Plaquette détaillée TP Diode Laser 2010

TP " DIODE LASER (Etude des propriétés électriques et optiques)"
Thèmes abordés
Matériels nécessaires
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).
(mA/mW)
Courbe de puissance optique/courant d’injection.
d’injection Calcul du
rendement électrique-optique. Détermination du seuil d’oscillation.
d’oscillation
Changement de l’état de polarisation de la lumière.
lumière Etude de la
variation du seuil d’oscillation avec la T°,, de la variation
v
de la
puissance optique avec la T°. Analyse de la variation
v
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.
optique
Asservissement en température, en courant, en puissance.
Banc optique (1 m) avec jeu de pieds
Cavalier pour banc prismatique
Diode Laser (650 nm – 7 mW) et son support de régulation
Alimentation et Contrôleur T° pour Diode Laser
1
3
1
1
Dispositif de préréglage et d'accouplement
1
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
1
1
1
1
1
1
1
1
Cours, Texte
exte de TP, Notice de résultats
1
Spectromètre Spectrovio (option)
1
Principes et objectifs
Une diode laser est d’un point de vue électronique
électroniq une diode à
semi-conducteur. Elle possède une caractéristique ILD = f (ULD)
(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
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 ainsi
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
le biais d’outil de visualisation,
lisation, d’acquisition et de traitement
performant.
Théorie et résultats
Le boîtier de la diode laser inclut à la fois la diode laser et une
photodiode de contre-réaction.
réaction. Cette dernière reçoit la puissance
optique émise par la face arrière de la diode laser.
La photodiode fournit donc un courant noté IM (I Monitoring, Moniteur
ou courant de contrôle) proportionnel à la puissance optique émise.
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
7,0
T15C
T30C
T40C
6,5
Puissance Optique Popt (mW)
6,0
5,5
Etalonnage photodiode interne
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
Fig. 3 : Observation
tion et mesure de la divergence
1,0
0,5
0,0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
A partir des valeurs des divergences,
divergen
il est possible d’en déduire la
taille de la surface émettrice, ici : wz ≈1,3µm et wy ≈ 3,6 µm
275
Courant de moniteur IM (µA)
Fig. 1 : Détermination du facteur de conversion ou de calibration
Le contrôleur de courant utilisé en mode puissance constante mesure ce
courant IM et agit par contre-réaction
réaction sur le courant direct de la diode
laser IDL. Le courant de contrôle IM 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 IDL fournie à la diode daser
- un réglage (mode
mode puissance) de la puissance optique via le courant IM
- une mesure directe de la tension UDL aux bornes de la diode laser
T=30°C
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.
Fig. 4 : Mise en évidence de la dérive en longueur d’onde de la source
8
Puiss Optique (mW)
7
Une variation de ∆T de
40°C a engendré une
variation ∆λ0 de 6,5 nm.
6
5
4
Le facteur dλ/dT est
d’environ 0,16 nm/°C.
3
2
1
0
IDL (mA)
Fig. 5 : Utilisation du spectromètre Spectrovio
Fig. 2 : Détermination du courant de seuil
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.
Courant de seuil Is (mA)
26
25
24
23
22
21
20
15
30
Température (°C)
C)
40
Remarques
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 à
l’étude.
Une option proposée consiste
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 du
traitement de données !
semi
Le faisceau émis est clairement elliptique. Dans un semi-conducteur,
l’émission de la lumière s’effectue par la tranche de ce dernier.
dernier Ce
phénomène est observé sur un écran puis enregistré par le biais d’une
Webcam. Des mesures de dimensions sont également réalisées.
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