測量激光器內量子效率和內損耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種通過外部光反饋裝置改變有效反射率來測量激光器內量子效率和內損耗的方法，包括以下步驟：S1：在激光器光路上設置一外部光反饋裝置；S2：將激光器的腔面與外部光反饋裝置的鏡面等效為一個等效腔面；通過改變外部光反饋裝置的反射率來調節(jié)反饋強度，改變激光器自身的輸出功率；S3：測量不同反饋強度下激光器的電流-功率關系，得到多條I-P曲線；S4：由所述I-P曲線計算出各反饋強度下的外微分量子效率；S5：通過外微分量子效率與外部光反饋裝置的反射率的函數關系擬合出激光器的內量子效率和內損耗。本發(fā)明具有只需要測試一個激光器的特點，從而消除了多個激光器測量帶來的離散誤差，同時帶來方便、快捷、成本低、可靠性高的優(yōu)點。
【專利說明】測量激光器內量子效率和內損耗的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導體光電技術和光學工程領域，涉及一種測量激光器內量子效率和 內損耗的方法。
【背景技術】
[0002] 半導體激光器自1962年誕生以來，器件性能得到快速提高，早已在許多領域得到 廣泛應用，比如光纖通信、激光器加工、激光醫(yī)療、光譜學等。從市場銷售數量來看，半導 體激光器的售出數量遠遠大于其他種類激光器售出數量的總和。在半導體激光器的發(fā)展 過程中，其波導結構和有源區(qū)的研究改進是提高半導體激光器性能的關鍵（"High Power Semiconductor Lasers for Deep Space Communications,，'TDA Progress Report42_63, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. , pp. 40-50, Junel5, 1981)。比如作為激光器發(fā) 光區(qū)的有源區(qū)就經歷了體材料、異質結材料、量子阱和量子點材料的發(fā)展歷程。無論半導體 激光器的有源區(qū)采用何種材料，表征有源區(qū)材料性能的基本物理量就是其發(fā)光效率，也稱 為半導體激光器的內量子效率。另外一個和半導體激光器發(fā)光增益相對應的物理量是光損 耗，它包含兩個部分：激光器內部損耗和腔面損耗，其中激光器內部損耗是表征激光器有源 區(qū)和光波導材料結構性能的基本物理量。所以在半導體激光器的研發(fā)中，必須對內量子效 率和內損耗這兩個基本物理量進行測量，然后將測量結果反饋到激光器材料和結構的設計 中，通過改變材料和結構來提高內量子效率、降低內部損耗，從而提高器件性能。因此，對于 半導體激光器內量子效率和內部損耗的快速、便捷、準確的測量方法在半導體激光器的研 發(fā)和生產中具有十分重要的意義。
[0003] 現有測量激光器內量子效率和內損耗的方法是先采用工藝解理成多個不同腔長 的激光器，再測量各個激光器的電流-功率（ι-ρ)曲線，對其微分求導從而得到腔長與外微 分量子效率的關系圖，再由相應公式進行擬合得到該半導體材料的內量子效率和內損耗。 該方法對工藝制備要求較高，需要多種腔長的激光器，而且外延片不同區(qū)域的材料性能也 不盡相同，對各個激光器的測量也不能保證外界環(huán)境和光路的完全一致，致使其操作復雜、 誤差較大，而且成本和時間也消耗較多。因此，開發(fā)新型的測量技術具有重要意義。
【發(fā)明內容】
[0004] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種測量激光器內量子效 率和內損耗的方法，用于解決現有技術中的測量方法操作復雜、誤差較大，而且成本和時間 也消耗較多的問題。
[0005] 為實現上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種測量激光器內量子效率和內損 耗的方法，至少包括以下步驟：
[0006] S1 :提供一半導體激光器，在所述半導體激光器光路上設置一外部光反饋裝置；
[0007] S2:將所述半導體激光器的腔面與所述外部光反饋裝置的鏡面等效為一個等效腔 面；通過改變所述外部光反饋裝置的反射率來調節(jié)反饋強度，從而改變所述等效腔面的反 射率及所述半導體激光器自身的輸出功率；
[0008] S3:測量不同反饋強度下所述半導體激光器的電流-功率關系，得到多條斜率不 同的Ι-P曲線；
[0009] S4 :由所述Ι-P曲線計算出各反饋強度下的外微分量子效率；
[0010] S5:通過所述外微分量子效率與所述外部光反饋裝置的反射率的函數關系擬合出 所述激光器的內量子效率和內損耗。
