方向垂直的“扫描”线记录而构成二维图像。也就是说，它通过飞行器与探测器成正交方向的移动获得目标的二维信息。但是推扫式扫描系统与光机扫描系统对每行数据记录的方式有明显差异。后者是利用旋转式扫描镜，一个像元一个像元的轮流采光，即沿扫描线逐点扫描成像；前者（推扫式扫描系统）不用扫描镜，而是把探测器按扫描方向（垂直于飞行方向）阵列式排列来感应地面响应，以代替机械的真扫描。具体地说，就是通过仪器中的广角光学系统——平面反射镜采集地面辐射能，并将之反射到反射镜组，在通过聚焦投射到焦平面的阵列探测元件上。这些光电转换元件同时感应地面响应，同时采光，同时转换为电信号，同时成像。若探测器按线性阵列排列，则可以同时得到整行数据；若面试阵列排列，则同时得到的是整幅图像。 一般线性阵列由很多CCD电荷耦合器件组成。CCD为一种固态光电转换元件。每个探测器元件感应相应“扫描”行上一个唯一的地面分辨单元的能量。图像上每行数据是由沿线性阵列的每个探测器元件采样得到的。探测器的大小决定了每个地面分辨单元的大小。因此，CCD被设计的得很小，一个线性阵列可以包含上千、上万个分离的探测器。每个光谱波段或通道均有它自己的线性阵列。一般阵列位于遥感器的焦平面上，以确保所有阵列同时观测所有的“扫描“线。 线性阵列的推扫式扫描系统较镜扫描的光机扫描系统有许多优点： 1、线性阵列系统可以为每个探测器提供较长的停留时间，以便更充分的测量每个地面分辨 单元的能量。因此，它能够有更强的记录信号和更大的感应范围（动态范围），增加了相对信噪比，从而得到更高的空间和辐射分辨率。 2、由于记录每行数据的探测器元件间有固定的关系，且它消除了因扫描过程中扫描镜速度 变化所引起的几何误差，具有更大的稳定性。因此，线性阵列系统的几何完整性更好、几何精度更高。 3、由于CCD是固态微电子装置，一般它们体积小、重量轻、能耗低。 4、由于没有光机扫描仪的机械运动部件，线性系统稳定性更好，且结构的可靠性高，使用 寿命更长。 推扫式扫描系统也有它固有的问题，如：大量探测器之间灵敏度的差异往往会产生带状噪声，需要进行校准；目前长于近红外波段的CCD探测器的光谱灵敏度尚受到限制；推扫式扫描仪的总视唱一般不如光机扫描仪。

