讲座之二-LD参数ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,讲座之二-LD参数ppt课件,讲座之二-LD参数ppt课件,讲座之二-LD参数ppt课件,讲座之二-LD参数ppt课件,讲座之二-LD参数ppt课件,3.3 其它参数,跟踪误差-TE,相对强度噪声-RIN,上升/下降时间t,r,/t,f,载止频率-fc,半导体激光二极管,11/18/2024,6,3.3 其它参数半导体激光二极管 10/7/202,4.参数说明,4.1 I,th,阈值电流,定义：在正向电流注入下，LD开始振荡(开始发,出激光)时所需要的电流,测量I,th,的方法有三：,双斜率法,两条直线延长线交点所对应电流轴的电流,远埸法,用变象管荧屏观察,光谱法,从发射的光谱图上确定,Ith,半导体激光二极管,11/18/2024,7,4.参数说明半导体激光二极管 10/7/202,典型P-I/V-I/I-Im曲线,达到阈值时的必要条件,式中：,i,腔体内部损耗系数,L：LD腔长,R,1,R,2,：LD端面反射系数,半导体激光二极管,11/18/2024,8,典型P-I/V-I/I-Im曲线半导体激光二极管,4.2 I,F,-工作电流,定义：,在规定激光器的输出功率下所对应电,流轴的电流值(I,F,=,I,th,+I),半导体激光二极管,11/18/2024,9,4.2 IF-工作电流半导体激光二极管 10,4.3 V,F,/,V,op,-正向导通电压/正向工作电压,定义：,在正向驱动电流I,F,=1mA时所对应X轴交点处的值即,为,V,F,在正向驱动电流I,F,=I,th,+20mA时所对应X轴交点处的,值即为,V,op,半导体激光二极管,11/18/2024,10,4.3 VF/Vop-正向导通电压/正向工作电压半导体激光,V,F,/,V,OP,:,正向导通电压/正向工作电压,半导体激光二极管,11/18/2024,11,VF/VOP:正向导通电压/正向工作电压半导体激光二极管电,4.4 V,BR,/I,R,-反向击穿电压/反向电流,定义：,在规定的反向电流下所对应于U轴(x轴)的反,向电压值就是V,BR,在规定的反向电压下所对应于I轴(y轴)的电,流就是反向电流I,R,(A),半导体激光二极管,11/18/2024,12,4.4 VBR/IR-反向击穿电压/反向电流半导体激光二极,V,BR,:,反向击穿电压,半导体激光二极管,V,BR,11/18/2024,13,VBR:反向击穿电压半导体激光二极管 VBR10,4.6 R,S,微分串联电阻(单位：),半导体激光二极管,V,I,I-V,P-I,I-I,m,11/18/2024,14,4.6 RS微分串联电阻(单位：)半导体激光二极管电学参,公式表达式为：,从式中可以看出：要想降低Rs，就必须减小V,要想减小V，就必须提高表面浓,度和增加表面接触面积以及提高,表面附着力,半导体激光二极管,11/18/2024,15,公式表达式为：半导体激光二极管,4.7 I,m,:监视电流(单位：A),通过MPD检测到的LD在规定(I,th,+20mA)的光输出功率下，在给定的MPD反向电压(V,b,=5V)时所检测到的LD背向输出光功率的光电流值,作用：在模块应用中执行自动功率控制（APC）,取值：,m,=300800A,半导体激光二极管,11/18/2024,16,4.7 Im:监视电流(单位：A)半导体激光二极管电学参,4.8 I,d,:MPD暗电流(单位为nA),它是指MPD无光照时，在规定的反向电压(V,b,=5V)下所产生的热电流为暗电流。,暗电流与温度呈线性增加，与足够大的反向偏压无关(即：V,b,V,BR,情况)。