環(huán)境溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出功率的影響

何培文

【摘 要】半導(dǎo)體激光器是一種敏感性器件，不僅受自身制造工藝的影響，還受環(huán)境因素的干擾。本文首先利用matlab理論模擬了激光器的輸出功率與環(huán)境溫度的關(guān)系，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，開(kāi)展了不同溫度梯度下對(duì)激光器輸出功率的影響實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證了在一定溫度范圍內(nèi)激光器輸出功率大小與環(huán)境溫度成反向增長(zhǎng)的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體激光器；模擬；溫度；功率

【Abstract】Semiconductor laser is a sensitive device， not only influenced by its manufacturing process， also by environmental factors. first of all， using matlab to simulate the theory of the laser output power with the environment temperature， and then through the construction of the experimental platform， carried out under different temperature gradient's influence on the laser output power. Verified in a certain temperature range laser output power to reverse the growth of the relationship between environment temperature rising.

【Key words】Semiconductor laser； simulate； temperature； power

0 引言

半導(dǎo)體激光器以其壽命長(zhǎng)、體積小、效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、醫(yī)療、通信、精密加工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它是高效率的電子—光子轉(zhuǎn)換器件，但由于存在非輻射復(fù)合損耗、自由載流子吸收等損耗機(jī)制， 使其外微分量子效率只能達(dá)到20%—30%[1]；同時(shí)又是一種比較敏感的器件，每毫安電流的變化會(huì)引起約0.01nm 輸出波長(zhǎng)的漂移，每攝氏度溫度的變化會(huì)引起約0.1nm 輸出波長(zhǎng)的改變[2]；其本身還存在著較多的外部失效因素，包括暗線缺陷、腔面損傷、電極退化、浪涌沖擊、靜電擊穿等，這些失效原因主要與激光器的制造過(guò)程、工藝、材料相關(guān)，用戶無(wú)法控制，與之相比浪涌沖擊、靜電擊穿是用戶應(yīng)該加以關(guān)注的問(wèn)題，應(yīng)用中應(yīng)設(shè)法加以保護(hù)[3]。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果討論

搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并對(duì)半導(dǎo)體激光器實(shí)際輸出功率大小受溫度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，將半導(dǎo)體激光器放置在密閉的封閉空間內(nèi)，并將密閉容器放置在加熱片上。加熱片給密閉容器加熱并通過(guò)溫度監(jiān)視器顯示密閉容器的溫度，半導(dǎo)體激光器的功率可以通過(guò)電源可調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)步驟：首先搭建好實(shí)驗(yàn)裝置，帶完成后打開(kāi)加熱片控制開(kāi)關(guān)對(duì)密閉空間進(jìn)行加熱升溫，并通過(guò)溫度監(jiān)視器（其探頭是溫敏傳感器）實(shí)時(shí)反應(yīng)密閉空間內(nèi)的溫度。當(dāng)密閉空間內(nèi)的溫度上升為25℃時(shí)，通過(guò)功率表記錄下激光器的功率參數(shù)。在對(duì)加熱片進(jìn)行升溫，使密閉空間內(nèi)的溫度升高到35℃時(shí)記錄下第二組數(shù)據(jù)，并以10℃為一個(gè)梯度對(duì)密閉空間進(jìn)行加熱和數(shù)據(jù)記錄，直到溫度達(dá)60℃后得到四組不同溫度梯度下激光器輸出功率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，從復(fù)十次這樣的實(shí)驗(yàn)得出從復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得半導(dǎo)體激光器的輸出功率受環(huán)境溫度的影響非常明顯，隨著溫度的升高激光器的輸出功率在明顯的下降。當(dāng)溫度上升到60℃時(shí)激光器的輸出功率就在4.5mw附近波動(dòng)。處于室溫環(huán)境條件下，激光器正常工作時(shí)的輸出功率在4.75mw左右。

4 總結(jié)

本文首先通過(guò)matblab模擬了激光器輸出功率與環(huán)境溫度間的數(shù)值關(guān)系，得到環(huán)境溫度超過(guò)32℃后激光器的輸出功率呈線性減小。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證了激光器輸出功率隨環(huán)境溫度變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明激光器所處的環(huán)境溫度在45℃到60℃的范圍內(nèi)，溫度越高激光器的輸出功率越小，這給半導(dǎo)體激光器在一定溫度范圍內(nèi)的選型提供一定的參考價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]單成玉.溫度對(duì)半導(dǎo)體激光器性能參數(shù)的影響[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.

[2]任雷.半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)級(jí)溫控系統(tǒng)研究[D].學(xué)位論文.2013，28（6）.

[3]叢夢(mèng)龍，李黎，崔艷松，等.控制半導(dǎo)體激光器的高穩(wěn)定度數(shù)字化驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精密工程，2010， 18（7）：1629-1636.

[4]王威禮，周赫田，朱印康，等.P型鍺中價(jià)帶間躍遷的飽和現(xiàn)象[J].紅外與毫米波學(xué)報(bào)，1986（06）.

[5]邱有恒，應(yīng)陽(yáng)君，王敏，等.光子能量沉積計(jì)算的一種新方法[J].原子核物理評(píng)論，2011（1）：97-102.

[6]段宜武，吳為平，鮑誠(chéng)光，等.少體束縛態(tài)的低能態(tài)和簡(jiǎn)諧振子混合基矢展開(kāi)方法[J].高能物理與核物理，1991（01）：42-45.

[責(zé)任編輯：張濤]