VAJA TEMPERATURNA ODVISNOST PRAGOVNEGA TOKA LASERJA

Σχετικά έγγραφα
Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Logatherm WPL 14 AR T A ++ A + A B C D E F G A B C D E F G. kw kw /2013

Osnove elektrotehnike uvod

Ljubljana, Laboratorijske vaje iz osnov tehnike. Fakulteta za elektrotehniko. Laboratorij za sevanje in optiko. Boštjan Batagelj, Tomi Mlinar

Vaja: Odbojnostni senzor z optičnimi vlakni. Namen vaje

Gradniki elektronskih sistemov laboratorijske vaje. Vaja 1 Lastnosti diode. Ime in priimek: Smer:.. Datum:... Pregledal:...

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

Slika 1.120: Frekvenčne omejitve za različne fotopretvornike. Slika 1.121: Diagram relativnih občutljivosti v primerjavi s spektralno emisijo žarnice

Tretja vaja iz matematike 1

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Vaje: Električni tokovi

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

13. Umerjanje izvora šuma s plazovno diodo

LASTNOSTI FERITNEGA LONČKA. 330 kω. 3400pF

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE. Študij. leto: 2011/2012 UNIVERZA V MARIBORU. Skupina: 9

CM707. GR Οδηγός χρήσης SLO Uporabniški priročnik CR Korisnički priručnik TR Kullanım Kılavuzu

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

+105 C (plošče in trakovi +85 C) -50 C ( C)* * Za temperature pod C se posvetujte z našo tehnično službo. ϑ m *20 *40 +70

Predstavitev informacije

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE

Transformator. Delovanje transformatorja I. Delovanje transformatorja II

Nelinearni upori - termistorji

Poglavje 7. Poglavje 7. Poglavje 7. Regulacijski sistemi. Regulacijski sistemi. Slika 7. 1: Normirana blokovna shema regulacije EM

Zajemanje merilnih vrednosti z vf digitalnim spominskim osciloskopom

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

Varjenje polimerov s polprevodniškim laserjem

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

1. Trikotniki hitrosti

8. Diskretni LTI sistemi

Visokofrekvenčni detektor s Schottky diodo

1.5 POLPREVODNIŠKE KOMPONENTE

PROCESIRANJE SIGNALOV

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

TOPLOTNA ČRPALKA ZRAK-VODA - BUDERUS LOGATHERM WPL 7/10/12/14/18/25/31

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

Visokofrekvenčno stikalo s PIN diodo

Električni naboj, ki mu pravimo tudi elektrina, označimo s črko Q, enota zanj pa je C (Coulomb-izgovorimo "kulon") ali As (1 C = 1 As).

Električne lastnosti varikap diode

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

SLO - NAVODILO ZA NAMESTITEV IN UPORABO Št. izd. : OSNOVNI UČNI PAKET ZA MERJENJE IN TESTIRANJE. Št.

Zaporedna in vzporedna feroresonanca

Merjenje temperature

Merilniki gostote magnetnega polja na osnovi Lorentzove sile

Frekvenčne omejitve za različne fotopretvornike. Diagram relativnih občutljivosti v primerjavi s spektralno emisijo žarnice

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Kotni funkciji sinus in kosinus

ELEKTRONSKE KOMPONENTE

Izhodna moč in frekvenčna pasovna širina svetlobnega vira

UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Katedra za energetsko strojništvo VETRNICA. v 2. v 1 A 2 A 1. Energetski stroji

ARHITEKTURA DETAJL 1, 1:10

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE

Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

MERJENJE LOMNEGA KOLIČNIKA IZ BREWSTER-JEVEGA KOTA

ELEKTROTEHNIKA DRAGO ŠEBEZ

Kotne in krožne funkcije

Vzporedne, zaporedne, kombinirane in kompleksne vezave led diod in njihova zanesljivost

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

MINIATURNI OPTIČNI HIGROMETER

Kontrolne karte uporabljamo za sprotno spremljanje kakovosti izdelka, ki ga izdelujemo v proizvodnem procesu.

Označevalni laserski sistem

Ovo nam govori da funkcija nije ni parna ni neparna, odnosno da nije simetrična ni u odnosu na y osu ni u odnosu na

Polarizacija laserske svetlobe

Svetlobni merilniki odbojnosti

MATEMATIČNI IZRAZI V MAFIRA WIKIJU

Lastnosti in delovanje polimerne gorivne celice

FOTOUPOR, FOTODIODA, FOTOTRANZISTOR

*M * Osnovna in višja raven MATEMATIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sobota, 4. junij 2011 SPOMLADANSKI IZPITNI ROK. Državni izpitni center

1. TVORBA ŠIBKEGA (SIGMATNEGA) AORISTA: Največ grških glagolov ima tako imenovani šibki (sigmatni) aorist. Osnova se tvori s. γραψ

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

1. Merjenje toka in napetosti z AVO metrom

Tabele termodinamskih lastnosti vode in vodne pare

Stabilizirani usmernik 0-30 V, A

1. Enosmerna vezja. = 0, kar zaključena

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO LABORATORIJ ZA SEVANJE IN OPTIKO ELEKTRODINAMIKA LABORATORIJSKE VAJE

5 Merjenje toplote in specifična toplota snovi

, kjer je t čas opravljanja dela.

