TP - Dida Concept

03 82 20 81 07 [email protected] http://www.didaconcept.com
Thèmes abordés
Courbe courant/tension d’une diode laser. Mesure de la puissance
optique en fonction du courant de la photodiode interne de la diode
(courant de moniteur). Calcul du taux de conversion (mA/mW).
Courbe de puissance optique/courant d’injection. Calcul du
rendement électrique-optique. Détermination du seuil d’oscillation.
Changement de l’état de polarisation de la lumière. Etude de la
variation du seuil d’oscillation avec la T°, de la variation de la
puissance optique avec la T°. Analyse de la variation de longueur
d’onde avec le courant d’alimentation et la T°. Mesure de la divergence
du faisceau émis. Détermination des dimensions de la zone émettrice.
Mesure du taux de polarisation en fonction de la puissance optique.
Asservissement en température, en courant, en puissance.
Principes et objectifs
Une diode laser est d’un point de vue électronique une diode à
semi-conducteur. Elle possède une caractéristique I
LD
= f (U
LD
)
(courant de la diode en fonction de la tension à ses bornes) de
même allure qu’une diode normale.
Cette caractéristique présente donc un seuil au delà duquel le
courant va pouvoir traverser la diode, puis une forte pente
faisant augmenter rapidement le courant en fonction de la
tension.
Les techniques d’alimentation des diodes lasers sont abordées
dans ce TP, notamment par l’utilisation d’un contrôleur de
diode laser. Il est ainsi possible de mener des études en
température, de contrôler le courant d’injection et de mesurer le
courant de moniteur ou encore la tension aux bornes de la diode.
L’étude des caractéristiques optiques est également abordée par
le biais d’outil de visualisation, d’acquisition et de traitement
performant.
Matériels nécessaires
Banc optique (prismatique 1 m) avec jeu de pieds 1
Cavalier standard pour banc prismatique 3
Cavalier pour banc prismatique longueur 100mm 1
Cavalier pour banc prismatique déplacement 60 mm -Z 40 mm 1
Diode Laser (650 nm – 7 mW) et son support de régulation de T° 1
Alimentation et Contrôleur numérique pour Diode Laser 1
Dispositif de préréglage et d'accouplement 1
Porte objectif sur tige avec réglage X,Y = 1,5 mm 1
Objectif de microscope 10x / ON 0,2 1
Porte lame mince sur tige 1
Réseau de diffraction (600 tr/mm) 1
Polariseur en verre avec monture rotative de précision 1
Mesureur de puissance portable (400-1100 nm / 0-40 mW) 1
Ecran numérique (support, webcam, écran, logiciel) 1
Lunette d'alignement et protection laser 633 nm jusque 10 mW 2
Cours, Texte de TP, Notice de résultats 1
Spectromètre (option) 1
TP "
DIODE LASER
(
Etude des propriétés électriques et optiques)
"
Photo1 : Montage expérimental du TP Diode Laser
" Ce TP est très riche en expériences et permet d’étudier à la fois les caractéristiques électriques et optiques des Diodes lasers."

03 82 20 81 07 [email protected] http://www.didaconcept.com
Théorie et résultats
Le boîtier de la diode laser inclut à la fois la diode laser et une
photodiode de contre-réaction. Cette dernière reçoit la puissance
optique émise par la face arrière de la diode laser.
La photodiode fournit donc un courant noté I
M
(I Monitoring, Moniteur
ou courant de contrôle) proportionnel à la puissance optique émise.
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
Etalonnage photodiode interne
Puissance Optique P
opt
(mW)
Courant de moniteur I
M
( µ A)
T15C
T30C
T40C
Le contrôleur de courant utilisé en mode puissance constante mesure ce
courant I
M
et agit par contre-réaction sur le courant direct de la diode
laser I
DL
. Le courant de contrôle I
M
assure ainsi la stabilité de la
puissance émise.
Le contrôleur utilisé autorise ces deux types de fonctionnement.
Il permet également :
- un réglage (mode courant) de l’intensité I
DL
fournie à la diode daser
- un réglage (mode puissance) de la puissance optique via le courant I
M
- une mesure directe de la tension U
DL
aux bornes de la diode laser
La température joue un rôle important au niveau de tous les
composants à semi-conducteurs. Il est ainsi possible de mettre en
évidence une augmentation du courant de seuil en fonction de la
température.
Le faisceau émis est clairement elliptique. Dans un semi-conducteur,
l’émission de la lumière s’effectue par la tranche de ce dernier. Ce
phénomène est observé sur un écran puis enregistré par le biais d’une
Webcam. Des mesures de dimensions sont également réalisées.
A partir des valeurs des divergences, il est possible d’en déduire la
taille de la surface émettrice, ici :
mwetmw
yz
µ
µ
6,33,1
≈
≈
L’utilisation d’un réseau de diffraction et de l’écran numérique oVisio
permet de mettre en évidence et de mesurer les variations de longueur
d’onde de la source en fonction de la température ou du courant.
Remarques et commentaires
Ce TP est très riche pédagogiquement puisqu’il couvre différents
domaines et que les phénomènes observés peuvent être analysés de
manière plus ou moins approfondie.
La version actuelle de l’alimentation diode laser dispose d’un écran
LCD rétroéclairé affichant les différentes grandeurs nécessaires à
l’étude.
Une option proposée consiste à ajouter une carte électronique à
l’alimentation de la diode Laser. Il est alors possible de commander la
température par voie externe et d’acquérir les différents paramètres
(courant, tension de la diode, courant de moniteur) via un ordinateur.
Ce TP peut alors être orienté vers de la programmation ou du
traitement de données !
Fig. 1 : Détermination du facteur de conversion ou de calibration
Fig. 2 : Détermination du courant de seuil
Fig. 3 : Observation et mesure de la divergence
Fig. 4 : Mise en évidence de la dérive en longueur d’onde de la source
Fig. 5 : Utilisation du spectromètre Spectrovio
Une variation de
∆
T de
40°C a engendré une
variation ∆λ
0
de 6,5 nm.
Le facteur dλ/dT est
d’environ 0,16 nm/°C.