,半导体激光二极管,11/18/2024,17,4.8 Id:MPD暗电流(单位为nA)半导体激光二极管电,4.9 P,o,：光输出功率(单位：mW),定义：当LD正向偏置时，在规定的工作电流（I,th,+20mA）下所探测到的输出光功率值,半导体激光二极管,P-I,Ith=6.9mA,Po=5.6mW,11/18/2024,18,4.9 Po：光输出功率(单位：mW)半导体激光二极管光学,4.10 P,th,：阈值光输出功率(单位mW),定义：阈值以下自发辐射的光输出功率定义为阈值光输出功率,半导体激光二极管,11/18/2024,19,4.10 Pth：阈值光输出功率(单位mW)半导体激光二极管,4.11,d,：外微分量子效率(单位：mW/mA),定义：阈值以上P-I曲线线性段,d,I/,d,P之比，它是衡量器件把注入的电子-空穴对转换成向外发射光子(输出功率)的效率。,用公式可表示为：,式中：,受激,受激发射的内量子效率,i,腔体内部损耗,L 器件腔长,R器件端面反射,半导体激光二极管,11/18/2024,20,4.11 d：外微分量子效率(单位：mW/mA)半导体激光,4.11,d,：外微分量子效率(单位：mW/mA),i,为内微分量子效率;,i,为腔体损耗;L为激光器腔长;R为腔体端面反射率;为光限制因子;A、B为增益系数;d为有源层厚度。,从式(3)可以看出,要降低J,th,就要减小d和增大,以及增大L。但是,我们从图5中可以看出,要想增大则需要增大d。因而,要同时减小和增大是不可能的。同样,增加L可以降低J,th,但是从式(4)可知,增加L不会使,D,降低,因此对结构参数的选择就需要兼顾Jth 和d,我们取d=1.01.5,L=400500m。,半导体激光二极管,11/18/2024,21,4.11 d：外微分量子效率(单位：mW/mA)半导体激光,d,：外微分量子效率,半导体激光二极管,11/18/2024,22,d：外微分量子效率半导体激光二极管 10,4.12 p/c/,mean,/：峰值波长/中心波长/平,均波长/光谱半宽,定义：,在LD规定的光输出功率下，光谱内若干发射模式中最大强度的光谱波,长被,定义为峰值发射波长,在发射光谱中，连接-3dB最大幅度值线段的中心点所对应的波长,定义为,中心波长,在发射光谱中，将幅度大于峰值2%的所有光谱模式的加权平均值,定义为,平均波长,在LD规定的光输出功率下，主模中心波长的最大峰值功率下降-3dB时的,最大全宽,定义为光谱半宽,。,半导体激光二极管,11/18/2024,23,4.12 p/c/mean/：峰值波长/中,注：,对于F-P LD，ITUT957建议的最大均方根（RMS）定义为光谱宽度,对于DFBLD，ITUT957建议的最大-20dB,宽度为光谱宽度,但是，通常我们是3dB时候来确定光谱宽度,注：ITU-T-国际电信联合会,半导体激光二极管,11/18/2024,24,注：半导体激光二极管 10/7/2,F-P腔光谱曲线图,半导体激光二极管,11/18/2024,25,F-P腔光谱曲线图半导体激光二极管 10/7/2,DFB光谱曲线图,半导体激光二极管,11/18/2024,26,DFB光谱曲线图半导体激光二极管 10/7/20,:LD波长,半导体激光二极管,式中：h普朗克常数：6.626x10,-34,e 电子电荷：1.6x10,-19,c 光速：310,5,Km/s,Eg半导体材料带隙能量(该参数与掺杂有关，如1310nm LD，,In,=0.26mg),p=850nm情况，Eg=1.46eV,p=1310nm情况，Eg=0.95eV,p=1550nm情况，Eg=0.8eV,11/18/2024,27,:LD波长半导体激光二极管 10/7/202,c:中心波长,1：为第一个峰值波长,Ei：为第i个峰值的能量,半导体激光二极管,11/18/2024,28,c:中心波长半导体激光二极管,:平均波长,定义：是指所有光谱模式的加权平均值，把幅射度,大于峰值2%的模式均计入,n,：为第n个波长,P,n,：为第n个波长的功率,半导体激光二极管,11/18/2024,29,:平均波长半导体激光二极管,：光谱半宽(,Full Width at Half Maximum-FWHM,),n:材料介质折射率,从式中可以看出与LD腔长有关,半导体激光二极管,11/18/2024,30,：光谱半宽(Full Width at Half Max,Sigma：光谱半宽(单位：nm),对于FP LD类产品来说，ITU-T-957建议用最大均方根(RMS)宽度定义为光谱宽度。