前 言
本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 1.1-2009、GB/T 20001.1-2001給出的規(guī)則起草。
請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。
本標(biāo)準(zhǔn)由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。
本標(biāo)準(zhǔn)由全國光輻射安全和激光設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)起草單位:西安炬光科技有限公司、中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所、北京國科激光技術(shù)有限公司、武漢華工正源光子技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院北京半導(dǎo)體所、中國電子科技集團公司第四十四研究所、中國電子科技集團公司第十三研究所。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:
本標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。
半導(dǎo)體激光器總規(guī)范
1 范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了半導(dǎo)體激光器(以下簡稱激光器或產(chǎn)品)的通用要求,包括術(shù)語、定義和符號、分類、技術(shù)要求、測試方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸和儲存。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于半導(dǎo)體激光器(包括非通信類半導(dǎo)體激光器和通信類半導(dǎo)體激光器)的研制、生產(chǎn)和交付等。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對于本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必不可少的,凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn),凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
GB/T 191 包裝儲運圖示標(biāo)志
GB/T 2423.1 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分: 試驗Ab:低溫
GB/T 2423.2 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分: 試驗Bb:高溫
GB/T 2423.3 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分: 試驗Cab:恒定濕熱試驗方法
GB/T 2423.5 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗Ea和導(dǎo)則:沖擊
GB/T 2423.10 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗Fc和導(dǎo)則:振動(正弦)
GB/T 2423.22 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗N:溫度變化
GB 7247.1 激光產(chǎn)品的安全 第1部分:設(shè)備分類、要求和用戶指南
GB/T 14733.12 電信術(shù)語 光纖通信#p#分頁標(biāo)題#e#
GB/T 15313 激光術(shù)語
GB/T 17626.2 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗
GB/T 17626.3 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗
GB/T 17626.4 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗
GB 18217 激光安全標(biāo)志
GB/T 21194 通信設(shè)備用的光電子設(shè)備器件的可靠性通用要求
GB/T 21548 光通信用直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的測試方法
GB/T XXXX 半導(dǎo)體激光器測試方法
3 術(shù)語、定義和符號
3.1 術(shù)語和定義
半導(dǎo)體激光器常用術(shù)語采用下列定義。GB/T 15313 確立的其它術(shù)語和定義也適用于本規(guī)范。
3.1.1 半導(dǎo)體激光器 Semiconductor laser
用半導(dǎo)體材料作為光增益介質(zhì)的激光器,其核心是一個本身具有光反饋結(jié)構(gòu)的p-n結(jié)二極管芯片,本標(biāo)準(zhǔn)涉及的激光器是指電注入式半導(dǎo)體激光器。
3.1.2 激光器芯片 Laser chip
由半導(dǎo)體材料構(gòu)成,從晶圓(Wafer)解理下來的包含一個或者多個發(fā)光單元的受激發(fā)射體。
3.1.3 量子阱結(jié)構(gòu)Quantum well structure
窄帶隙超薄層的半導(dǎo)體材料被夾在兩個寬帶隙勢壘的之間,而且窄帶隙超薄層的厚度薄到可以與電子的平均自由程(即德布洛意波長)相比擬時,就稱作量子阱結(jié)構(gòu)。如果只有一個勢阱,兩邊是勢壘,這種結(jié)構(gòu)稱作單量子阱;如果窄帶隙超薄層材料和勢壘層交替生長就構(gòu)成多量子阱結(jié)構(gòu)。
3.1.4 腔長 Cavity length
激光芯片高反射(High Reflection)和抗反射(Anti-Reflection)鏡面之間的距離。
3.1.5 帶尾纖半導(dǎo)體激光器 Semiconductor laser with pigtail
通過光纖輸出激光的半導(dǎo)體激光器。和此對應(yīng),把非光纖輸出的半導(dǎo)體激光器稱為開放式半導(dǎo)體激光器。
3.1.6 邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器 Edge emitting semiconductor laser
