实验规则注意事项预习要求_0(20210501190839)

1、实验规则注意事项预习要求实验报告课程名称：光电子实验指导老师：闻春敖成绩：实验名称：半导体激光器输出近远场分布的测量 实验类型： 综合同组学生姓名：一、实验目的1、掌握半导体激光器波导腔的工作原理及特 点。2 、掌握用光线传输矩阵法分析光在光学系统中的传输。3、掌握用CCD进行LD近远场分布测量的原理及方法；了解半 导体激光器的远场光强分布特点；并能进行几何成像变换设计及测量4、熟悉用计算机进行视频图像采集、图像数据转换及数据处理。二. 激光二极管近远场光强分布半导体激光器的近场分布是指LD发光面上的辐射强度分布，即反映 P-N结上光强的分布；而远场 分布则是指远离激光器无穷远处的辐射强度分布

2、（光强与角度的分 布）。远场分布是近场分布的富氏（Fourier ）变换。半导体激光器的模式分为空间模和纵模（轴模）。前者描述围绕输出光束轴线某处光强分布，或者是空间几何位置 上的光强（或者光功率）的分布，也称为远场分布；后者则表示是一 种频谱，它反映所发射的激光其功率在不同频率（或者波长）分量上 的分布。如图5-1表示了这两种空间模式。三、实验原理3. .1半导体激光器远场分布的测量 在高斯光 学中，近轴对称光学系统从点（r 1 , 1）传输到点（r 2, 2）可用光线传输ABCD矩阵来计算：式中：T 为光学变换矩阵，ABCD是 T的元素，r是光线离开光轴的垂 直距离，是光线传播方向与光轴的

3、夹角。由此，激光的远场分布即无穷远处光强的角度分布可通过测量后焦面上光强的距离（离专业:光电信息工程姓名：刘斌学号：3090101651日期：2019.5地点：教三5楼开光轴的距离）分布来获得，从而得到光束的发散角。由于激光束总是发散的，到无穷远处（离开光源较远的距离）光 斑一般已比较大，因此难以用 CCD来检测。而通过透镜变换，可根据激光器发散角的大小，选择合适的透镜 焦距，即可用CCD进行二维检测，可方便做到快速、实时、准确测7 / 7最新资料推荐量。因此该方法得到了广泛的应用。通常我们把透镜的后焦面也称为富氏（Fourier ）平面。更实用的远场分布测量系统是：用第二个透镜将第一个透镜后

4、焦面上的远场像成像到CCD像面上。只要选择合适的透镜焦距及放置位置，即可很方便地实现远场像 的放大或缩小，达到与CCD像面尺寸相匹配。这时CCD像面上的像称为激光束的伪远场。测量的具体光路图如图5-3所示。3.2半导体激光器远场分布的测量 对半导体激光器的近场分布CCD测量，即要把发光面的光强分布成像到 CCD靶面上来进行。由于LD发光面尺寸非常小，在快轴方向只有 1微米，要放大到 毫米量级非常困难。同样也只考虑慢轴方向，即尺寸大约为50微米，成像放大倍数m 大概在30以上，才能与CCD像面相匹配。考虑到实验平板的长度限制，可采用如图5-4所示的实验光路图。四、实验器材半导体激光器、半导体激光

5、器驱动电源、三块 柱面透镜、黑白高分辨率 CCD摄像机、细丝框、刻槽板、直尺、激 光显示片、衰减片、监视器、计算机（含视频卡）五、实验步骤半导体激光器慢轴方向的远场分布测量 1、根据参考的光路计算选择一组合适的柱面透镜，并固定在镜架上柱面透镜只对慢轴方向起作用，固定时1）请注意柱透镜方向；2） 要固定在架子的中心；3）柱面透镜不能倾斜。2. 按图5-3安排各个光学元件，在安放之前，先估算光路，再 利用直尺将各光学件放置在相应的位置。半导体激光器放置在透镜F 1的前焦面，参考屏放置在F 1的后 焦面上，为防止损坏CCD在透镜F 2后放置滤光片，同时滤光片应 尽量靠近CCD以遮挡环境杂光。具体步骤

6、是：（1）根据CCD感光面大小，计算光路参数，使得成像大小与 感光面大小匹配。（2）调节F1透镜的支架高度，正面观察，使得激光出射窗口 中心通过透镜中心。（3） 将柱面透镜F1放入光路，用直尺测量使 F1与激光器的 距离约为其焦距f1。（4）按安全步骤打开半导体激光器，同时不发生 LD保护窗口 结露现象。（5）利用激光显示片，细微调整F1前后位置，直到慢轴方向 光束宽度大小基本不变。（6）同样利用直尺将参考物（细丝框）放置于透镜 F1的后焦 面上，并固定。最新资料推荐（7） 保证F2的中心在F1中心与LD中心组成的直线上，CCD 前放置衰减片。（8）调整CCD的前后位置，直到在监视器上看到参考

7、物（细丝） 所成的清晰像。（9）将电流调整到600mA观察监视器上光斑宽度所占比例， 一般取3/4比较适宜。（10） 如果不合适，改变F 2的前后位置，重复（8），（ 9）。3 .将电流调整到阈值附近，将细丝标定物换为刻槽宽度为3mm的尺寸标定物。4 .利用计算机桌面上的软件AverCap.exe （使用方法见实验一） 采集刻槽图像。5 .去掉刻槽尺寸标定物，本实验所用激光器阈值电流为120mA- 130mA不同激光器 阈值不同），最大允许电流为620mA采集1.5倍、 2倍、3倍、4倍阈值电流条件 下远场分布的图像，存储于计算机 中。6 .利用origin 6.0数据处理软件对采集的数据进行

8、处理（略）。六、测量结果及分析1、确定CCD象素与LD输出光束角度 的转换关系 不同情况下测得的图像测量：刻槽 为 注入电流为180mA时：为注入电流为240mA时：为注入电流为360mA时：为注入电流为480mA时：为注入电流为600mA时：a)标准刻槽电流(mA左极值点像素值右极值点像素值角度/像素 120 348 666 0.0135 k= 角度/象素= (3mm/4cm)*180/pi/(666-348)= 0.0135 b)远场发散角 0 的确定 电流(mA左极大值点像素值右极大值点像素值平均像象素值360174 706 440像素数I与发散角的转换关系二0.0135T 。2 .半导

9、体激光器远场分布测量电流(mA左极值点像素值 右极值点像素值 远场发散角180 -1.053 2.619 3.672 240 -2.2952.889 5.184 360-3.699 2.822 6.521 480 -3.8073.011 6.818600 -3.834 3.092 6.926七、思考题1、如何调整光路使之等高同轴？答：首先将几个仪器摆放在一起并粗略调整下整个系统的高度，之后通过透镜的反射光斑与激光器出射口重合来调整这两个器件的相对位置；所有透镜类的仪器都可以通过这种反射光斑位置重合的方法来 判定。这种方法不仅可以调整高度，也可以使得所有镜片处于同轴状态。最后食用减光片和CCD接收装置对前半部分光学系统进行成像观察，令像斑处于CCD接收平面的中央位置。如果平面斑过大或者过小，可以通过调整放大透镜的相对位置进行调整。通过以上方法可以较为系统地对整个光路进行等高同轴调节最新资料推荐2、远场测量光路估算，如何安排透镜次序，使的系统安置合理，成像清晰？ 答：对于任意一种半导体激光器其本身存在一定的发散角，而为了更 好的使得CCD勺