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_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
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。
半导体激光器光学特性测量实验报告
半导体激光器光学特性测量实验学号：姓名：班级：日期：【摘要】激光器的三个基本组成部分是：增益介质、谐振腔、激励能源。
本实验通过测量半导体激光器的输出特性、偏振度和光谱特性，进一步了解半导体激光器的发光原理，并掌握半导体激光器性能的测试方法。
【关键词】半导体激光器、偏振度、阈值、光谱特性一、实验背景激光是在有理论准备和实际需要的背景下应运而生的。
光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础之一。
受激辐射的概念是爱因斯坦于1916年在推导普朗克的黑体辐射公式时提出来的, 从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的理论基础。
直到1960年激光才被首次成功制造（红宝石激光器）。
半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功发明，在1970年实现室温下连续输出。
半导体激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式，制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE) 等多种工艺。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 使得它目前在各个领域中应用非常广泛。
半导体激光器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，用于大气检测和同位素分离等；同时半导体激光器成为雷达，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。
半导体激光器与调频器、放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通讯和光计算机的发展。
半导体激光器主要发展方向有两类，一类是以传递信息为目的的信息型激光器，另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。
本实验旨在使学生掌握半导体激光器的基本原理和光学特性，利用光功率探测仪和CCD光学多道分析器，测量可见光半导体激光器输出特性、不同方向的发散角、偏振度，以及光谱特性，并熟悉光路的耦合调节及CCD光学多道分析器等现代光学分析仪器的使用，同时进一步了解半导体激光器在光电子领域的广泛应用。
半导体激光器实验
半导体激光器实验目录一、实验目的 1 （一）、了解半导体激光器的发明和发展（二）、掌握半导体激光器的基本原理（三）、掌握半导体激光器性能的测试方法二、实验原理 1 （一）、半导体激光器的产生和发展 1 （二）、研究半导体激光器的功率、光谱及消光比等性能的意义 2 （三）、半导体激光器的发光原理 3 三、实验内容和方法 5 （一）、半导体激光器的输出功率与电流的关系 5 （二）、光谱特性 6 （三）、光谱的测量7 （四）、消光比的定义9四、半导体激光器的功率、光谱及消光比的测量方法9五、实验结果的处理与分析101、发光功率的测量（P-I曲线）2、光谱的测量（λp- I曲线）3、消光比的测量（E R-I曲线）六、实验结论12七、参考文献13一、实验目的通过实验，要求达到如下目的：（一）、了解半导体激光器的发明和发展。
（二）、了解半导体激光器的基本原理。
1、半导体激光器的结构2、半导体受激光发射放大的条件（三）、掌握半导体激光器性能的测试方法。
1、发光功率的测量（P-I 曲线）2、消光比的测量（E R -I 曲线）3、光谱的测量（λp - I 曲线）二、实验原理（一）、半导体激光器的产生和发展半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激光器，亦称为半导体二极管或激光二极管（简写为SLD ——Semiconductor Laser Diode ），是六十年代初发展起来的一种新型固体激光光源。
它是通过正向偏压下p-n 结中空间电荷区附近形成的载流子（电子）反转分布的“激活区”的自发发射感应受激辐射而发出相干光。
发射波长在0.33-100 μm 的范围。
激励方式有p-n 结注入电流激励、电子束激励、光激励和碰撞电离激励等4种。
我们最常用的p-n 结注入式，这是最为成熟的。
使用的工作物质有GaAS 、InGaAsP 直接带隙半导体材料等。
半导体激光器由于构成材料的不同分为同质结半导体激光器和异质结半导体激光器。
实验报告半导体激光实验
一、实验目的1. 了解半导体激光器的基本原理和光学特性；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. 熟悉WGD6光学多道分析器的使用。
二、实验原理1. 半导体激光器的基本结构半导体激光器，全称为半导体结型二极管激光器，是一种利用半导体材料作为工作物质的激光器。
