Plaquette détaillée TP Diode Laser 2010

03 82 20 81 07
[email protected]
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
rendement électrique-optique.
Détermination du seuil d’oscillation
Changement de l’état de
polarisation de la lumière
variation du seuil d’oscillation avec la T°
, de la v
puissance optique avec la T°. Analyse
de la v
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 électroniq
semi-conducteur. Elle possède
une caractéristique I
(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 pouv
oir 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 ai
nsi 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
le biais d’outil de visua
lisation, d’acquisition et de traitement
performant.
TP "
DIODE LASER
(
Etude des propriétés électriques et optiques)
Photo1
" Ce TP
est très riche en expériences et permet d’étudier à la fois les caractéristiques électriques et optiques des
[email protected]
http://www.didaconcept.com
Mesure de la puissance
la photodiode interne de la diode
Calcul du taux de conversion (mA/mW)
.
Courbe de puissance optique/courant d’injection
. Calcul du
Détermination du seuil d’oscillation
.
polarisation de la lumière
. Etude de la
, de la v
ariation de la
de la v
ariation de longueur
Mesure de la divergence
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.
Une diode laser est d’un point de vue électroniq
ue une diode à
une caractéristique I
LD
= f (U
LD
)
(courant de la diode en fonction de la tension à ses bornes) de
Cette caractéristique présente donc un seuil au delà duquel le
oir traverser la diode, puis une forte pente
faisant augmenter rapidement le courant en fonction de la
Les techniques d’alimentation des diodes lasers sont abordées
dans ce TP, notamment par l’utilisation d’un contrôleur de
nsi 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
lisation, d’acquisition et de traitement
Matériels nécessaires
Banc optique (1 m) avec jeu de pieds
Cavalier pour banc prismatique
Diode Laser (650 nm –
7 mW) et son support
Alimentation et Contrôleur T° pour Diode Laser
Dispositif de préréglage et d'accouplement
Porte objectif sur
tige avec réglage X,Y = 1,5mm
Objectif de microscope 10x / 0,2
Porte lame mince sur tige
Réseau de diffraction (600 tr/mm)
Polariseur avec monture rotative
Mesureur de puissance laser portable
Ecran numérique oVisio
Ecran
blanc quadrillé 200x200 mm
Cours, T
exte de TP, Notice de résultats
Spectromètre Spectrovio (option)
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
ou courant de contrôle) proportionnel à la puissance optique émise.
Etude des propriétés électriques et optiques)
Photo1
: Montage expérimental du TP Diode Laser
est très riche en expériences et permet d’étudier à la fois les caractéristiques électriques et optiques des
http://www.didaconcept.com
Banc optique (1 m) avec jeu de pieds
1
3
7 mW) et son support
de régulation 1
Alimentation et Contrôleur T° pour Diode Laser
1
Dispositif de préréglage et d'accouplement
1
tige avec réglage X,Y = 1,5mm
1
1
1
Réseau de diffraction (600 tr/mm)
1
1
Mesureur de puissance laser portable
1
1
blanc quadrillé 200x200 mm
1
exte de TP, Notice de résultats
1
1
Le boîtier de la diode laser inclut à la fois la diode laser et une
réaction. Cette dernière reçoit la puissance
optique émise par la face arrière de la diode laser.
donc un courant noté I
M
(I Monitoring, Moniteur
ou courant de contrôle) proportionnel à la puissance optique émise.
Etude des propriétés électriques et optiques)
"
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]
0 25 50 75 100 125 150 175 200
225
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
- 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
l’émission de la lumière s’effectue par la tranche de ce dernier
phénomène est observé sur un écran puis enregistré par le biais d’une
Webcam. Des mesures de dimensions sont également réalisées.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Puiss Optique (mW)
IDL (mA)
T=30°C
20
21
22
23
24
25
26
15 30
Courant de seuil Is (mA)
Température (°
C)
Fig. 1
: Détermination du facteur de conversion
Fig. 2 : Détermination
du courant de seuil
[email protected]
http://www.didaconcept.com
225
250 275
puissance constante mesure ce
réaction sur le courant direct de la diode
assure ainsi la stabilité de la
Le contrôleur utilisé autorise ces deux types de fonctionnement.
fournie à la diode daser
mode puissance) de la puissance optique via le courant I
M
aux bornes de la diode laser
La température joue un rôle important au niveau de tous les
possible de mettre en
évidence une augmentation du courant de seuil en fonction de la
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
divergen
taille de la surface émettrice, ici :
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.
Rema
rques 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
l’étude.
Une option proposée con
siste 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
traitement de données !
40
C)
: Détermination du facteur de conversion
ou de calibration
du courant de seuil
Fig. 3 : Observa
tion 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
http://www.didaconcept.com
divergen
ces, il est possible d’en déduire la
mwetmw
yz
µµ 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.
rques et commentaires
Ce TP est très riche pédagogiquement puisqu’il couvre différents
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
siste 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.
TP peut alors être orienté vers de la programmation ou
du
tion et mesure de la divergence
: Mise en évidence de la dérive en longueur d’onde de la source
: 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.