半导体激光器的特性测量
概述
半导体激光器特性的测量可以被分成5大类，如表1所示：
表1半导体激光器特性测量的五大类 | |
电性能 | 测量光输出，压降以及PD的监测电流，还有对这些测量数据的衍生分析。 |
空间性 | 近场和远场的光强分布。 |
光谱特性 | 通过光谱数据计算光谱宽度和中心波长。 |
光学性能 | 测量光的发散以及波前畸变。 |
动态性能 | 测量噪声，互调失真，上升时间，下降时间，以及啁啾等。 |
本文主要讲述半导体激光器的电性能。
L/I性能曲线
L/I曲线是半导体激光器最chang见的特性。 它表明了输出光功率随加载在半导体激光器上电流变化的关系。这个曲线通常用来决定激光器的工作点（额定功率对应的工作电流）以及阈值电流（激光器开始工作的电流）。
从图1可以看出，半导体激光器的阈值电流受工作温度的强烈影响。通常来说，阈值电流会随温度变化成指数增长。
图1 连续光模式下的L/I曲线
半导体激光器的效率也可以从L/I曲线中导出，通常称之为斜率效率，其单位为mW/mA。虽然表面看起来，激光器效率不像阈值电流受温度影响有较大的平移，但其确实随着温度的升高而降低。激光器效率在25℃时大约为0.3 mW/mA，温度每升高10℃效率会降低0.01 mW/mA。
脉冲模式下L/I曲线
L/I性能曲线也可以通过低占空比的脉冲模式得到。图2对比了连续光模式和脉冲模式下对阈值电流以及效率的影响。
图2 连续光和脉冲模式下的L/I特性对比
从图2可以看出，相对于脉冲模式，在连续光模式下，阈值电流增加而斜率效率降低，这主要是由于激光器温度的升高所导致的。温度的升高是由于器件内部热阻所引起的，随功率升高的趋势大约为40到 80°C/W。通常来说，脉冲模式测量使用的脉宽大约为100到 500 ns，占空比小于1%。
连续光和脉冲模式下L/I特性的巨大差异说明内部电气连接有问题或者PN结之间有漏电，同时也证明激光器的质量存在一定问题。
阈值电流计算
至今没有一个统一的方法来计算阈值电流。表2提供了4种常见的方法来对阈值电流进行计算。这四种方法都可以使用，但二阶导数法使用范围最guang，两段拟合法，一阶导数法和二阶导数法都是根据Telcordia的标准GB-468-CORE和GR-3010-CORE得出的，而线性拟合法没有得到Telcordia的认定。
表2 四种计算阈值电流的方法 | |
线性拟合法 | L/I曲线拟合与X轴的交点（图3A） |
两段拟合法 | 两段L/I曲线拟合的交点（图3B） |
一级导数法 | dL/dI曲线最大值的一半（图3C） |
二级导数法 | d2L/dI2曲线的最大值（图3D） |
图3 四种计算阈值电流的方法
V/I特性
半导体激光器的压降通常是在电性能特性测量中得到。这个特性类似于其他半导体器件的模拟特性，不随温度的变化而变化，如图4所示。一般来讲，激光器工作在额定功率情况下，其压降大约为1.5V。
注意：在半导体激光器上加载大的反向偏置电流是很危险的事情。即使在最极端的应用中，一般也必须保证反向电流不超过10µA。
图4V/I特性曲线
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