半导体激光特性的研究

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1、实验六半导体激光光谱特性的研究一、实验目的了解半导体激光器的主要光学特性和光谱测量的基本方法；了解光栅光谱仪的工作原理，并掌握操作方法。二、实验原理2.1实验装置光谱仪是指利用折射或衍射产牛色散的一类光谱测量仪辭。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜Ml、光栅G、聚焦球面反射镜M2,物镜M3以及输出狭缝S2构成。S3S2Ml反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3CCD接收图1光谱仪光学原理图WGD-6型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大

2、器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图1。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0—加m连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝SI,S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3±o仪器的入射狭缝和出射狭缝均为直狭缝，宽度范围()~2mi】i连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小。毎旋转一周狭缝宽度变化0.5mm,最大调节宽度为2ninio为延长使用寿命，狭缝宽度调节时应注意最大不要超过2mm。仪器测量

3、完毕或平常不使用时，狭缝最好调节到0.1mm至0.5mm左右。衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。它是在一块平整的玻璃或金属材料表面(可以是平面或凹面)刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间距d称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差A5=d(sin°±sin0),Q为入射角，“为衍射角，则可导出光栅方程：J(sin<7±sin(3)=mA光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d联系起来，2为入射光波长，m为衍

4、射级次，取0,±1,±2,・••等整数。式中的“士”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射*=光栅方程变为dsin[3=m2。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出：d/3_md几dcos0复色入射光进入狭缝SI后，经M2变成复色平行光照射到光栅G上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度岀射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后而的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G安装在一个转台上，当光栅旋转吋，就将不同波长的光信号依

5、次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度(不同的角度代表不同的波长)时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪。在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系：.2dA=—cos妙sin〃m其中，〃为光栅的旋转角度，妙为入射角和衍射角之和的一半，对给定的单色仪来说0为一常数。转台光栅衍肘光n入射光图2光栅转动系统示意图2.2电子系统电子系统由电源系统、接收系统、信号放大系统、A/D转换系统和光源系统等部分组成。电源系统为仪器提供所需的工作电压；接

6、受系统将光信号转换成电信号；信号放大器系统包括前置放大器和放大器两个部分；A/D转换系统将模拟信号转换成数字信号，以便计算机进行处理。2.3软件系统WGD-6组合式多功能光栅光谱仪的控制和光谱数据处理操作均由计算机来完成。软件系统主要功能有：仪器系统复位、光谱扫描、各种动作控制、测量参数设置、光谱采集、光谱数据文件管理、光谱数据的计算等。WGD-6组合式多功能光栅光谱仪器系统操作软件根据型号不同和接收仪器不的同配有倍增管（PMT）操作系统和CCD操作系统。每一系统均可采用快捷键和下拉菜单来进行仪器操作。三、实验设备与器件1.WGD-6多功能光栅光谱仪；2•计算机

7、；3.半导体激光器及可调电源；4•低压汞灯四、实验内容与步骤第一部分：通过汞灯对WGD-6光栅光谱仪手动定标；1、打开实验仪器的电源，计算机中打开相对应的“WGD-6CCD系统”软件；2、适当调节狭缝的宽度，要求使狭缝宽在0-2晌范围内，不能过0和2,以免损坏仪器;3、打开汞灯灯预热20分钟,汞灯三条特别明显的谱线波长分别为：546.lnm,577.OOnm和579.10nm；4、在未开启任何光源前先对背景光进行采集，为接下來实验做好准备；5、使汞灯光灯耦合在光谱仪的入射狭缝上，将扫描范围设置成550nm-650nm,工作模式设置位能量，负高压为3,增益为2,点

8、击扫描键，开始扫描。扫描