其基本结构包括工作物质、谐振腔和激励能源。
工作物质通常采用V族化合物半导体，如GaAs、MoSb等；谐振腔由两个平行端面构成，起到反射镜的作用；激励能源有电注入、光激励、高能电子束激励和碰撞电离激励等。
2. 半导体激光器的阈值条件半导体激光器的阈值电流是各种材料和结构参数的函数。
在满足阈值条件时，半导体激光器才能产生激光。
阈值电流表达式为：\[ I_{th} = \frac{L}{\eta} \frac{P}{h\nu} \]其中，\( I_{th} \) 为阈值电流，\( L \) 为有源层长度，\( \eta \) 为内量子效率，\( P \) 为注入功率，\( h \) 为普朗克常数，\( \nu \) 为发射光的真空波长。
3. 半导体激光器的光学特性半导体激光器的光学特性主要包括单色性好、高亮度、体积小、重量轻、结构简单、效率高、寿命长等。
三、实验仪器与设备1. 半导体激光器及可调电源；2. WGD6型光学多道分析器；3. 可旋转偏振片；4. 旋转台；5. 多功能光学升降台；6. 光功率指示仪。
四、实验步骤1. 搭建实验系统，连接各仪器设备；2. 调节可旋转偏振片，观察偏振光的变化；3. 调节旋转台，观察光斑在屏幕上的变化；4. 调节多功能光学升降台，观察光功率指示仪的读数；5. 使用WGD6型光学多道分析器，对半导体激光器的光谱进行测量；6. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 通过调节可旋转偏振片，观察到偏振光的变化，验证了半导体激光器的偏振特性；2. 通过调节旋转台，观察到光斑在屏幕上的变化，验证了半导体激光器的准直特性；3. 通过调节多功能光学升降台，观察到光功率指示仪的读数变化，验证了半导体激光器的功率特性；4. 使用WGD6型光学多道分析器，对半导体激光器的光谱进行测量，得到激光波长、线宽等参数，进一步验证了半导体激光器的光学特性。
激光技术系列实验-实验报告
（1）按装置图连接好实验线路并检查，待检查无误后接通电源。 （2）打开激光器，调整光路是激光准直。 ①首先使激光束从光阑小孔通过，调整扫描干涉仪上下.左右位置，使光束正入射孔中 ②细调干涉仪板架上的两个方位螺丝， 以便使从干涉仪腔镜反射的最高的光点回到光阑 小孔的中心附近，此时表明入射光束和扫描干涉仪的光轴基本重合。 （3）将放大器的接收部位对准扫描干涉仪的输出端。 （4）连接好放大器、锯齿波发生器、示波器的的相应端口，并打开电源开关。 （5）观察使波器上频谱图，进一步细调干涉仪的两个方位螺丝，使谱线尽量强。 （6）分辨共焦腔球面扫描干涉仪的自由光谱区，确定示波器横轴上每 cm 所对应的频率数。 （7）观察多模激光器的模谱，记下波形及光斑图形（可在远场直接观察），同时 ①测出纵模间隔 ②由干涉仪的自由光谱区计算激光器相邻纵模间隔 ，并与理论值相比较 ③测出纵模个数，由纵模个数及相邻纵模间隔计算出激光器工作物质的增益线宽 四、实验结果与分析 1、氦氖激光器功率稳定性的测量 时间 规律 P（mw） 2:26 0.319 2:28 0.341 2:30 0.345 2:32 0.346 2:34 0.348 2:36 0.350
W =1.4826(2ep) D1/2 = 1.7456(2ep)
（2）实验步骤
(5)
如下图所示， 将刀口位于激光光斑边缘位置， 并将功率计置于刀口后面来测量未被刀口挡住 的激光光功率。
实验装置 1 为激光器，2 为装有螺旋测微器的刀口，3 为功率计。 测量此时激光的输出功率 （此时激光全部未进入功率计） 。 缓慢旋转螺旋测微器， 拉出刀口， 每 0.1mm（也可取最小精度 0.02mm）测一对应的激光功率 P，记录在设计的表格中。重复以 上动作，直到光斑全部进入光功率计，即功率计显示最大值，由此建立 P－x 曲线。数据拟 合及处理得出光斑尺寸及基横模的判断结果。 4、激光器的模式分析 He-Ne 激光器、激光电源、小孔光阑、共焦球面扫描干涉仪、锯齿波发生器、放大器、示波 器等。实验装置如下图
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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
I/mA 16 18 20 22 24 26 (五) F-P 激光器光谱图 参数： 电流 I 19.00mA 图片
中心波长/nm 1311.629 1311.639 1311.644 1311.650 1311.659 1311.665
800 700 600 500
400
300 200 100 0 0 2 4 6 8 10
y = 98.191x - 1193.1 R² = 0.9999
12
14
16
18
20
(三) F-P 的 P-I 曲线 调整电流，记录数据表格 3 如下：
表格 3
I(mA) 1 P(uW) 58.450
10
3
图 3
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 4，利用拟合公式求得阈
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半导体激光器
值电流为 12.15mA;斜率效率为 0.098191W/A.
