Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО “Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)”

Малышев С.А., Чиж А.Л., Василевский Ю.Г., Гришанов В.А., Ерошенко М.Н., Манего С.А.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу “Оптоэлектроника” для студентов специальности “Микроэлектроника”

Новочеркасск 2007

Содержание

Введение 3

1. Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах” 4

2. Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик p-i-n фотодиода” 16

3. Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-i-n фотодиода” 28

4. Лабораторная работа “Измерение фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода” 38

5. Лабораторная работа “Измерение токовой характеристики силы излучения светодиода” 46

6. Оценка погрешностей результатов измерений 58

Литература 65

Введение

Оптоэлектроника – это научное направление, изучающее физические принципы управления оптическими и электронными процессами в различных материальных средах с целью передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации. Оптоэлектроника изучает взаимное преобразование электрических и оптических сигналов в веществе, на основе чего создаются элементы и устройства обработки информации – приборы, в которых основные физические процессы протекают с участием фотонов: инжекционные лазеры, фотодиоды, светодиоды, оптроны. В настоящее время оптоэлектронные приборы применяются в волоконно-оптических системах связи, в системах дистанционного управления теле- и радиоаппаратурой, в системах автоматизации и измерительной технике для коммутации электрических сигналов и развязки электронных узлов, в осветительной технике, в измерительной технике и бытовой электронике для индикации и отображения информации. В данном лабораторном практикуме рассматриваются следующие оптоэлектронные приборы:

• инжекционный квантоворазмерный InGaAsP/InP лазер с распределенной обратной связью, работающий на длине волны 1550 нм, для различных волоконно-оптических систем;

• InGaAs/InP p-i-nфотодиод, работающий в спектральном диапазоне 8001700 нм, для различных волоконно-оптических систем;

• InGaAs/InP лавинный фотодиод, работающий в спектральном диапазоне 8001700 нм, для волоконно-оптических линий связи;

• квантоворазмерный GaAlAs сверхяркий светодиод, работающий на длине волны 660 нм (красный цвет), для индикации и отображения информациив измерительной технике и бытовой электронике.

Данный лабораторный практикум направлен на развитие у студентов знаний о принципах функционирования, конструкциях и характеристиках современных полупроводниковых оптоэлектронных приборов и навыков работы с ними. Практикум представляет собой цикл лабораторных работ по измерению ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах, фотоэлектрических и частотных характеристик p-i-nфотодиода, фотоэлектрических характеристик лавинного фотодиода, а также токовой характеристики силы излучения светодиода.

При составлении лабораторного практикума авторы полагали, что студенты знакомы с физикой работы полупроводниковых оптоэлектронных приборов, поэтому при изложении теоретической части приводились лишь основные физические явления и принципы, лежащие в основе работы того или иного оптоэлектронного прибора. Желающие более подробно изучить конструктивные особенности полупроводниковых оптоэлектронных приборов могут обратиться к научной литературе, список которой приведен в конце лабораторного практикума. Также в конце лабораторного практикума приведены краткие сведения из теории измерений, необходимые для оценки погрешности результатов измерений.

1. Лабораторная работа “Измерение ватт-амперных характеристик инжекционного лазера при различных температурах”

1. Задачи лабораторной работы

Измерить ватт-амперную характеристику инжекционного лазера при различных температурах, построить зависимость порогового тока и крутизны ватт-амперной характеристики от температуры.

2. Основные характеристики и параметры инжекционных лазеров

Излучение инжекционного лазера в режиме непрерывной генерации описывается спектральной характеристикой, диаграммой направленности и ватт-амперной характеристикой.

1. Спектральная характеристикаотражает зависимость спектральной плотности мощности излучения инжекционного лазера от длины волны (Рис. 2.2.).

Центральная длина волны излучения₀– длина волны, соответствующая максимальной спектральной плотности мощности излучения инжекционного лазера.

Ширина спектра излучения_1/2– интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности излучения инжекционного лазера составляет не менее половины максимальной.