前 言
本标准按照GB/T 1.1-2009、GB/T 20001.1-2001给出的规则起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由中国机械工业联合会提出。
本标准由全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会归口。
本标准起草单位:西安炬光科技有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、北京国科激光技术有限公司、武汉华工正源光子技术有限公司、中国科学院北京半导体所、中国电子科技集团公司第四十四研究所、中国电子科技集团公司第十三研究所。
本标准主要起草人:
本标准为首次发布。
半导体激光器总规范
1 范围
本标准规定了半导体激光器(以下简称激光器或产品)的通用要求,包括术语、定义和符号、分类、技术要求、测试方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。
本标准适用于半导体激光器(包括非通信类半导体激光器和通信类半导体激光器)的研制、生产和交付等。
2 规范性引用文件
下列文件对于本标准的应用是必不可少的,凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本标准,凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
GB/T 191 包装储运图示标志
GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验 第2部分: 试验Ab:低温
GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验 第2部分: 试验Bb:高温
GB/T 2423.3 电工电子产品环境试验 第2部分: 试验Cab:恒定湿热试验方法
GB/T 2423.5 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Ea和导则:冲击
GB/T 2423.10 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Fc和导则:振动(正弦)
GB/T 2423.22 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验N:温度变化
GB 7247.1 激光产品的安全 第1部分:设备分类、要求和用户指南
GB/T 14733.12 电信术语 光纤通信#p#分页标题#e#
GB/T 15313 激光术语
GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626.4 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB 18217 激光安全标志
GB/T 21194 通信设备用的光电子设备器件的可靠性通用要求
GB/T 21548 光通信用直接调制半导体激光器的测试方法
GB/T XXXX 半导体激光器测试方法
3 术语、定义和符号
3.1 术语和定义
半导体激光器常用术语采用下列定义。GB/T 15313 确立的其它术语和定义也适用于本规范。
3.1.1 半导体激光器 Semiconductor laser
用半导体材料作为光增益介质的激光器,其核心是一个本身具有光反馈结构的p-n结二极管芯片,本标准涉及的激光器是指电注入式半导体激光器。
3.1.2 激光器芯片 Laser chip
由半导体材料构成,从晶圆(Wafer)解理下来的包含一个或者多个发光单元的受激发射体。
3.1.3 量子阱结构Quantum well structure
窄带隙超薄层的半导体材料被夹在两个宽带隙势垒的之间,而且窄带隙超薄层的厚度薄到可以与电子的平均自由程(即德布洛意波长)相比拟时,就称作量子阱结构。如果只有一个势阱,两边是势垒,这种结构称作单量子阱;如果窄带隙超薄层材料和势垒层交替生长就构成多量子阱结构。
3.1.4 腔长 Cavity length
激光芯片高反射(High Reflection)和抗反射(Anti-Reflection)镜面之间的距离。
3.1.5 带尾纤半导体激光器 Semiconductor laser with pigtail
通过光纤输出激光的半导体激光器。和此对应,把非光纤输出的半导体激光器称为开放式半导体激光器。
3.1.6 边发射半导体激光器 Edge emitting semiconductor laser
激光传播方向垂直于p-n结方向激光器,一般出光方向平行于芯片表面
3.1.7 垂直腔面发射半导体激光器VCSEL Vertical cavity surface emitting laser
激光传播方向平行于p-n结方向的半导体激光器,一般出光方向垂直于芯片表面,该类激光器通常以介质膜反射器或者分布式布拉格反射器(DBR)构成谐振腔