图 4
阈值以上的直线部分
三、 实验总结
本次实验相对于上次较为顺利，但还是出现一些问题： 在记录 DFB 的 P-I 数据时， 一开始我们看到 DFB 屏幕上显示出 1550nm 字 样， 故而测量光功率时选择了 1550nm 档，测完之后发现实验台上的字条 却标明为 1310nm，经与老师确认，DFB 的波长为 1310nm，最后我们又重 新测量了两组数据。这个错误本来可以避免，但是由于我们太心急，没 有看清要求就开始测量，导致做无用功。 在改变温度和电流观察 DFB 的光谱变化特点时， 光谱仪的 span 应该调到 适当的范围， 否则很难区分细小的变化， 我们在测量时， 都调至了 1nm。 还有一个小的问题，就是在使用光功率计测量光功率时，示数不稳定， 总在一个范围内跳动，我们选择了一个中间值进行记录。 最后，还要感谢吕晖老师对我们的一些“友情提示” ，让我们少走了很多 弯路。
800 700 600 500 400 300 200 100 y = 100.84x - 1182.7 R² = 0.9997
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
(二) 改变半导体激光器的温度，测量 DFB 半导体激光器的 P-I 曲线，研究半导体 激光器温度特性。 在温度 t=24.9℃时，记录下数据，表格 2 如下：
7/7
表格 2
I(mA) 1 P(uW) 16.866
10
3
2
60.803
10
3
4
210.03
10
3
6
41.0113
9
1.4468
10
2.1809
11
5.8778
12
11.073
13
81.203
15
281.41
17
479.19
19
669.88
采用直线拟合法对上述数据进行拟合，得到 P-I 曲线图 3 如下：
表格 1
I(mA) 1 P(uW) 17.751
10
3
2
66.009
10
3
4
219.62
10
3
6
525.54
10
3
8
1.1740
9
1.7455
10
2.9510
11
9.5786
12
26.257
13
126.61
15
330.46
17
539.25
19
727.81
采用直线拟合法对上述数据进行拟合，得到 P-I 曲线图 1 如下：
2
149.11
10
3
4
407.64
10
3
6
872.54
10
3
8
1.9906
9
4.5640
10
86.420
11
174.38
12
275.95
13
378.36
15
577.55
17
773.60
19
976.14
采用直线拟合法对上述数据进行拟合，得到 P-I 曲线图 5 如下：
图 5
P(uW)
(四) DFB 光谱变化特点 DFB 激光器光谱图 参数： 温度 t 电流 I 20.1℃ 16.0mA 图片：
中心波长 1311.629nm
功率谱密度 -2.642dBm
固定电流改变温度(I=16mA)
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半导体激光器
表格 4
t/℃ 20 21 22 23 24 25
中心波长/nm 1311.629 1311.706 1311.793 1311.882 1311.968 1312.044
半导体激光器
物理电子学基础实验
半导体激光器
实验报告
姓名： 学号： 班级： 组号：
熊志伟 2012011250 无 21 DD3
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半导体激光器
实验报告：半导体激光器
一、 实验数据整理
(一) 测量 DFB 半导体激光器的 PI 曲线，确定其阈值电流和斜率效率 在温度 t=20.1℃时，记录下数据，表格 1 如下：
1200 1000 800 600 400 200 0 -200 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 6，利用拟合公式求得阈 值电流为 9.19mA;斜率效率为 0.099344W/A.
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半导体激光器
图 6
阈值以上的直线部分
1200 1000 800 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 y = 99.344x - 913.42 R² = 0.9999