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

Karakteristike centrifugalnih črpalk in cevovoda

CO2 + H2O sladkor + O2

ODBOJNOSTNI SENZOR Z OPTIČNIMI VLAKNI

Bipolarni tranzistor je trielektrodni polprevodniški elektronski sestavni del, ki je namenjen za ojačevanje

MIKROSKOP IN MIKROSKOPIRANJE

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Karakteristike centrifugalnih črpalk in cevovoda

Regulacija manjših ventilatorjev

Polnilnik Ni-MH/Ni-Cd baterij

USMERNIKI POLVALNI USMERNIK:

Meritve električnih inštalacij

Univerza v Novi Gorici Fakulteta za znanosti o okolju Okolje (I. stopnja) Meteorologija 2013/2014. Energijska bilanca pregled

Transcript:

VAJA 18. - TEMPERATURNA ODVISNOST PRAGOVNEGA TOKA LASERJA 18.1. Polprevodniški laserski moduli Za razliko od plinskih laserjev, naprimer helij-neonskega laserja, je delovanje laserjev v trdnih snoveh zelo nestabilno in močno odvisno od temperature aktivne laserske snovi. Vsi polprevodniški laserji so zelo odvisni od temperature polprevodnika. Z rastočo temperaturo se niža ojačenje aktivne laserske snovi, večajo se izmere rezonatorja in spreminja se valovna dolžina laserskega ojačenja v snovi. Zato so prvi polprevodniški GaAlAs laserji delovali le pri zelo nizkih temperaturah, s pomočjo umetnega hlajenja in še to le v impulznem režimu. Sodobni polprevodniški laserji, GaAlAs za 800-900nm in InGaAsP za 1300nm ali 1550nm, delujejo v enosmernem režimu pri sobni temperaturi, vse lastnosti laserja pa so še vedno močno odvisne od točne vrednosti temperature čipa. Pri vseh vrstah polprevodniških laserjev s temperaturo hitro narašča pragovni tok laserja. V enostavnih FP laserjih (z zrcali na koncih rezonatorja) s spreminjanjem temperature preskakuje valovna dolžina delovanja med različnimi rodovi rezonatorja. V polprevodniških laserjih s porazdeljeno povratno vezavo (angl. Distributed Feed Back - DFB) lahko s spreminjanjem temperature laserskega čipa celo zvezno uglašujemo laser, v ozkem območju okoli 5nm, na želeno valovno dolžino. Za praktično uporabo v optičnih komunikacijah se polprevodniški laserji vgrajujejo v laserske module, ki poleg laserske diode vsebujejo vsaj še monitorsko fotodiodo in leče za prilagoditev laserskega izhoda na optično vlakno. Monitorska dioda običajno izkorišča svetlobo, ki izhaja na drugem koncu laserskega čipa. Preko monitorske diode lahko preverjamo delovanje laserja in spremembe pragovnega toka laserske diode popravljamo z nastavljanjem delovnega toka diode. Monitorska dioda žal nič ne pove o valovni dolžini, na kateri dela laser, niti o rodovih v rezonatorju. Signal iz monitorske diode zato ni niti povsem sorazmeren s sklopljeno močjo v optično vlakno in ga lahko uporabljamo le kot pripomoček za vpogled v delovanje laserja, ne pa za točne meritve. Za delovanje v širšem temperaturnem območju oziroma za zahtevnejše polprevodniške laserje vsebujejo laserski moduli poleg laserja, monitorske fotodiode in optike še Peltier-ovo toplotno črpalko in termistor za merjenje temperature laserskega čipa. Izvedba takšnega popolnejšega laserskega modula je prikazana na sliki 18.1. Toplotna črpalka je izdelana kot baterija termočlenov, ki ohlajajo oziroma segrevajo laser glede na smer enosmernega električnega toka. Ker so termoelektrične napetosti med kovinami zelo majhne, so termočleni izdelani iz polprevodnikov. Praktično so to kockice iz močno dopiranega bizmutovega telurida (BiTe), ki so na konceh prispajkane na kovinske povezave na dveh keramičnih ploščicah, ki poskrbijo za zaporedno vezavo

vseh termočlenov. Kockice so izmenično iz P+ oziroma N+ polprevodnika, da se na eni strani vse ohlajajo in odvedeno toploto sproščajo na drugi keramični ploščici. Slika 18.1. Laserski modul s kontrolo temperature.