,i,为第,i,个峰值的波长,P,i,为第,i,个峰值的功率,P,o,为所有峰值的功率,半导体激光二极管,11/18/2024,31,Sigma：光谱半宽(单位：nm)半导体激光二极管光学,:光束半宽,:空间光束平行于LD PN结结平面方向最大强度下降3dB时所对,应的全宽度定义为平行发散角,：空间光束垂直于LD P-N结结平面方向最大强度下降3dB时所对,应的全宽度定义为垂直发散角,用公式表示为：,从式中可知：空间光束半宽度与有源层d和有源层宽W有关，d与W赿大，,和,就赿小,半导体激光二极管,11/18/2024,32,:光束半宽半导体激光二极管,:光束空间远埸结构示意图,半导体激光二极管,11/18/2024,33,:光束空间远埸结构示意图半导体激光二极管,4.15 SMSR：边模抑制比(单位：dB),(仅对于DFB LD而言),定义：是指在发射光谱中，在规定的输出光功,率和规定的调制(或CW)时最高光谱强度,与次高光谱强度之比,根据ITU-T-G957要求,SMSR30dB,半导体激光二极管,11/18/2024,34,4.15 SMSR：边模抑制比(单位：dB)半导体激光二极管,SMSR 曲线说明,半导体激光二极管,11/18/2024,35,SMSR 曲线说明半导体激光二极管,4.13 热学参数,4.13.1 LD热阻：R,T,(单位：/W),R,T,定义为加在器件单位电功率所引起的结温升,半导体激光二极管,式中:T,j,结区温度;,T,HS,热沉温度;,P,i,注入电功率;,I,F,正向注入电流;,V,F,正向结压降。,11/18/2024,36,4.13 热学参数半导体激光二极管,从上式可知,只要测量出结温升T,j,和正向注入电流I,F,以及正向结压降V,F,值,就可计算出R,T,值,对结温升Tj 的测量,一般有两种方法:,1)正向压降法,正向压降法,是根据已知的结电压随结温温度变化的关系,测量出结电压的变化来计算结温升。这种方法简单易行,但测量结果误差较大。,2)光谱漂移法,光谱漂移法,是根据已知的萤光峰值波长随结温变化的关系,通过测量峰值波长的变化来计算结温升。这种方法的测量系统较复杂,但好处在于重复好,数据可靠。,这种测量方法,是在大电流下进行的,可以忽略在小电流下的泄漏电流所引起的误差。,半导体激光二极管,11/18/2024,37,从上式可知,只要测量出结温升Tj 和正向,4.13.3 波长与温度的关系：/T(单位：nm/),峰值波长随温度的改变,p,/T：,对F-P-LD，当激光器的温度升高时，有源区的带隙将变窄，同时波导层的有效折射率发生改变，峰值波长将向长波长方向移动。约为0.40.5nm/。,对DFB-LD，激射波长主要由光栅周期和等效折射率决定，温度升高时光栅周期变化很小，所以,p,/T小于0.1nm/。,半导体激光二极管,11/18/2024,38,4.13.3 波长与温度的关系：/T(单位：nm/),4.14 其它参数,4.14.1 Er：跟踪误差(单位：dB),定义：是指在两种不同环境温度下LD的光输出功率的比值，它,是衡量器件(组件)的工作稳定性的重要参数之一。,要求Er1.5dB,T,c,LD管壳温度,P,o,LD输出功率,I,m,MPD监视电流,半导体激光二极管,11/18/2024,39,4.14 其它参数半