半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告摘要：本文旨在通过对半导体激光器的实验研究，探索其基本原理、结构和性能，并分析实验结果。
通过实验，我们了解了激光器的工作原理、调制和控制技术以及其应用领域。
在实验过程中，我们测量了激光器的输出功率、光谱特性和波长调制特性等参数，并对实验结果进行了分析和讨论。
1.引言半导体激光器是一种利用半导体材料作为活性介质来产生激光的器件。
由于其小尺寸、高效率和低成本等优点，半导体激光器被广泛应用于通信、光存储、医学和科学研究等领域。
本实验旨在研究不同结构和参数的半导体激光器的性能差异，并通过实验数据验证理论模型。
2.实验原理2.1 半导体激光器的基本结构半导体激光器由活性层、波导结构和光学耦合结构组成。
活性层是激光器的关键部分，其中通过注入电流来激发电子和空穴复合形成激光。
波导结构用于限制光的传播方向，并提供反射面以形成光腔。
光学耦合结构用于引导激光光束从激光器中输出。
2.2 半导体激光器的工作原理半导体激光器利用注入电流激发活性层中的电子和空穴，使其发生复合并产生激光。
通过适当选择材料和结构参数，使波导结构中的光在垂直方向形成反射，从而形成光腔。
当光经过活性层时，激发的电子和空穴产生辐射跃迁，并在激光器中形成激光。
随着光的多次反射和放大，激光逐渐增强，最终从光学耦合结构中输出。
3.实验步骤3.1 实验器材本实验使用的主要器材有半导体激光器装置、电源、光功率计、多道光谱仪等。
3.2 实验过程首先，将半导体激光器装置与电源连接，并通过电源控制激光器的注入电流。
然后，使用光功率计测量激光器的输出功率，并记录相关数据。
接下来，使用多道光谱仪测量激光器的光谱特性，并记录各个波长的输出光功率。
最后，调节激光器的注入电流，并测量波长调制特性。
完成实验后，对实验数据进行分析和讨论。
4.实验结果与分析通过实验测量，我们得到了半导体激光器的输出功率、光谱特性和波长调制特性等数据，并对其进行了分析。
实验结果显示，随着注入电流的增加，激光器的输出功率呈现出递增趋势，但当电流达到一定值后，增长速度逐渐减慢。
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告半导体激光器实验报告引言：半导体激光器是一种重要的光电子器件，具有广泛的应用领域，如通信、医疗、工业等。
本实验旨在通过搭建实验装置，研究半导体激光器的工作原理和性能特点，并探索其在光通信领域的应用。
实验一：激光器的工作原理激光器的工作原理是基于光放大和光反馈的原理。
在实验中，我们使用一台半导体激光器，通过电流注入激发半导体材料，产生光子。
这些光子在激光腔中来回反射，不断受到增益介质的放大，最终形成激光束。
实验装置中的关键组件包括半导体激光器、激光腔、准直器和光探测器。
半导体激光器通过电流注入，激发载流子跃迁，产生光子。
光子在激光腔中来回反射，经过准直器调整光束的方向，最后被光探测器接收。
实验二：激光器的性能特点在实验中，我们测试了激光器的输出功率、波长和光谱宽度等性能指标。
通过改变注入电流和温度等参数，我们研究了激光器的输出特性。
首先，我们测试了激光器的输出功率。
通过改变注入电流，我们观察到激光器输出功率随电流增加而增加的趋势。
然而，当电流达到一定值后，激光器的输出功率不再增加，甚至出现下降。
这是由于激光器的光子数饱和效应和损耗机制导致的。
其次，我们测量了激光器的波长。
通过调节激光腔的长度，我们观察到激光器的波长随腔长的变化而变化。
这是由于激光腔的谐振条件决定了激光器的输出波长。
最后，我们研究了激光器的光谱宽度。
通过光谱仪测量激光器的光谱分布，我们发现激光器的光谱宽度与注入电流和温度有关。
随着注入电流的增加和温度的降低，激光器的光谱宽度变窄，光纤通信系统中要求的窄光谱宽度可以通过适当的调节实现。
实验三：半导体激光器在光通信中的应用半导体激光器在光通信领域有着重要的应用。
我们通过实验研究了激光器在光纤通信中的应用。
首先，我们将激光器的输出光束通过光纤传输。
通过调节激光器的输出功率和波长，我们实现了光纤通信中的光信号传输。
通过光探测器接收光信号，并通过示波器观察到了传输过程中的光信号波形。
半导体激光器P-I特性测试实验
太原理工大学学生实验报告
1.根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电
流的关系曲线。
(测得电阻为Ω)
2.根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流I th的大小。
3.根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。
七、注意事项
1.半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。
2.由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌
用力过大。
八、思考题