激光雷达与激光成像雷达

激光雷达与激光成像雷达 一、激光雷达与激光成像雷达 一、激光雷达与激光成像雷达 人通过感觉器官感知，认识外部世界的一切。用耳朵听音乐、话音、机器的轰隆声、钟声、铃声等一切通过声音传递的信息；用手感觉温度、物体的硬软以及物质的存在；用眼睛观察外部世界的形状、颜色、运动状态、速度、位置、识别物体的种类等等。人的眼睛之所以可以看见外部世界，是因为太阳光谱中的可见光照射在物体上反射的结果。那么除了“可见光谱”之外还存在别的“不可见的光谱”吗？事实上，广义的光谱按频段的不同，有大家所熟悉的电磁波、远红外、近红外、可见光、紫外光谱，而可见光谱区中，红色的光波长最长，紫色的波长最短。而且人们已经发现不同的物质辐射不同的谱线，在特定的条件下还可以只辐射某一单一波长的谱线，当其人们发现不可见光谱区中的单一的光谱谱线具有可贵的特性的时候，就力图去产生、开发、利用这种单一光谱谱线，由此产生了激光及用于不同场合的激光系统。 视觉引发人们的形象思维，眼睛从外界事物所获取的信息量大，直接而快速，是其他感觉器官所不能代替的，这也就是古人所说的“眼见为实”的深切内涵。正是因为这个道理，人们不愿受限于“可见光”的可见，而想去探求自然光条件下所看不见的东西，如想在漆黑的夜晚，去观察外部世界，就开发出了“夜视仪”。被动“红外热成像仪”也不是依赖于可见光的反射特性去观察变幻莫测的外部世界的，而是依赖于物体本身的热辐射，无论白天或黑夜都可以用以观察人类世界的一切，而且已经是超视距的。目前最新的热成像仪，1ms内热敏成像。红外成像高速测温用来检测来复枪，其射出的弹头在弹道上飞行速度为840m/s，弹头距枪口0.914 4m处的热成像还能分辨出弹头上不同部位摩擦热的温差。 遥感仪则可以依据物体本身的辐射谱线，包括电磁波段与红外光区，远距离成像，把肉眼原本看不见的自然变化，转化为可见，以照片的形式或屏幕显示的图像，甚至动态图像的形式展现出来，这就是当今人们感兴趣的可视化技术。人们力图从各个领域做这方面的研究和开发应用。 通过眼睛人们能够确定方向——定位，作为控制手的动作的依据，当然这是受限于“视距”之内的，通过望远镜可以延伸视距；但是“定位”的精度达不到人们通用目的需要，所谓“差之毫厘，失之千里”。雷达满足了远距离定位和精度的要求，雷达源于英文Radio Detection And Ranging的缩写RADAR，于1935年问世。 当其“激光”这种波长处于红外光谱波段的“激光光源”被研究出来之后，人们自然想到利用微米波段（红外光谱波段）的光波作为信息的载体去探测、获取其他手段难于探测、观测到的目标的信息。激光雷达研制成功后，相继激光成像雷达应运而生。激光雷达的英文名字“LADAR”是Laser Detection And Ranging的缩写。激光雷达的研究是从目标探测和测距入手的，早期（1962～1976年）的研究系统被称为光雷达（Optical RADAR），并命名为LIDAR（Light Detection And Ranging）。可以说军事应用对测量系统精确度的要求日

PCB全制作流程中的激光直接成像技术应用

Graph 1: trend of line & space at DYCONEX over the last 10 years The consequent use of LDI capability over the complete PCB manufacturing flow Daniel Schulze, Uwe Kramer DYCONEX AG Grindelstrasse 40 8303 Bassersdorf, Switzerland T3.4 PCB Quality Oral Presentation Abstract The systematic implementation of optimized LDI (Laser Direct Imaging) photo resist types, LDI exposure units and fine line AOI (Automated Optical Inspection) equipment enhances the production technology and provides optimized PCB solutions for customers. This standardization results in a significantly faster and easier process flow with very precise registration. For high-reliability medical implants, full traceability can be obtained by adding individual serial numbers, date stamps and 2D barcodes for recording various process parameters. Design requirements Driven by the assembly technology and analyzing the design requirements of the customers over the last 10 years a clear trend to smaller feature sizes is seen. A typical medical implantable product has a feature size of 50 μm line / space. Typical via diameters between 50 and 75 μm and pad sizes between 150 μm and 250 μm are standard to find on these markets. To assemble resistors of 0201 packaging sizes will increase the requirements to the solder mask alignment as well down to 25 μm alignment precision.

扫描电子显微镜成像原理及基本操作

扫描电子显微镜成像原理及基本操作 一、基本结构组成： 1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。 2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。 3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。 4.图象显示和记录系统：SEM采用电脑系统进行图象显示和记录。 5.真空系统：常用机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵等使真空度高于10 -4 Torr 。 6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。 二、扫描电子显微镜成像原理 扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5 ～35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。三、扫描电镜具有以下的特点

