光源pi特性曲线实验原理

实验原理: 半导体激光器的模式分为空间模和纵模(轴模)。空间模描述围绕输出光束轴线某处的光强分布,或者是空间几何位置上的光强(或光功率)的分布,也称远场分布纵模则表示一种频谱,它反映所发射的光束其功率在不同频率(或波长)分量上的分布。二者都可能是单模或者出现多个模式(多模)。边发射半导体激光器具有非圆对称的波导结构,而且在垂直于异质结平面方向(称横向)和平行于结平面方向(称侧向)有不同的波导结构和光场限制情况。横向上都是异质结构成的折射率波导,而在侧向目前多是折射率波导,但也可采取增益波导,因此半导体激光器的空间模式又有横模与侧模之分。

VCSEL全称为垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser），是半导体激光器的一种，当前以砷化镓半导体为基础材料的VCSEL居多，发射波长主要为近红外波段。

顾名思义，VCSEL是一种垂直于衬底面射出激光的激光器，有区别于传统的边发射半导体激光器，如F-P激光器(法布里-珀罗激光器)、DFB（分布式反馈激光器）。其可以在衬底上多个方向上排列多个激光器，从而形成并行光源或者面阵光源，是光纤通信或者光感测领域的主要光源之一。

相较于传统的半导体激光器，VCSEL有以下诸多优点：

1）有源层体积极小，从而可以获得极低的工作阈值，如材料工艺发展可期待极低阈值甚至无阈值发光器件；

2）波长和阈值对温度变化相对不太敏感（当然VCSEL本身也属于半导体激光器的一种，也就逃脱不了温度对其影响的宿命，其波长相对于温度变化的温漂系数大约为0.06 nm/℃，相比于F-P激光器的0.3 nm/℃来说已经小很多了。）；

3）腔长量级与波长相近，甚至更小（半波长量级），故纵模间隔较大， 可实现单纵模出射 ；

4）可得到较大的驰豫振荡频率，从而 实现较高的调制频率 ；

5）出射圆形光斑，易于与光纤耦合；

6）封装简易，且 可以形成二维激光阵列 ；

7）预期工作寿命达10万小时及以上。

VCSEL结构一般由上、下布拉格反射镜(DBR)和中间有源区三部分组成，其典型的外延结构如图1所示从下到上依次是衬底、N型接触层、N型DBR、量子阱有源区、P型DBR、P型接触层。示意图如图1所示。

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