Способ определения потока излучения полупроводникового излучателя Советский патент 1989 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к энергетической фотометрии и предназначено дпя обеспечения высокой точности измерения потока излучеиия полупроводт никовых лазеров и излучающих диодов.

Цель изобретения - повышение точности способа определения потока излучения полупроводниковых излучателей путем устранения разницы в распределении тепловых полей в объеме излучателя при пропускании через ие- го импульсов прямого и обратного токов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для реализащ и способа; на фиг.2 а, б - зависимости от времени амплитуд импульсов прямого тока 1др напряжения U при наличии порогового тока прямого смещения на фиг.За, б - зависимости от времени амплитуд импульсов обратного тока IOBO напряжения и при наличии порогового тока Ig прямого смещения.

Устройство для реализации способа содержит генератор 1 электрического тока, питающей исследуемый излучатель 2. Генератор 1 имеет возможность задавать режимы постоянного и импульсного питания излучателя 2 и постоянного смещения в широком диапазоне длительностей и амплитуд. Для измерения значений тока и напряжения питания излучателя используются, например, цифровые импульсные амперметр 3 и вольтметр 4 соответственно, а дпя контроля излучения используют фотоприемное устройство (ФПУ) 5.

Дпя определения потока излучения исследуемого полупроводникового излучателя 2 подводят к излучателю электрическую мощность от генератора 1 при прямом и обратном токах пи31499

тания излучения, при этом поддерживают температуру в области р-п-пере- хода излучателя-- при прямом и обратном токах питания одинаковой путем подачи мощности при прямом и обратном токах питания в виде прямоугольных электрических импульсов, дпйтель- ность которых предварительно определяют из условия обеспечения отсутст- ВИЯ тепловых потоков перетоков между областью р-п-перехода и остальными элементами излучателя при наличии no-i стоянного тока йрямого смещения, значение которого также предварительно определяют из того же условия, при этом контроль за температурой излучателя в области его р-п-перехода в процессе подведения мощности при прямом и обратном токах питания осуще- ствляют по значению напряжения постоянного тока прямого смещения; а собственно суждение о значении потока излучения осуществляют по разности значений указанной подводимой мощное- ти при прямом и обратном токах питания.

Необходимость в поддержании температуры области р-п-перехода излучателя при прямом и обратном токах пита- ния одинаковой обусловлена следующим.

При подаче на полупроводниковый излучатель электрической мощности при прямом и обратном токах питания имеют место тепловые перетоки между облас- тью р-п-перехода излучателя и остальными его элементами, возникает неодинаковое распределение тепловых полей и температур в объеме излучателя, обусловленное в основном эффектами Дясоуля-Ленца и Пельтье за счет разного .выделения тепла в разных точках . объема излучателя при существенно отличных значениях прямого и обратного токов питания. Составляющие погрещ- ностей измерения могут достигать недопустимо больщих значений. Для исключения тепловых перетоков между элементами излучателя и областью его р-п-перехода необходимо подавать на излучатель электрическую мощность в виде прямоугольного импульса такой длительности, чтобы основная доля поглощенной излучателем мощности сосредоточилась только в области его р-п- перехода как при прямом, так и обратном токах питайия.

При этом необходимо для повьше- ния точности измерения добиться и

одинаковости температуры в области р-п-перехода излучателя при прямом и обратном токах питания. Между температурой области р-п-перехода полупроводника и напряжением его прямого тока существует однозначная зависимость, что позволяет использовать значения напряжения прямого тока смещения в качестве параметра контроля за указанной температурой. Установление постоянного прямого тока смещения при.подаче мощности на излучатель не должно приводить к указанным теш1овь1м перетокам, т.е. максимальное значение тока прямого смещения должно определяться в области начального излучения излучателя.

Пример. Подают на излучатель .2 от генератора 1 прямой ток и, увеличивая его значение от нуля, контролируют излучение с помощью ФПУ 5, при этом увеличение прямого тока ве- дут до порогового значения, при котором появляется излучение и фиксируют амперметром 3 его значение 1 прямого тока (фиг.2 а, б).

Затем от генератора 1 подают на излучатель 2 прямоугольный импульс прямого тока и выставляют по амперметру 3 при помощи генератора 1 требуемую длительность Т, и амплитуду I j,p этого импульса при наличии постоянного тока прямого смещения , (фиг.2а) .

При достижении задним фронтом этого импульса значения 1 (точка в на фиг.2а),.измеряют с помощью вольтметра 4 соответствующее ему значение напряжения прямого смещения Ug .(фиг. 26) .

После этого от генератора I подают на излучатель 2 последовательную серию одиночных прямоугольных импульсов прямого тока с той же амплитудой I р. и тем же смещением 1,, но с ; уменьшающейся от импульса -к импульсу длительностью Т (на фиг.2а), при этом после прохо5кдения каждого из импульсов определяют отличие между предыдущим и последукяцим значениями напряжения прямого смещения U j СФиг. 2е) Указанную подачу серии импульсов прямого тока ведут до тех пор, пока не будет достигнуто равенство меяду значениями и; и,, и, (фиг.26, точки г) и фиксируют значение дпитель- ности импульса прямого тока Т (фиг.26).