1.试说明半导体激光器发光工作原理。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
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E2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E1，这个过程称为光的受激辐射
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。
3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统。
半导体激光器实验
实验十五半导体激光器实验一、实验目的1．了解半导体激光器的基本原理和基本特性；2．掌握半导体激光器的使用方法。
二、实验原理半导体激光器之所以受到重视，是因为它既有激光单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点，又具有半导体器件的体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高和工作寿命长等优点。
半导体激光器能直接利用电源对输出激光进行调制，而且发射波长恰好与光纤传输损耗最低的波段相匹配，因此，可成为光通信的理想光源。
同时在CD、DVD、激光打印机、激光全息照相、光信息处理、激光高速印刷、数码显示、激光测距、激光准直、激光雷达、激光大气污染测试、光谱分析、航标、泵浦能源等领域也有广泛的应用前景。
和其他激光器一样，要使半导体发射激光，必须具备三个基本条件：（1）建立粒子数反转分布，以产生受激辐射；（2）建立一个能起到光反馈作用的谐振腔，以产生激光振荡；（3）满足一定的阈值条件，使得光增益大于损耗。
在简单的两能级系统中，高能级的载流子数大于低能级的载流子数就实现了载流子的反转分布，受激辐射将大于受激吸收而产生光学增益。
在半导体激光器中受激跃迁发生在被占据的导带电子态和价带空穴态之间，其跃迁发生在能量分布较广的能级之间，这时载流子反转分布的条件有所不同。
图15—1（a）表示T≈0K时直接带隙半导体中载流子的填充情况，能量大于带隙能量E g的入射光子将被吸收发生吸收跃迁。
假若用某种激励方式使电子受激从价带跃迁到导带，经一段很短驰豫时间后，电子填充情况如图14—1（b）所示。
在一定温度T时，电子占据导带和价带中某一能级E的几率f C（E）和f v （E）满足费米-狄拉克分布，分别为⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-+=-+=)exp(1)()exp(1)(T E E a E f T E E a E f FV v FC e κκ 式中E FC 、E FV 分别是导带和价带的准费米能级，R 是玻尔兹曼常数。
若用能量为h ν的光子束照射半导体系统，必然要引起光的受激辐射和吸收。
半导体激光器_实验报告
半导体激光器_实验报告【标题】半导体激光器实验报告【摘要】本实验主要通过实际操作和测量，研究半导体激光器的工作原理和性能特点。
通过改变电流和温度等参数，观察激光器的输出功率和波长、发散角度等特性的变化，并分析其与激光器内部结构和材料特性之间的关系。
【引言】半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优点，在光通信、激光加工、医疗等领域有广泛应用。
了解半导体激光器的工作原理和特性对于深入理解其应用具有重要意义。
【实验内容】1. 实验器材与仪器准备：准备半导体激光器、电源、温度控制器、功率测量仪等实验设备。
2. 实验步骤：a. 连接电源和温度控制器，调节温度至设定值。
b. 调节电流，记录相应的激光器输出功率。
c. 测量激光器的输出波长和发散角度。
d. 分析激光器输出功率、波长和发散角度等特性随电流和温度变化的规律。
【实验结果】1. 实验数据记录：记录不同电流和温度下的激光器输出功率、波长和发散角度数据。
2. 实验结果分析：a. 输出功率与电流和温度的关系。
b. 输出波长与电流和温度的关系。
c. 发散角度与电流和温度的关系。
【讨论】根据实验结果，结合半导体激光器的内部结构和材料特性，讨论激光器输出功率、波长和发散角度等特性与电流和温度的关系。
分析激光器的工作原理和性能特点，并讨论其在实际应用中的优缺点。
【结论】通过实验，我们深入了解了半导体激光器的工作原理和性能特点。
通过调节电流和温度等参数，可以控制激光器的输出功率、波长和发散角度等特性。
半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优点，但也存在一些限制，如温度敏感性较强。
最后，我们对半导体激光器的应用前景进行了展望。
半导体激光器_实验报告
P(uW)
800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
从拟合图中找出阈值以上的直线部分，单独拟合如下图 2，利用拟合公式求得阈 值电流为 11.73mA；斜率效率为 0.10084W/A.