激光傳播方向垂直于p-n結(jié)方向激光器,一般出光方向平行于芯片表面
3.1.7 垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器VCSEL Vertical cavity surface emitting laser
激光傳播方向平行于p-n結(jié)方向的半導(dǎo)體激光器,一般出光方向垂直于芯片表面,該類激光器通常以介質(zhì)膜反射器或者分布式布拉格反射器(DBR)構(gòu)成諧振腔
3.1.8 脈沖半導(dǎo)體激光器 Pulsed semiconductor laser
一種以短時間間隔工作模式的半導(dǎo)體激光器,本標(biāo)準(zhǔn)通常指脈沖持續(xù)時間小于1微秒。
3.1.9 準(zhǔn)連續(xù)半導(dǎo)體激光器 Quasi-continuous wave (QCW) semiconductor laser
為實現(xiàn)較高的峰值功率,而又要達到穩(wěn)定狀態(tài)性能的間隔開啟和關(guān)斷輸出特性的半導(dǎo)體激光器,一般用占空比來標(biāo)稱,即脈沖寬度和重復(fù)頻率的乘積。
3.1.10 連續(xù)半導(dǎo)體激光器 Continuous wave (CW) semiconductor laser
在規(guī)定電流下和一定時間周期內(nèi)持續(xù)不間斷工作的半導(dǎo)體激光器。本標(biāo)準(zhǔn)通常指脈沖持續(xù)時間大于250毫秒。
3.1.11 單管半導(dǎo)體激光器 Single emitter semiconductor laser
僅有一個發(fā)光單元的半導(dǎo)體激光器。
3.1.12 激光器陣列 Laser array
由多個激光發(fā)光單元排成的陣列,稱為激光器陣列。
對于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器,又稱為激光巴條,如圖3所示,一般標(biāo)準(zhǔn)長度為一厘米。為了降低激光器慢軸方向的光束參數(shù)乘積(BPP),使慢軸與快軸接近更容易整形實現(xiàn)高亮度,發(fā)光單元個數(shù)較少(一般為7個或者5個發(fā)光單元組成)的激光芯片稱為微型巴條(Mini-Bar)。 由一個激光巴條封裝而成的半導(dǎo)體激光器,稱為單巴半導(dǎo)體激光器。
對于垂直腔面發(fā)射激光器,由多個發(fā)光單元組成的一維或二維陣列,稱為垂直腔面發(fā)射陣列
3.1.13 巴條間距 Bar pitch
適用于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器,對于多巴條垂直疊陣半導(dǎo)體激光器,相鄰兩個巴條發(fā)光區(qū)中心線之間的間距。
3.1.14 垂直腔發(fā)光點間距 Vertical cavity emitter pitch
適用于垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器,相鄰兩個發(fā)光單元中心之間的距離。
3.1.15 填充因子 Fill factor
激光芯片量子阱層內(nèi)光增益區(qū)面積與該增益區(qū)所在層的總面積之比。
3.1.16 遠場發(fā)散角 Far field pergence angle
距輸出光腔面一定距離(遠遠大于瑞利長度)的發(fā)射光束在空間上對發(fā)光位置的張角。對于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器,平行于p-n結(jié)方向的稱為快軸發(fā)散角θ∥,垂直于p-n結(jié)方向的稱為慢軸發(fā)散角θ⊥
3.1.17 發(fā)射光譜 Emission spectrum
發(fā)射光譜是指半導(dǎo)體激光器輸出光的各個縱/橫模輻射強度在波長軸上的分布關(guān)系
3.1.18 額定功率Nominal power
半導(dǎo)體激光器在 長期穩(wěn)定工作的前提下,標(biāo)稱的激光器輸出光功率。
3.1.19 額定電流 Nominal operating current
半導(dǎo)體激光器在額定輸出功率下的工作電流。
3.1.20 額定電壓 Operating voltage
半導(dǎo)體激光器在額定輸出功率下的工作電壓。
3.1.21 正向電壓 Forward voltage
半導(dǎo)體激光器規(guī)定工作電流時的正向偏置電壓。
3.1.22 電光轉(zhuǎn)換效率 Electrical-to-optical conversion efficiency
加在半導(dǎo)體激光器上的電功率轉(zhuǎn)換為輸出激光功率的效率,通常以百分?jǐn)?shù)表示。
3.1.23 閾值電流 Threshold current
閾值電流是半導(dǎo)體激光器增益與損耗的平衡點,閾值電流以后半導(dǎo)體激光器才出現(xiàn)凈增益,開始出射激光。
3.1.24 外微分量子效率 External differential quantum efficiency
在閾值電流以上,單位時間內(nèi)輸出的光子變化量與引起此變化的注入的電子數(shù)變化量的比值。
3.1.25 串聯(lián)電阻 Series resistance
從半導(dǎo)體激光器正極到負極之間的電阻,通常主要包括半導(dǎo)體材料的體電阻和歐姆接觸電阻等,通常計算是在閾值電流以上,在激光器的電壓(V)-電流(I)特性曲線上,電壓的變化△V與產(chǎn)生電壓變化對應(yīng)的輸入電流變化△I的比值。
3.1.26 峰值功率 Peak power
功率時間函數(shù)的最大值。即在脈沖持續(xù)時間Δt內(nèi)最大的光功率為Ppeak。
3.1.27 占空比 Duty cycle
激光器在準(zhǔn)連續(xù)或者脈沖工作模式時,一個工作時間周期內(nèi)脈沖寬度占工作時間周期的百分比,即Δt/T,對于準(zhǔn)連續(xù)半導(dǎo)體激光器,本標(biāo)準(zhǔn)中占空比用脈沖寬度和重復(fù)頻率的乘積表示。
3.1.28 峰值波長 Peak wavelength
激光輻射光譜中發(fā)光強度或輻射功率最大處所對應(yīng)的波長。
3.1.29 中心波長 Centroid wavelength
3.1.30 光譜半高全寬 (FWHM)Full width at half maximum
激光光譜中峰值波長強度一半處所對應(yīng)的波長間隔,△λFWHM=λ2-λ1。
3.1.31 90%能量光譜寬度 Full width at 90% energy
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