Caracterización de Diodos Láser Laser diodes characterization
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1. Medidor de potencia ptica Diodo l ser Mesa hologr fica Figura 4 Arreglo Experimental para realizar la caracterizaci n el ctrica de los diodos l ser Fibra ptica Controlador de diodos Analizador de espectros l ser pticos Diodo l ser Mesa hologr fica Figura 5 Arreglo experimental para medir los espectros de emisi n de los diodos l ser Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N AOCIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Despu s del procesamiento de las se ales resultantes de la caracterizaci n se obtuvieron las siguientes gr ficas de dos tipos de diodos uno en el espectro visible y el otro en el infrarrojo DIODO L SER HL6738MG 40 gt nN PJ Qu Qu J Ez qm y nm Potencia de salida mW h o lth 51 mA in 0 n 0 10 20 30 40 50 60 70 o0 90 100 Corriente aplicada mA Figura 6 Esta gr fica nos muestra corriente de umbral es de 51 mA y la de operaci n de 97 63 MA Las hojas de datos del diodo laser denominado con el c digo HL6738MG no dan a conocer la corriente de operaci n por lo que result muy til y necesario hacer la caracterizaci n dejando al operador la capacidad de definir qu corriente le puede aplicar seg n la gr fica sta determina que la corriente de operaci n del diodo es de 97 63 mA para una potencia de salida de 35 mW Investigaci n XII JORNADA2. de varios diodos l ser en este caso fueron el ctricas y espectrales Asimismo se presentan variaciones a las especificaciones de las hojas de datos de ah que este trabajo se utilizar como manual del usuario que le permita emplear tales dispositivos en aplicaciones de investigaci n y en la ense anza Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N AOCIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Bibliograf a 1 http www alphys physics ox ac uk research groups laser diodes html Diode Lasers an overview William J Wadsworth 1994 2 httpo ntml rincondelvago com diodo laser html Laser semiconductor Rossybell Mart nez y Juan Fernando Torres Universidad de San Buenaventura Facultad de Ingenier a Electr nica 3 Hertsens Tyll An Overview of Laser Diode Characteristics 4 Catalogo de SANYO Tottori SANYO Electric Co Ltd Printed in Japan March 2005 10
3. ICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 DIODO L SER ML725B8F 12 Potencia de salida mW o 0 5 10 0 20 25 30 35 Corriente aplicada mA Figura 8 Permite ver que la corriente de operaci n de este diodo es de 31 65 mA Muestra la gr fica del comportamiento que tiene la corriente de umbral del diodo ML725B8F Con ello se concluye que la corriente es de 6 mA y la de operaci n en 31 65 mA hecho que le permite alcanzar una potencia de 10 mW parecida a la de las hojas de datos DIODO L SER ML725B8F 1323 5 nm 1321 58 nm Intensidad 1324 34 nm a E A i L sA 1318 1319 1320 1321 1322 1323 1324 1325 1326 132 132 Longitud de onda nm Figura 9 Aqu se puede ver la gr fica del diodo es multimodal pero la longitud de onda central es de 1329 5 emite en el infrarrojo Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N LICIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 En la figura 9 se observa la gr fica del diodo ML725B8F la cual nos permite saber que es multimodal contiene varios picos de intensidad media y un pico de mayor intensidad en 1323 5 nm Lo anterior nos indica que esta es la longitud de onda de emisi n y por lo tanto emite en el infrarrojo en una de las ventanas de comunicaciones Conclusiones Se reportan los resultados obtenidos al realizar la caracterizaci n
4. Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N ACIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Caracterizaci n de Diodos L ser Laser diodes characterization Claudia Sifuentes Gallardo Ma Auxiliadora Araiza Esquivel Ernesto Garc a Dom nguez Gerardo Miramontes de Le n Sonia Torres Trejo Unidad Acad mica de Ingenier a II Universidad Aut noma de Zacatecas Reyna A Duarte Quiroga David Monz n Hern ndez Centro de Investigaciones en ptica A C casifuen Vcantera reduaz mx Resumen El diodo l ser es un dispositivo eficiente barato y peque o es un l ser semiconductor que emite luz monocrom tica y coherente por el proceso de emisi n estimulada Hay muchas aplicaciones de estos dispositivos que afectan nuestra vida diaria como en los sistemas telef nicos mayor fidelidad en los reproductores de m sica en sistemas de visi n sensores etc tera El diodo l ser es muy sensible a descargas electroest ticas y golpes por lo que se deben de tomar las precauciones pertinentes durante su Uso y el manejo personal de estos dispositivos se debe conocer muy bien En este trabajo se presentan los resultados de la caracterizaci n de nueve diodos l ser obteniendo sus caracter sticas el ctricas y espectrales los resultados confirman variaciones en los valores de corriente y potencia se alados por el fabricante as como en la longitud de onda en la cual emite
5. S DE INVESTIGACI N ICIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 DIODO L SER HL6738MG 675 680 685 60 695 700 Intensidad 668 36 nm gt 675 650 685 690 695 700 Longitud de onda nm Figura 7 En esta gr fica se puede observar que la longitud de onda de emisi n del l ser es de 688 36 nm lo cual nos indica que emite en el visible En la figura 7 se pueden ver dos gr ficas del diodo HL6738MG en ellas se muestran dos condiciones para ilustrar el comportamiento del diodo l ser La parte superior muestra la longitud de onda del diodo l ser cuando se le aplica la corriente de umbral Es posible observar que tiene un rango espectral de 685 a 690 nm y un pico principal en 687 48 nm por lo que se define que a n no est bien especificada la caracteristica de monocramaticidad ya que se encuentra en el proceso de cambio emisi n espont nea a emisi n estimulada La parte inferior muestra el comportamiento del mismo diodo pero aplic ndole la corriente de operaci n El resultado obtenido es un pico de longitud de onda m s monocrom tico en 688 36 nm dejando claro que su modo longitudinal es monomodo Este diodo emite en el visible El mismo proceso tanto la medici n de las caracter sticas el ctricas como las espectrales se repetir para el diodo l ser denominado con el c digo ML725B8F Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N LICIENTIF