(1) 制样方法简单，对试样的尺寸、形态等无严格要求，可以观察直径为的大块试样以及粉末等。 (2) 场深大，适用于粗糙表面和断口的分析观察；图像富有立体感、真实感、易于识别和解释。 (3) 放大倍数变化范围大，对于多相、多组成的非均匀材料便于低倍下的普查和高倍下的观察分析。 (4) 具有相当高的分辨率，可达到为3.5 ～6nm。 (5) 可以通过电子学方法有效地控制和改善图像的质量，如通过调制可改善图像反差的宽容度，使图像各部分亮暗适中。 (6) 可进行多种功能的分析。与X 射线谱仪配接，可在观察形貌的同时进行微区成分分析。 (7) 可使用，观察在不同环境条件下（加热、冷却和拉伸等样品台进行动态试验）的相变及形态变化等。 四、扫描电镜的用途 通过样品中的电子激发出的各种信号，扫描电镜可以做出电子图像分析，如可利用二次电子进行样品表面形貌及结构分析的分析；以两片探测器信号做积分运算，通过背散射电子可以分析样品表面成分像，以两片探测器信号做微分运算时，则可用于样品表面形貌像德分析；此外，通过透射电子则可对析晶体的内部结构及晶格信息进行分析。而且，其配上其它一些配套设备，还可做显微化学成份分析，显微晶体结构分析，显微阴极发光图像分析，这更加扩大的扫描电镜的广泛应用度。常见的扫描电镜配套设备主要有：x射线波谱仪、x射线能

半导体激光器TEC温控实验

半导体激光器TEC温控实验 温度对半导体激光器的特性有很大的影响.为了使半导体激光器输出功率稳定,必须对其温度进行高精度的控制.TEC-10A利用PID模糊控制网络设计了温控系统,控制精度达到0.0625℃,与无PID控制网络相比,极大的提高了系统的瞬态特性,并且试验发现TEC-10A采用带有温控系统的半导体激光器的输出功率稳定性比没有温控系统的输出功率得到显著改善。 TEC-10A使用上位机软件，获得数据如下: 图1 目标温度设定为60度的加热曲线图 TEC-10A模糊自适应PID 算法比传统PID 算法具有更小的温度过冲和更高的控温精度，精度为±0.0625℃，达到稳定的时间小于70s。 TEC-10A的“模糊控制理论”是由美国加利福尼亚大学教授L.A.Zadeh 于1965 年首先提出的，至今只有40 余年的时间，它属于智能控制的范畴。那么到底什么是模糊控制？其实模糊控制是一种被精确定义的特殊的非线性控制，它利用类似人类的启发式知识对系统进行控制。模糊控制的基本原理框图如下图所示。 图2 模糊算法 首先建立模糊规则 根据上面的输入量的模糊化，确定了误差及误差变化的模糊集合，下面将建立模糊规则。模糊控制规则主要有两种形式：一种是经验归纳法，一种是采用数学的推理合成法。经验归纳法是根据操作者对控制经验的整理、加工而形成的控制规则，虽然具有主观臆断，但其中

必须经过对客观事实的合理归纳而形成。下面的表就是根据经验归纳法总结的模糊控制规则表。 下面是一些简单的一维和二维控制形式： “如果A，那么B”（IfAThen B）；例如，如果激光器的温度很高，那么快速降温。“如果A，那么B，否则C”（If A Then B Else C）；例如，如果激光器温度很低，那么快速加热，否则缓慢加热。 “如果A 且B，那么C”（If A And B Then C）。例，如果激光器温度很高且温度下降很慢，那么快速加热。 在实际操作中第三种形式较常见，“A”为偏差e，“B”为偏差变化量Ec。 TEC-10A的尺寸也是比较小的，如下图所示： 图3 TEC-10A具有较小尺寸 TEC-10A是一款高功率密度的TEC温度控制器，额定工作负载5A，峰值电流可达10A。此温度控制器可以连接专用调试器来进行参数的调节，参数调节完毕并保存后，撤去调试器，此温度控制器仍可以独立工作。可以通过专用RS232调试线和电脑进行通讯，以进行参数设