3.1.8 脉冲半导体激光器 Pulsed semiconductor laser
一种以短时间间隔工作模式的半导体激光器,本标准通常指脉冲持续时间小于1微秒。
3.1.9 准连续半导体激光器 Quasi-continuous wave (QCW) semiconductor laser
为实现较高的峰值功率,而又要达到稳定状态性能的间隔开启和关断输出特性的半导体激光器,一般用占空比来标称,即脉冲宽度和重复频率的乘积。
3.1.10 连续半导体激光器 Continuous wave (CW) semiconductor laser
在规定电流下和一定时间周期内持续不间断工作的半导体激光器。本标准通常指脉冲持续时间大于250毫秒。
3.1.11 单管半导体激光器 Single emitter semiconductor laser
仅有一个发光单元的半导体激光器。
3.1.12 激光器阵列 Laser array
由多个激光发光单元排成的阵列,称为激光器阵列。
对于边发射半导体激光器,又称为激光巴条,如图3所示,一般标准长度为一厘米。为了降低激光器慢轴方向的光束参数乘积(BPP),使慢轴与快轴接近更容易整形实现高亮度,发光单元个数较少(一般为7个或者5个发光单元组成)的激光芯片称为微型巴条(Mini-Bar)。 由一个激光巴条封装而成的半导体激光器,称为单巴半导体激光器。
对于垂直腔面发射激光器,由多个发光单元组成的一维或二维阵列,称为垂直腔面发射阵列
3.1.13 巴条间距 Bar pitch
适用于边发射半导体激光器,对于多巴条垂直叠阵半导体激光器,相邻两个巴条发光区中心线之间的间距。
3.1.14 垂直腔发光点间距 Vertical cavity emitter pitch
适用于垂直腔面发射半导体激光器,相邻两个发光单元中心之间的距离。
3.1.15 填充因子 Fill factor
激光芯片量子阱层内光增益区面积与该增益区所在层的总面积之比。
3.1.16 远场发散角 Far field pergence angle
距输出光腔面一定距离(远远大于瑞利长度)的发射光束在空间上对发光位置的张角。对于边发射半导体激光器,平行于p-n结方向的称为快轴发散角θ∥,垂直于p-n结方向的称为慢轴发散角θ⊥
3.1.17 发射光谱 Emission spectrum
发射光谱是指半导体激光器输出光的各个纵/横模辐射强度在波长轴上的分布关系
3.1.18 额定功率Nominal power
半导体激光器在 长期稳定工作的前提下,标称的激光器输出光功率。
3.1.19 额定电流 Nominal operating current
半导体激光器在额定输出功率下的工作电流。
3.1.20 额定电压 Operating voltage
半导体激光器在额定输出功率下的工作电压。
3.1.21 正向电压 Forward voltage
半导体激光器规定工作电流时的正向偏置电压。
3.1.22 电光转换效率 Electrical-to-optical conversion efficiency
加在半导体激光器上的电功率转换为输出激光功率的效率,通常以百分数表示。
3.1.23 阈值电流 Threshold current
阈值电流是半导体激光器增益与损耗的平衡点,阈值电流以后半导体激光器才出现净增益,开始出射激光。
3.1.24 外微分量子效率 External differential quantum efficiency
在阈值电流以上,单位时间内输出的光子变化量与引起此变化的注入的电子数变化量的比值。
3.1.25 串联电阻 Series resistance
从半导体激光器正极到负极之间的电阻,通常主要包括半导体材料的体电阻和欧姆接触电阻等,通常计算是在阈值电流以上,在激光器的电压(V)-电流(I)特性曲线上,电压的变化△V与产生电压变化对应的输入电流变化△I的比值。
3.1.26 峰值功率 Peak power
功率时间函数的最大值。即在脉冲持续时间Δt内最大的光功率为Ppeak。
3.1.27 占空比 Duty cycle
激光器在准连续或者脉冲工作模式时,一个工作时间周期内脉冲宽度占工作时间周期的百分比,即Δt/T,对于准连续半导体激光器,本标准中占空比用脉冲宽度和重复频率的乘积表示。
3.1.28 峰值波长 Peak wavelength
激光辐射光谱中发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。
3.1.29 中心波长 Centroid wavelength
3.1.30 光谱半高全宽 (FWHM)Full width at half maximum
激光光谱中峰值波长强度一半处所对应的波长间隔,△λFWHM=λ2-λ1。
3.1.31 90%能量光谱宽度 Full width at 90% energy
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