[0011] 可選地，所述外部光反饋裝置為數字微鏡器件。
[0012] 可選地，所述數字微鏡器件由若干微鏡組成矩形陣列，通過改變翻轉微鏡的數量 來改變其反射率。
[0013] 可選地，于所述步驟S2中，所述等效腔面的反射率通過等效反射率公式得到，所 述等效反射率公式為：
【權利要求】
1. 一種測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于，至少包括以下步驟： 51 :提供一半導體激光器，在所述半導體激光器光路上設置一外部光反饋裝置； 52 :將所述半導體激光器的腔面與所述外部光反饋裝置的鏡面等效為一個等效腔面； 通過改變所述外部光反饋裝置的反射率來調節(jié)反饋強度，從而改變所述等效腔面的反射率 及所述半導體激光器自身的輸出功率； S3:測量不同反饋強度下所述半導體激光器的電流-功率關系，得到多條斜率不同的 Ι-P曲線； 54 :由所述Ι-P曲線計算出各反饋強度下的外微分量子效率； 55 :通過所述外微分量子效率與所述外部光反饋裝置的反射率的函數關系擬合出所述 激光器的內量子效率和內損耗。
2. 根據權利要求1所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：所述 外部光反饋裝置為數字微鏡器件。
3. 根據權利要求2所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：所述 數字微鏡器件由若干微鏡組成矩形陣列，通過改變翻轉微鏡的數量來改變其反射率。
4. 根據權利要求1所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：于所 述步驟S2中，所述等效腔面的反射率通過等效反射率公式得到，所述等效反射率公式為：
*其中，rrff為等效腔面的反射率；r 2為半導體激光器腔面的反射率； rd為外部光反饋裝置的反射率；L為半導體激光器腔面到外部光反饋裝置的距離；β為相 位因子，大小為'
，其中λ為半導體激光器的中心波長，η為空氣介質的折射率；t 為透射系數，大小為
.其中η'為半導體激光器有源區(qū)的折射率，η為空氣介質的折 射率。
5. 根據權利要求4所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：所述 外部光反饋裝置的反射率rd通過使用外部光學裝置測量得到。
6. 根據權利要求4所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：于所 述步驟S4中，由所述Ι-P曲線計算出各反饋強度下的外微分量子效率的方法為：對所述 Ι-P曲線求微分并代入公式
， 其中，nd為外微分量子效率，e為電子電量，h為普朗克常數，v為光波頻率，P為半導體激 光器總的出光功率，Pi為半導體激光器的單面出光功率，^為半導體激光器的腔面反射率， reff為等效腔面的反射率。
7. 根據權利要求4所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：于所 述步驟S5中，所述外微分量子效率與所述外部光反饋裝置的反射率的函數關系公式為：
其中，nd為外微分量子效率； L為內量子效率；1為半導體激光器的腔長；L為半導體激光器腔面到外部光反饋裝置的 距離；a i為半導體激光器的內損耗；reff為等效腔面的反射率。
8. 根據權利要求1所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：所述 半導體激光器為雙面出光的F-P腔半導體激光器。
9. 根據權利要求8所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：于所 述步驟S3中，測量不同反饋強度下所述半導體激光器的電流-功率關系時，將所述半導體 激光器固定在熱沉上，激光器前后兩個腔面分別用透鏡準直成平行光，其中一個透鏡將激 光耦合進功率計，另一個透鏡將激光入射至所述外部光反饋裝置。
10. 根據權利要求1所述的測量激光器內量子效率和內損耗的方法，其特征在于：所述 半導體激光器為GaAs基量子點激光器。
【文檔編號】G01M11/02GK104062575SQ201410307562
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】汪洋, 龔謙, 柳慶博, 曹春芳, 成若海, 嚴進一, 李耀耀 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所