激光共聚焦显微镜与普通显微镜成像原理及区别

激光扫描共聚焦显微镜采用激光作为光源, 有效地除去了非聚焦平面的信息, 提高了微观形貌的清晰度和分辨率。其与计算机软件结合可以实现深度方向的光学切片观察, 再将这些扫描得到的信息通过软件算法以及叠加和重组, 可以获得材料的微观三维形貌, 因此激光共聚焦显微镜具有快速、无损、制样简单等优点。那么激光共聚焦显微镜的原理又是怎样的呢？ 它采用激光点光源照射样品, 从发射器发出的光经过光路后在聚焦平面上形成一个大小分明的光点,它沿着原照射光路到达分光镜并且该点发出的光被物镜收集,分光镜将收集来的光直接反馈给探测器。光点通过前方探测器设有的探测针孔等一系列的透镜, 最终同时聚焦于探测针孔, 这样来自聚焦平面的光可以会聚在探测孔之内, 而来自聚焦平面上方或下方的散射光都被挡在探测孔之外而不能成像, 从而提高了焦平面的分辨率。激光共聚焦显微镜逐点扫描样品, 探测针孔后的光电倍增管也逐点获得对应光点的共聚焦图像, 转为数字信号传输到计算机上, 最终在屏幕上聚合成清晰的整个焦平面的共聚焦图像。转为数字信号传输到计算机上, 最终在屏幕上聚合成清晰的整个焦平面的共聚焦图像。此外激光共聚焦显微镜还可以对样品进行逐层光学切片扫描, 得到高度方向每一层的图像信息, 传回计算机软件叠加处理后可以得到三维形貌图。它成像清晰、精确、最大的优点在于能对材料进行深层形貌的观察。可以对样品进行断层扫描观察和成像, 进行无损观察和三维形貌分析。 激光共聚焦显微镜可用来观察样品表面亚微米级别的三维轮廓形貌, 也可以测量多种微几何尺寸, 像晶粒度、体积、膜深、膜厚、深度、长宽、线粗糙度、面粗糙度等。激光共

聚焦相比于其他测量手段有其独特的优势, 它提高了图片的清晰度, 有很好的景深, 提高了分辨率, 可以进行无接触的三维轮廓测试。在金属材料研发方面还经常用到光学显微镜和扫描电子显微镜。光学显微镜是一种二维的形态学工具, 有效分辨率较低, 分辨率的景深较小, 也不能观察纵向方向的三维形态。而扫描电镜在样品的制备方面比较复杂, 有时还会引起样品的破坏, 对于扫描的面积和材料的表面高度都有所限制, 同时它也不能测量面积、体积、深度等信息。在钢铁材料的生产和开发过程中, 众多的环节需要关注表面形貌, 采用激光共聚焦显微镜技术进行相应检测, 不仅可以获得媲美SEM的显微图像, 同时还能够进行快速、无损测量, 加之其较低的引入和维护成本,更符合目前行业成本控制的需求。本文将举例说明激光共聚焦显微镜在金属研究领域的典型应用。 激光共聚焦显微镜由于其优于光学显微镜的清晰度和分辨率, 使其在金相组织观察方面有独特的优势。试验样品为海洋平台用钢, 将样品进行磨制、抛光处理, 并用腐蚀溶液腐蚀, 要求观察并测量基体上粒状贝氏体的形态和尺寸。相比于普通光学显微镜, 激光共聚焦显微镜清晰度好, 分辨率高。激光作为光源, 它的单色性非常好, 光束的波长相同, 从根本上消除了色差。共聚焦显微镜中在物镜的焦平面上放置了一个带有针孔的挡板, 将焦平面以外的杂散光挡住, 从而消除了球差。同时激光共聚焦显微镜采取的点扫描技术和计算机采集和处理信号也进一步提高了图像的清晰度。

