環境溫度對半導體激光器輸出功率的影響

何培文

【摘 要】半導體激光器是一種敏感性器件，不僅受自身制造工藝的影響，還受環境因素的干擾。本文首先利用matlab理論模擬了激光器的輸出功率與環境溫度的關系，同時通過實驗平臺的搭建，開展了不同溫度梯度下對激光器輸出功率的影響實驗。驗證了在一定溫度范圍內激光器輸出功率大小與環境溫度成反向增長的關系。

【關鍵詞】半導體激光器；模擬；溫度；功率

【Abstract】Semiconductor laser is a sensitive device， not only influenced by its manufacturing process， also by environmental factors. first of all， using matlab to simulate the theory of the laser output power with the environment temperature， and then through the construction of the experimental platform， carried out under different temperature gradient's influence on the laser output power. Verified in a certain temperature range laser output power to reverse the growth of the relationship between environment temperature rising.

【Key words】Semiconductor laser； simulate； temperature； power

0 引言

半導體激光器以其壽命長、體積小、效率高、價格低廉等優點，在軍事、醫療、通信、精密加工等領域得到廣泛的應用。它是高效率的電子—光子轉換器件，但由于存在非輻射復合損耗、自由載流子吸收等損耗機制， 使其外微分量子效率只能達到20%—30%[1]；同時又是一種比較敏感的器件，每毫安電流的變化會引起約0.01nm 輸出波長的漂移，每攝氏度溫度的變化會引起約0.1nm 輸出波長的改變[2]；其本身還存在著較多的外部失效因素，包括暗線缺陷、腔面損傷、電極退化、浪涌沖擊、靜電擊穿等，這些失效原因主要與激光器的制造過程、工藝、材料相關，用戶無法控制，與之相比浪涌沖擊、靜電擊穿是用戶應該加以關注的問題，應用中應設法加以保護[3]。

3 實驗與結果討論

搭建了實驗平臺并對半導體激光器實際輸出功率大小受溫度的影響進行了實驗，將半導體激光器放置在密閉的封閉空間內，并將密閉容器放置在加熱片上。加熱片給密閉容器加熱并通過溫度監視器顯示密閉容器的溫度，半導體激光器的功率可以通過電源可調開關進行調節。

實驗步驟：首先搭建好實驗裝置，帶完成后打開加熱片控制開關對密閉空間進行加熱升溫，并通過溫度監視器（其探頭是溫敏傳感器）實時反應密閉空間內的溫度。當密閉空間內的溫度上升為25℃時，通過功率表記錄下激光器的功率參數。在對加熱片進行升溫，使密閉空間內的溫度升高到35℃時記錄下第二組數據，并以10℃為一個梯度對密閉空間進行加熱和數據記錄，直到溫度達60℃后得到四組不同溫度梯度下激光器輸出功率的實驗數據。在此基礎上，從復十次這樣的實驗得出從復實驗數據。

由實驗數據可得半導體激光器的輸出功率受環境溫度的影響非常明顯，隨著溫度的升高激光器的輸出功率在明顯的下降。當溫度上升到60℃時激光器的輸出功率就在4.5mw附近波動。處于室溫環境條件下，激光器正常工作時的輸出功率在4.75mw左右。

4 總結

本文首先通過matblab模擬了激光器輸出功率與環境溫度間的數值關系，得到環境溫度超過32℃后激光器的輸出功率呈線性減小。在數值模擬的基礎上搭建了實驗平臺驗證了激光器輸出功率隨環境溫度變化的關系。實驗結果表明激光器所處的環境溫度在45℃到60℃的范圍內，溫度越高激光器的輸出功率越小，這給半導體激光器在一定溫度范圍內的選型提供一定的參考價值。

【參考文獻】

[1]單成玉.溫度對半導體激光器性能參數的影響[J].吉林師范大學學報（自然科學版）.

[2]任雷.半導體激光器驅動級溫控系統研究[D].學位論文.2013，28（6）.

[3]叢夢龍，李黎，崔艷松，等.控制半導體激光器的高穩定度數字化驅動電源的設計[J].光學精密工程，2010， 18（7）：1629-1636.

[4]王威禮，周赫田，朱印康，等.P型鍺中價帶間躍遷的飽和現象[J].紅外與毫米波學報，1986（06）.

[5]邱有恒，應陽君，王敏，等.光子能量沉積計算的一種新方法[J].原子核物理評論，2011（1）：97-102.

[6]段宜武，吳為平，鮑誠光，等.少體束縛態的低能態和簡諧振子混合基矢展開方法[J].高能物理與核物理，1991（01）：42-45.

[責任編輯：張濤]