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半导体激光器
图 2
阈值以上的直线部分
10
误差产生的原因可能是读数时示数不稳定所带来的偏差，也有可能是测量光 功率时存在一些额外的损耗而没有很好的避免。 通过对表格 4、表格 5 的直观分析，可以看出：当电流一定时，随着温度的增 加，DFB 光谱的中心波长增加，功率谱密度减小；当温度一定时，随着电流 的增加，DFB 的中心波长增加，功率谱密度也增加。
功率谱密度/dBm -2.642 -0.963 0.381 1.168 1.925 2.621
中心波长 1546.139nm
功率谱密度 -0.154dBm
纵模间隔 1.374nm
-20dB 单模带宽 0.174nm
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半导体激光器
二、 实验结果分析
当温度为 20.1℃时，通过对 DFB 的 P-I 曲线拟合（图 1 图 2） ，得到的阈值 电流为 11.73mA， 当温度为 24.9℃时 （图 3 图 4） ， 得到的阈值电流为 12.15mA. 通过对 F-P 的 P-I 曲线拟合（图 5 图 6）,得到的阈值电流为 9.19mA,与理论 值的相对误差为 ε=| 9.19 10 | 100 % 8.1%
功率谱密度/dBm -2.642 -2.834 -2.936 -3.129 -3.283 -3.334
固定温度改变电流(t=20℃)
表格 5
半导体激光器实验报告
实验13半导体激光器实验【实验目的】1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、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子技术方面的应用。
4.掌握WGD-6光学多道分析器的使用【仪器用具】半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振片、旋转台、多功能光学升降台、光功率指示仪【实验原理】1、半导体激光器的基本结构半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laser diode，缩写为LD。
大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。
P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所示，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，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。
图13-1（a）半导体激光器结构图13-1（b ） 半导体激光器工作原理图2、半导体激光器的阈值条件阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的一个表达式：)]1ln(21[8202R a Den J Q th +∆=ληγπ这里， Q η是内量子效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率， γ∆是自发辐射线宽，e 是电子电荷，D 是光发射层的厚度， α是行波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。
图13-2半导体激光器的P-I特性图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性3、伏安特性伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表示。
V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。
与伏安特性相关联的一个参数是LD的串联电阻。
对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。
对LD而言总是希望存在较小的串联电阻。
图13-4典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线3、横模特性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。
半导体激光器特性及调制特性实验
实验三半导体激光器特性及调制特性实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理，测量泵浦LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线；2.用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光；3.选用不同透过率腔镜，测试不同LD电流下的激光输出功率，结合LD的功率-电流关系，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
二、实验仪器半导体激光器、耦合系统、Nd:YAG晶体、输出镜、功率计、探测器三、实验内容1、LD安装及系统准直将LD电源接通。
通过上转换片观察LD出射光近场和远场的光斑。
测量LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线。
2、半导体泵浦固体激光器实验用大功率的808nmLD泵浦Nd：YAG晶体，通过不同输出镜并调节腔镜产生1064nm的红外光。
测试不同LD电流下的激光输出功率；根据实验数据和曲线，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率，并作简要分析。
四、实验结果（1）数据结果：电流（A）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8功率（mw）0 0 0 0 0 0.019 0.048 0.077 电流（A）0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6功率（mw）0.113 0.150 0.202 0.267 0.330 0.373 0.406 0.432 电流（A） 1.7 1.8 1.9 2 2.1功率（mw）0.461 0.485 0.506 0.525 0.555（2）激光输出功率-泵浦功率曲线：（3）根据数据和图像可知：故，转换效率：%04.38=η五、实验总结通过本次实验，掌握了半导体泵浦固体激光器的工作原理，学会了测量泵浦LD 经快轴压缩后的阈值电流和绘制了输出特性曲线，实现了用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光，选用了不同透过率腔镜，测试了不同LD 电流下的激光输出功率，结合LD 的功率-电流关系，计算出来两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
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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
薄对偏振方向垂直于波导层的TM模吸收越大，这就使得TE模增益大，
更容易产生受激发射，因此半导体激光器输出的激光偏振度很高。
4．纵模特性
激光器二极管端面部分的反射的反馈导致建立单个或多个纵模特性。
由于通常同时存在几个纵模，半导体激光器的典型光谱如图所示。
三．实验内容
1.半导体激光器的输出特性
用半导体激光器LD电源电流表（mA）的注入电流，调节半导体激光器的准直透镜把光耦合进光功率指示仪的接收器，用光功率指示仪读出半导体激光的输出功率。
把半导体激光器注入电流I从0逐渐增加到40mA，观察半导体激光器输出功率P的变化，将实验数据列表，并作出P-I曲线，P为平
2.半导体激光器发散角测定
半导体激光器置于旋转台中心，去掉激光器的准直透镜，使半导体激光器的光发射，并平行于旋转台面。
旋转探测器测量不同角度的光功率，记录光功率指示仪所测得的输出值随角度的变化曲线。
将半导体激光器旋转90°再测量侧横场发散角，绘制半导体激光器的辐射特性.
由以上数据可看出发散角大约为85度
旋转90度后：
发散角大约为45度
3.半导体激光器偏振度测量
在探测器前加入偏振片，将偏振片从0°旋转到180°，记录输出功率，
4.半导体激光器的光谱特性测试
将半导体激光器LD（650nm,<5mW）的光信号通过透镜L耦合进WGD-6光学多道分析器的输入狭缝SL，让光学多道分析器与计算机相连，从光栅单色仪输出的光信号通过CCD接受放大输出到计算机，通过控制软件的设置就绘出半导体激光器的谱线。
注意事项：
半导体激光器不能承受电流或电压的突变，连同好电路后需缓慢注入电流上升不要超过65mA,完后电流调到最小。
静电感应对半导体激光器有影响，如果需要用手触摸半导体激光器外壳或电极时，手须先触摸金属一下。
大型设备的启动和关闭极易损坏半导体激光器，遇此况时，先调电流为最小，然后在开关电器。
仪器的安放场所：无强振动源，无强电磁干扰，室内清洁无腐蚀气体，仪器不可受阳光长时间照射，净化湿度<65%。
四．实验总结
1、在做关于激光的实验时要始终注意，不可让激光直射眼睛，以免造成眼
睛的伤害。
2、由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，
切忌用力过大
3、随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。