激光主动成像制导雷达的研究方向

激光主动成像制导雷达的研究方向 刘立宝1 蔡喜平2 乔立杰2 杨　洋2 (哈尔滨工业大学威海分校理学系1　威海　264209) (哈尔滨工业大学应用物理系2　哈尔滨　150001) 文摘:文中介绍了国外制导用激光成像雷达近年来的发展情况,总结提出了激光主动成像制导雷达的研究方向。CO2激光成像雷达系统效率高,大气传输性能好,信息处理技术成熟,易于实现高灵敏度外差探测和三维成像,曾经是主要的研究对象;固体激光雷达系统具有系统质量轻、价格低,探测器不需要制冷的独特优点正成为现在研究热点;二极管激光成像雷达体积小、造价低、寿命长、可靠性高、功耗低,可采用室温探测,有着很大的发展前途。 关键词: 激光雷达 成像 制导 R esearch of active im aging guiding lidar system Liu Libao1 Cai Xiping2 Qiao Lijie2 Yang Yang2 (Department of Science,Weihai Campus,Harbin Institute of Technology1,　Weihai,　China,　264209) (Department of Applied Physics,Harbin Institute of Technology2,　Harbin,　China,　150001) Abstract:In this paper,the latest development of imaging guiding lidar overseas is introduced, and the future of that is predicted.The CO2lidar system has the advantages of higher efficiency,bet2 ter transmission capability in air,more developed information processing technology,easy to actualize the coherent detection with high sensitivity,and3D imaging,so it has been the main object for study2 ing.For the special excellence of light weight,lower price,and detector without cooling,the solid imaging lidar system is now being a hot spot of research.With well outlook,the diode lidar system has got more characteristics than the systems before. K eyw ords: Lidar Imaging Guidance 1999206224收稿 1999212220修回作者简介:刘立宝　男　31岁　讲师　从事光学成像研究及教学工作。 第29卷第2期 红外与激光工程 2000年4月Vol.29No.2 Infrared and Laser Engineering A pr.2000

半导体激光器实验报告

半导体激光器实验报告 课程：_____光电子实验_____ 学号： 姓名： 专业：信息工程 南京大学工程管理学院

半导体激光器 一．实验目的 （1）通过实验熟悉半导体激光器的光学特性 （2）掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节 （3）根据半导体激光器的光学特性考察其在光电技术方面的应用 二．实验原理 1.半导体激光器的基本结构 半导体激光器大多数用的是GaAs或Gal-xAlxAs材料。P-n结通常在n 型衬底上生长p型层而形成，在p区和n区都要制作欧姆接触，使激励 电流能够通过，电流使结区附近的有源区产生粒子数反转。 2.半导体激光器的阈值条件 当半导体激光器加正向偏置并导通时，器件不会立刻出现激光震荡，小电流时发射光大都来自自发辐射，随着激励电流的增大，结区大量粒 子数反转，发射更多的光子，当电流超过阈值时，会出现从非受激发射 到受激发射的突变。这是由于激光作用过程的本身具有较高量子效率的 缘故，激光的阈值对应于：由受激发射所增加的激光模光子数（每秒） 正好等于平面散射，吸收激光器的发射所损耗的光子数（每秒）。 3.横模和偏振态 半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。每个模都由固有的传播常数和横向电场分布，这些 模就构成了激光器中的横模。横模经端面射出后形成辐射场，辐射场的 角分布沿平行于结面方向和垂直于结面方向分别成为侧横场和正横场。 共振腔横向尺寸越小，辐射场发射角越大，由于共振腔平行于结面方向 的宽度大于垂直于结面方向的厚度，所以侧横场小于正横场的发散角。 激光器的GaAs晶面对TE模的反射率大于对TM模的反射率，因而TE模需要的阈值增益低，TE模首先产生受激发射，反过来又抑制了TM 模，另一方面形成半导体激光器共振腔的波导层一般都很薄，这一层越

激光雷达在军事中的应用

激光雷达在军事中的应用 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状．Laser rader’s character was briefly introduced in this essay.Besides,its elementary physical fundamental was also introduced as well al its use from military field. 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式即为直接探测和外差探测。它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响． 由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好．激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达．激光雷达在军事上可用于对各种飞行目标轨迹的测量。如对导弹对卫星的精密定轨等。激光雷达与红外、电视等光电设备相结合，组成地面、舰载和机载的火力控制系统对目标进行搜索、识别、跟踪和测量。由于激光雷达可以获取目标的三维图像及速度信息，有利于识别隐身目标。激光雷达可以对大气进行监测，遥测大气中的污染和毒剂，还可测量大气的温度、湿度、风速、能见度及云层高度。用激激光器作为辐射源的雷达。 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息． 例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64