6. cada diodo El objetivo de esta caracterizaci n es conocer su comportamiento para aplicaciones en investigaci n y en la ense anza Palabras clave caracterizaci n de diodo laser emisi n estimulada caracter sticas el ctricas y espectrales Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N ICIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Abstract The laser diode is a small efficient and cheap device is a semiconductor laser that produces monochromatic and coherent light by stimulated emission process There are many applications of those devices that affect our life daily as the telephone systems higher fidelity in music players machine vision systems sensors etc Laser diodes are sensitive to static discharge and hits for that precautions must be taken during handling and personnel handling the devices should be grounded at all times This work presents results about the electrical and spectral characteristics of nine laser diodes the results confirm variations of current and power values of operating manual as well as the emission wavelength This characterization will permit to use those divices safely in research and teaching Keywords laser diodes characterization stimulated emission electrical and soectral characteristics Introduccion La estructura basica de los diodos laser consiste de la union entre capas de semiconductores con diferentes propiedad
7. es de conducci n el ctrica 1 Rayo l ser Encapsulado Cristal as ES su eS A dl Fotodiodo PIN Base T Figura 1 Estructura b sica de un diodo l ser Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N LICIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Existen cinco caracter sticas que se deben conocer de un diodo l ser las cuales se muestran en la Tabla 1 2 3 Tabla 1 Mediciones Necesarias para la Caracterizaci n de un Diodo L ser El ctricas Con las que se obtiene la corriente de umbral la corriente de operaci n la potencia de salida y algunos otros par metros que se derivan de ellas se mide la intensidad de luz en el campo cercano y lejano como Espaciales e o tambi n el patr n del ngulo de radiaci n Con ellas se obtiene el rango espectral la longitud de onda central en la Espectrales que emite el diodo l ser y el modo longitudinal Necesarias para poder observar el astigmatismo que tiene el haz de luz del Opticas diodo laser o Como la cantidad de ruido la distorsi n por intermodulaci n el tiempo de Din micas o respuesta el tiempo de decaimiento entre otras De las cinco caracter sticas que se muestran en la tabla solo se describir n dos las el ctricas y las espectrales Caracter sticas el ctricas Se obtienen b sicamente con las curva de potencia de salida contra la corrie
8. n en el rango de 1300 nm a 1550 nm cuentan con un modo longitudinal multimodo La sintonizaci n de un diodo l ser es un par metro que permite centrar una longitud de onda transformando la temperatura y la corriente los cambios de temperatura afectan directamente a las bandas de energ a del semiconductor y por consiguiente el pico de longitud de onda hMonamodo Multimoada Lp Lp Rango Espectral Figura 3 Modos longitudinales que puede tener un diodo laser donde Lo es el pico mayor de longitud de onda en la que emite Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N LICIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 Experimentaci n y resultados Para llevar a cabo la caracterizaci n de los diodos l ser fue necesario utilizar un controlador de diodos l ser para aplicar la corriente un medidor de potencia ptica un analizador de espectros pticos una fibra monomodo con cubierta de pl stico y conectores en los extremos Utilizada para guiar el rayo de luz al analizador de espectros pticos monturas de barras para sujetar tanto el diodo l ser como la cabeza sensora del medidor de potencia ptica y la fibra Se utiliz tambi n un colimador apropiado para diodos l ser el cual conten a un disipador t rmico En la figura 4 se puede ver el arreglo que se utiliz para obtener las caracter sticas el ctricas Cabeza sensora Controlador de diodos l ser
9. nte aplicada en ella se puede observar y determinar el punto de operaci n del l ser en el que se quiere trabajar la corriente de umbral donde se lleva a cabo el cambio del proceso de emisi n espont nea a emisi n estimulada Tambi n de esta curva se deriva la eficiencia diferencial del diodo l ser que es el incremento de potencia de salida por unidad de corriente aplicada y la potencia de salida m xima donde la salida debe ser casi lineal o lineal Cuando existen rizos o no linealidades es porque se ha rebasado la potencia m xima de salida 4 Gr ficamente se muestran estas curvas en la figura 2 Investigaci n XII JORNADAS DE INVESTIGACI N AOCIENTIFICA Revista Investigaci n Cient fica Vol 4 No 1 Nueva poca Enero Abril 2008 ISSN 1870 8196 PONS Po Max rango de potencia No lineal max Emisi n espont nea Rizos en la potencia i Bu Potencia de salida P Potencia de salida P i Emisi n estimulada 4 i Ith lop Corriente aplicada a b Corriente aplicada Potencia de salida P Corriente aplicada c Figura 2 Curvas principales a corriente de umbral y de operaci n b Potencia m xima de salida y c Eficiencia diferencial SE Caracter sticas espectrales Existen dos tipos de modo espectral b sicos en un diodo l ser monomodo y multimodo v ase figura 1 3 En el contexto espectral esto se refiere a los modos longitudinales Generalmente los diodos l ser que emite
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