[发明专利]测量激光器内量子效率和内损耗的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电技术和光学工程领域，涉及一种测量激光器内量子效率和内损耗的方法。

背景技术

半导体激光器自1962年诞生以来，器件性能得到快速提高，早已在许多领域得到广泛应用，比如光纤通信、激光器加工、激光医疗、光谱学等。从市场销售数量来看，半导体激光器的售出数量远远大于其他种类激光器售出数量的总和。在半导体激光器的发展过程中，其波导结构和有源区的研究改进是提高半导体激光器性能的关键(“High Power Semiconductor Lasers for Deep Space Communications,”TDA Progress Report42-63,Jet Propulsion Laboratory,Pasadena,Calif.,pp.40-50,June15,1981)。比如作为激光器发光区的有源区就经历了体材料、异质结材料、量子阱和量子点材料的发展历程。无论半导体激光器的有源区采用何种材料，表征有源区材料性能的基本物理量就是其发光效率，也称为半导体激光器的内量子效率。另外一个和半导体激光器发光增益相对应的物理量是光损耗，它包含两个部分：激光器内部损耗和腔面损耗，其中激光器内部损耗是表征激光器有源区和光波导材料结构性能的基本物理量。所以在半导体激光器的研发中，必须对内量子效率和内损耗这两个基本物理量进行测量，然后将测量结果反馈到激光器材料和结构的设计中，通过改变材料和结构来提高内量子效率、降低内部损耗，从而提高器件性能。因此，对于半导体激光器内量子效率和内部损耗的快速、便捷、准确的测量方法在半导体激光器的研发和生产中具有十分重要的意义。

现有测量激光器内量子效率和内损耗的方法是先采用工艺解理成多个不同腔长的激光器，再测量各个激光器的电流-功率(I-P)曲线，对其微分求导从而得到腔长与外微分量子效率的关系图，再由相应公式进行拟合得到该半导体材料的内量子效率和内损耗。该方法对工艺制备要求较高，需要多种腔长的激光器，而且外延片不同区域的材料性能也不尽相同，对各个激光器的测量也不能保证外界环境和光路的完全一致，致使其操作复杂、误差较大，而且成本和时间也消耗较多。因此，开发新型的测量技术具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测量激光器内量子效率和内损耗的方法，用于解决现有技术中的测量方法操作复杂、误差较大，而且成本和时间也消耗较多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测量激光器内量子效率和内损耗的方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一半导体激光器，在所述半导体激光器光路上设置一外部光反馈装置；

S2：将所述半导体激光器的腔面与所述外部光反馈装置的镜面等效为一个等效腔面；通过改变所述外部光反馈装置的反射率来调节反馈强度，从而改变所述等效腔面的反射率及所述半导体激光器自身的输出功率；

S3：测量不同反馈强度下所述半导体激光器的电流-功率关系，得到多条斜率不同的I-P曲线；

S4：由所述I-P曲线计算出各反馈强度下的外微分量子效率；

S5：通过所述外微分量子效率与所述外部光反馈装置的反射率的函数关系拟合出所述激光器的内量子效率和内损耗。

可选地，所述外部光反馈装置为数字微镜器件。

可选地，所述数字微镜器件由若干微镜组成矩形阵列，通过改变翻转微镜的数量来改变其反射率。

可选地，于所述步骤S2中，所述等效腔面的反射率通过等效反射率公式得到，所述等效反射率公式为：其中，r_eff为等效腔面的反射率；r₂为半导体激光器腔面的反射率；r_d为外部光反馈装置的反射率；L为半导体激光器腔面到外部光反馈装置的距离；β为相位因子，大小为其中λ为半导体激光器的中心波长，n为空气介质的折射率；t为透射系数，大小为其中n'为半导体激光器有源区的折射率，n为空气介质的折射率。

可选地，所述外部光反馈装置的反射率r_d通过使用外部光学装置测量得到。