实验一-半导体激光器系列实验

实验一-半导体激光器系列实验

实验一半导体激光器系列 实验

一、实验设备介绍 2．配套仪器的使用 WGD-6光学多道分析器的使用参考WGD-6光学多道分析器的使用说明书。 3．激光器概述 光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础，引起世界各国的极大关注。其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛，它已经成功地用于光通讯和光学唱片系统；还可以作为红外高分辨率光谱仪光源，用于大气测污和同位素分离等；同时半导体激光器可以成为雷达，测距，全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。半导体激光器，调频器，放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通 - 1 -

讯，光计算机的发展。 激光器一般包括三个部分： （1）激光工作介质 激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，非常广泛。 （2）激励源 为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。 （3）谐振腔 有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块大部分反射、 - 2 -

主动成像激光雷达

第37卷，增刊 红外与激光工程 2008年9月 V ol.37 Supplement Infrared and Laser Engineering Sep. 2008 收稿日期：2008-09-22 作者简介：杨鹏（1981-），男，河南南阳人，博士研究生，主要从事光电位移测量光电研究。Email:rocyangpeng@https://www.360docs.net/doc/af8343448.html, 导师简介：艾华（1961-），男，吉林长春人，研究员，博导，主要从事光电位移测量、光电测控研究。Email:aih ◎https://www.360docs.net/doc/af8343448.html, 主动成像激光雷达 杨 鹏1,2，王宇志1,2，李 琳1,2，艾 华1 （1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033； 2.中国科学院研究生院， 北京 100039) 摘要：主动成像激光雷达由系统本身提供照明，不必再依赖太阳角，可全天候工作，具有远距离、高分辨率、三维成像能力。特别是具有目标探测、识别和辨识等方面的超强能力，战场上在预警、信息获取、目标监视和侦查方面有很重要的应用。介绍了两种不同体制主动成像激光雷达：一种是采用相干成像合成孔径红外激光雷达，另一种是采用孔径平面散斑强度信息成像激光雷达。阐述了两种不同体制主动成像激光雷达的原理、特点和研究现状，并对其关键技术和应用前景进行了简要的分析。 关键词：激光雷达； 合成孔径； 散斑成像； 相干探测 中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2008)增(激光探测)-0115-05 Active imaging ladar YANG Peng 1,2 ,WANG Yu-zhi 1,2, LI Lin 1,2 , AI Hua 1 （1. Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of sciences, Changchun 130033, China ； （2. Graduate School of the Chinese Academy of sciences, Beijing 100039, China ） Abstract: Active imaging ladar, because they provide their own illumination, are capable of operating 24 hours a day and are not dependent upon the angle of the sun. They can provide ultra-high resolution and three-dimensional imaging at long range. These capabilities would be promising in target detection and remote sensing and mapping. These capabilities would improve Battlefield Awareness (BA) and provide persistent Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance (ISR) to perform target detection, recognition, and identification. This paper discusses two different approaches to active optical imaging. One is a coherent approach that uses synthetic aperture techniques with infrared laser radar, and another approach uses only the intensity of the speckle pattern in the aperture plane. Two different approaches to active optical imaging are introduced. The principle, advantage and progress of these two ladar systems are described. The key techniques and application prospect of them are also briefly discussed. Key words: Ladar; Synthetic aperture; Speckle imaging; Coherent detection 0 引 言 主动成像激光雷达工作在光学波段，其工作波长 远小于普通微波雷达，因此可以获得高分辨率的目标图像，这些图像看起来更自然、更容易理解，因此，其在军事侦察和遥感测绘等方面具有广阔的应用前景。主要介绍了两种不同体制的成像激光雷达，都具

