[发明专利]工作状态下半导体激光器中电场分布的测量方法及装置

说明书

本发明涉及电场分布的测量技术，具体地说，它涉及工作状态下半导体激光器中电场分布的测量方法及装置。

目前，半导体激光器性能的优劣，通常是同伏安特性、光功率-电流特性和阈值电流密度、模式特性、光谱特性和线宽等来表征。但对半导体激光器而言，其载流子限制特性，即对注入载流子限制能力的强弱，以及注入电流扩展的大小，直接与半导体激光器的量子效率、阈值电流密度、光功率-电流特性、模式和温度特性等密切相关，因此人们设计了各种不同的结构来改善半导体激光器载流子的限制特性。

过去，设计半导体激光器时，有人采用数值分析法，利用计算机模拟出其中的电场分布作为依据。但是假设的模型通常是近似的，条件是理想化的，因此模拟的结果与实际半导体激光器的情况存在差别。对于每一个具体制作的半导体激光器而言，由于工艺重复性的问题，情况更是大相径庭。

由发明人所提出的连续波电光检测技术是一种适用于稳态电场测量的新方法，其测量方法及实验装置是将控制激光准直后，聚焦在具有电场分布的被测样品上，探测激光与电场平行，成纵向电光反射检测方式，把经过样品中电场调制的探测激光偏振的变化，转变为激光强度的变化，再由光电探测器变成电信号，输入锁相放大器读出，通过分束器用光功率计监测探测激光本身强度的变化，以此来归一测得的光电信号，从而减小因光强本身变化引起的误差。用红外摄像仪监控探测激光在样品上的扫描测量位置。该装置是由激光器、准直物镜、1/4波片、聚焦物镜、被测样品、检偏器、分束器、光功率计、光电探测器、锁相放大器、红外摄像仪组成。现已用于一些GaAs波导器件和材料中电场分布的测量研究。但该装置还不能直接用于工作状态下半导体激光器电场分布的测量。以前，人们只是从半导体激光器的伏安、光功率-电流、模式等特性的测量，间接推断其载流子限制和电流扩展的情况。

鉴于上述情况，本发明的目的旨在提出用连续波电光检测技术，直接测量半导体激光器在工作状态下内部电场分布的方法及装置，描绘其内部的电场分布，以确定其载流子限制和电流扩展特性。

本发明依据线性电光效应原理进行测量。本发明的目的是通过下述的方法和装置实现的。

半导体激光器在工作状态下电场分布的测量方法特征是：将聚焦的探测激光在被测半导体激光器芯片的解理面上垂直透射通过芯片，其方向与被测电场方向正交;被测半导体激光器自身发出的激光经分离和/或滤去。

实现上述方法的测量装置特征是：在被测半导体激光器与检偏器之间增设了一个显微镜系统、一个分光和/或滤光装置。使显微镜系统具有较长的工作距离，并可方便地利用红外摄像仪监视被测半导体激光器各个被测量位置;使激光光路中的被测半导体激光器自身发出的激光被分离和/或滤去，只让探测激光通过。给被测半导体全激光器设置了一个可调偏置电流源。它包括可调正向直流偏置和叠加在正向直流偏置上的一个可调低频交流偏置，使被测半导体激光器达到阈值之上以及使上述可调低频交流偏置信号同时分路供给锁相放大器。使被测半导体激光器处于工作状态，形成稳态电场分布;低频交流偏置信号分路输出是为了保证锁相放大器协调工作。

利用连续波电光检测技术测量半导体激光器中的电场分布，确定其载流子限制电流扩展特性，为半导体激光器的设计和制作提供依据和监控。该方法及装置具有对被测半导体激光器不接触、非破坏、无干扰;对电场分布测量的空间分辨率和灵敏度均高;测量装置简单、投资少等优点。

图1是本发明的原理示意图。

图2是探测激光垂直透射被测半导体激光器芯片解理面的示意图。

图3是可调偏置电流源的方框图。

图4是测得的电场分布曲线。

下面将结合各附图详细描述本发明最佳实施方案。