18.2. Seznam potrebnih pripomočkov Za izvedbo vaje potrebujemo: (1) Polprevodniški laserski modul s toplotno črpalko ter ustreznim zaščitnim vezjem. (2) Izvor trikotne napetosti 0-10V. (3) Nastavljivi enosmerni izvor 0-5V, 500mA. (4) Digitalni ohmmeter 0-200kΩ. (5) Osciloskop z možnostjo X-Y delovanja. (6) Nekaj odprtih (pokvarjenih) laserskih modulov za opazovanje pod mikroskopom. (7) Mikroskop z možnostjo povečave med 10 in 100. Električna vezava laserskega modula je prikazana na sliki 18.2. 18.3. Obrazložitev in opis poteka vaje Polprevodniški sestavni deli za komunikacije preko optičnih vlaken so zelo občutljivi elektronski sestavni deli, ki zahtevajo nežno in natančno rokovanje. Polprevodniški laserski modul lahko poškodujemo električno ali mehansko. Zaradi velike gostote toka v razmeroma majhnem laserskem čipu so polprevodniški laserji občutljivi že na majhne električne preobremenitve. Pri FP polprevodniških laserjih zlahka pride do poškodbe (zažiga) zrcal na konceh čipa, če izhodna svetlobna moč le za nekaj µs preseže dovoljeno mejo. Da preprečimo prezgodnje uničenje laserskega modula, je nekaj zaščitnih sestavnih delov vgrajenih že v sam laserski oddajnik. Kljub temu je pri rokovanju potrebna previdnost, da s statičnimi razelektritvami, s priključevanjem naelektrenih kablov ali pa z napačnimi električnimi signali laserja ne uničimo. Pri priključevanju velja še omeniti, da ima večina polprevodniških laserjev pozitivni pol napajanja (anoda fotodiode) na ohišju (masi)! Pri uporabi modula z vgrajeno toplotno črpalko pazimo tudi na to, da tok skozi baterijo termočlenov ne preseže 500mA. Končno pazimo tudi na to, da mehansko ne poškodujemo občutljivega optičnega vlakna na izhodu laserja. Pred začetkom meritev si najprej umerimo vodoravno skalo za tok laserske diode na osciloskopu. Za 1300nm lasersko diodo je smiselna skala od 0 do 20mA oziroma 20mV na razdelek pri tokovnem merilnem uporu 10Ω. Vezje na sliki 18.2. najprej priključimo brez toplotne črpalke. Izvor trikotne napetosti nastavimo tako, da na osciloskopu opazimo prag laserja: ostro koleno, nad katerim začne izhodna moč hitro naraščati. Nato preverimo delovanje ohmmetra. Temperaturna odvisnost NTC upora v laserskem modulu je prikazana na sliki 18.3. V laserske module so običajno vgrajeni NTC upori, ki imajo pri 25 C nazivno vrednost 10kΩ. Pri izvedbi meritve bo treba temperaturo sproti prevajati v upornost oziroma obratno, iz izmerjene upornosti določiti temperaturo laserske diode s pomočjo ustrezne krivulje na diagramu na Sliki 18.3.

Slika 18.2. Vezava merilnih inštrumentov in zaščite za laserski modul.

upornost [kω] temperatura [ C] Slika 18.3. Upornost termistorja kot funkcija temperature. Končno priključimo na izvor še Peltier-ovo toplotno črpalko. Baterija termočlenov deluje pri zelo nizkih napetostih komaj nekaj voltov in tokovih nekaj sto ma. Glede na polariteto izvora bo toplotna črpalka segrevala oziroma ohlajala lasersko diodo. Kot protiutež je na drugo stran toplotne črpalke privito hladilno rebro, ki odvečno toploto sprošča v prostor oziroma iz prostora jemlje dodatno toploto. Po priključitvi toplotne črpalke takoj opazimo spreminjanje upornosti NTC termistorja in premikanje kolena tokovne krivulje laserja. Temperatura laserske diode se ustali šele čez kakšno minuto in tedaj lahko odčitamo upornost termistorja in pragovni tok laserja. Kot prag laserja vzamemo točko, v kateri bi podaljšek poševnega dela krivulje na osciloskopu sekal ordinatno os. 18.4. Prikaz značilnih rezultatov Primer odvisnosti pragovnega toka laserja od temperature je prikazan na sliki 18.4. Peltier-ova toplotna črpalka omogoča temperaturni padec od 60 C do 80 C, ko deluje kot hladilnik v neobremenjenem stanju. Ko mora odvajati tudi proizvedeno toploto v laserju, zmore kvečjemu padec 50 C. Najnižja temperatura, do katere lahko privedemo lasersko diodo, znaša okoli -20 C. Toplotna črpalka je seveda mnogo bolj učinkovit grelec, saj se črpani toploti prištevajo še izgube v sami črpalki. Ker visoka temperatura kvarno vpliva na življenjsko dobo vseh sestavnih delov laserskega modula, pazimo, da nikoli ne presežemo 50 C oziroma da se pri meritvi ustavimo pri upornosti termistorja 3kΩ.

pragovni tok laserja temperatura laserske diode Slika 18.4. Primer odvisnosti pragovnega toka laserja od temperature. 18.5. Vprašanja in naloge vaje 1. Določite merske enote za vodoravno in navpično skalo zaslona osciloskopa! 2. Izmeri odvisnost pragovnega toka laserja od temperature! 3. Kako krmilimo tok skozi diodo? upornost NTC [kω] temperatura [ºC] kolenski tok [ma] 5 kω 6,25 kω 7,5 kω 8,75 kω 10 kω 12,5 kω 15 kω 17,5 kω 20 kω 22,5 kω 25 kω 30 kω 35 kω