光纤光学与半导体激光器的电光特性实验

光纤光学与半导体激光器的电光特性实验 上个世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术取得了突破性的进展。光纤通信具有容量大、频带宽、光纤损耗低、传输距离远、不受电磁场干扰等优点，因此光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。半导体激光器是近年来发展最为迅速的一种激光器。由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 【实验目的】 1．了解半导体激光器的电光特性和测量阈值电流。 2．了解光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3．掌握光纤数值孔径概念、物理意义及其测量方法。 4．对光纤本身的光学特性进行初步的研究。 【实验仪器】 GX-1000光纤实验仪，导轨，半导体激光器+二维调整，Array三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功 率指示计，一维位移架+十二档光探头（选购），专用光纤钳、 光纤刀，示波器，音源等。如右图所示。 1．设备参数： （1）半导体激光器类型：氮化镓，工作电流：0-70mA，激 光功率：0-10mW，输出波长：650nm； （2）总输出电压为3.5-4V，考虑保护电路分压，所以管芯 电压降为2.2V。 （3）光纤损耗率：每千米70%，实验所用光纤长度：200m，计算损耗为93.1%，如激光输出功率为10mW，除去损耗后激光输出的总功率：9.31mW，（计算耦合效率时用到）。 （4）信号源频率可用范围:10KH Z-300KH Z。 2．主机功能 实验主机面板如下图 主机主要由3部分组成：电源模块、发射模块、接收模块。 (1)电源模块主要是为半导体激光器和主机其它模块提供电源。由3部分组成：

①表头：三位半数字表头，用于显示半导体激光器的平均工作电流。该电流可通过表头下的 电位器进行调整。 ②电源开关：220VAC电源开关。 ③电流调节旋钮：半导体激光器的工作电流调整钮。 (2)发射模块主要功能为半导体激光器工作状态和频率参数的控制。内含一频率可调的矩形波发 生器、一个频率固定的矩形波发生器和模拟信号调制电路。 ①功能状态选择钮：用于选择半导体激光器的工作状态。直流档：半导体激光器工作在直流 状态。脉冲频率档：半导体激光器工作在周期脉冲状态下。输出的激光是一系列的光脉冲，且频率可 调。调制档：激光器工作在周期脉冲状态下，但频率固定，脉冲宽度受外部输入的音频信号调制。 ②脉冲频率旋钮：用于调节脉冲信号的频率。 ③输出插座：三芯航空插座。连接半导体激光器。 ④输出波形插座：Q9插座。接示波器，用于观察驱动激光器的波形。 ⑤音频输入插座：3.5mm耳机插座。连接音频信号源——单放机。 ⑥音频输入波形插座：Q9插座。接示波器，可用于观察音频信号波形。 (3)接收模块主要功能为光信号的接受、放大、解调和还原。内含光电二极管偏置驱动、高频放 大、解调、音频功放电路和扬声器等。 ①输入插座：Q9插座。连接光电二极管。用于探测光脉冲信号。 ②波形插座：两个Q9插座。可分别接示波器，观察波形。前一个为解调前的脉冲信号波形， 后一个为解调后的模拟音频信号波形。 ③扬声器开光：用于控制内置扬声器的开和关。在主机后面板上。 ： 3. OPT-1A型激光功率指示计是一种数字显示的光功率测量仪器，采用硅光电池作为光传感器，针对650nm波长的激光进行了标定，用于测量该波段的激光功率。如图： (1)前面板 ①表头 ：3位半数字表头，用于显示光强的大小。 ②量程选择钮：分为200uW、2mW、20mW、200mW四个标定量程和可调档；测量时尽量采用合适 的量程，如测得的光强为1.732mW，则采用2mW量程。可调档显示的是光强的相对值。 ③调零：调零时应遮断光源，旋动调零旋钮，使显示为零，调零完毕。 (2)后面板 ①电源开关按钮：电源开关（220VAC）。