Указанное постоянство значения сравниваемых, разностей свидетельствует о том, что значение температуры в области р-п-перехода излучателя не меняется при указанном изменении дли- .тельности подаваемого на него импульса прямого тока, что, в свою очередь, свидетельствует об отсутствии указанных тепловых перетоков между этой областью i и другими элементами излучателя.

Операцию подачи последовательной серии одиночных прямо-угольных импульсов для реальных излучателей осуществляют до длительностей импульсов, сравнимых с временем инертности используемых излучателей.

После чего определяют значение подводимой к излучателю 2 электрической мощности по данному значению прямого тока 1,р и соответствующему ему значению напряжения по формуле Р

и„

пр причем измерение значений

Пу - ПО

тока и напряжения излучателя 2 производят с помощью соответственно амперметра 3 и вольтметра 4.

Затем пропускают через излучатель обратный ток в виде таких же импульсов, изменив лишь их полярность, с амплитудой напряжения, равной амплитуде напряжения при прямом смещений, и при наличии того же тока прямого смещения (фиг,За). Амплитуду напряжения обратного тока, регулируемую генератором 1 и измеряемую вольтметром 4, выставляют равной амплитуде напряжения импульса прямого тока, и при достижении задним фронтом этого импульса (точка д на фиг.За) значения тока, прямого смещения Ip , при помощи вольтметра 4 измеряют соответствующее значение напряжения прямого смещения U| и устанавливают наличие разности м ежду значениями U, и UJ (фиг.36). После этого от генератора 1 на излучатель 2 подают последовательную серию одиночных прямоугольных импульсов обратного тока той же длительности Тис тем же прямым смещением 1„, но с увеличивающейся от импульса к импульсу амплитудой (фиг.36). После прохождения каждого из импульсов определяют отличие между значениями напряжения U ; и Ujj; (фиг.36).-

При достижении равенства между этими значениями (точка а на фиг.36) с помощью амперметра 3 и вольтметра

4 измеряют -значения I .... и U,

ОБр

UOBP

ОБр оБр И О

НИМ определяют значение проводимой к излучателю электрической мощности при обратном токе питания Р

овр

Поток излучения полупроводникового

излучателя определяют в соответствии с формулой Р,,, пр РОБР

0 Таким образом, при подведении к полупроводниковому излучателю электрической мощности при прямом токе питания в виде прямоугольного элект- ричес.кого импульса определенной дли5 тельности , указанная мощность затрачивается только на нагрев области р-п-перехода и на излучение, так как при этом обеспечивается отсутствие тепловых перетоков между областью

0 Р п-перехода и остальными элементами ;излучателя. При подведении к излучателю электрической мощности при обратном токе питания в виде электрического импульса той же длительности,

5 эта мощность затрачивается только на нагрев области р-п-перехода, так как лри обратном токе излучение отсутствует. Если при указанном подведении к полупроводниковому излучателю элек0 трической мощности при прямом и обратном токах питания количество тепла, а следовательно, и температура области р-п-перехода являются одинаковыми, то разность указанных подво5 днмых к излучателю значений мощности равна значению его потока излучения. В предлагаемом способе достигается погрешность определения потока излучения полупроводникового излучате0 ля, не превышающей 0,1%, что позволяет использовать его для реализации воспроизведения размера единицы потока излучения на уровне эталона.

Данные определения мощности излу5 чения для излучателя АЛ 107 представлены в таблице.

I.

Формула изобретения

Q Способ определения потокд излучения полупроводникового излучателя, включающий пропускание через полупроводниковый излучатель прямого и обратного токов, определение подводи5 мой к излучателю мощности дпя обоих токов при одинаковой температуре его р-п-перехода и определение потока излучения по разности значений мощности для обоих токов, о тличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности, предварительно определяют пороговый ток, при котором появляется излучение полупроводникового излучателя, при этом прямой ток пропускают в виде последовательности одиночных импульсов уменьшающейся длительности при наличии постоянного тока прямого смещения, равного поро- говому, фиксируют длительность им-: пульса прямого тока, при котором перестает изменяться напряжение на излучателе при достижении задним фронтом импульса прямого тока значения порогового тока, и фиксируют это напряжение, а обратный ток пропускают в виде последовательности одиночных импульсов с увеличивающейся амплитудой и с длительностью импульсов, рав ной фиксируемой длительности импульсов прямого тока, и при наличии постоянного тока прямого смещения, равного пороговому току, фиксируют знакоторых напряжение на излучателе при достижении задним фронтом импульса обратного тока значения порогового тока станет равным зафиксированному при пропускании импульсов прямого тока, а подводимые к излучателю мощности определяют по фиксированным амплитудам напряжений и токов.

- J J-1- J- T L 1 J тtl.„

Параметр |lpp 100MA 1„

80 мА

0,1

0,1

Изобретение относится к энергетической фотометрии и предназначено для повышения точности измерения потока излучения полупроводниковых излучателей. Способ заключается в определении потока излучения по разности подводимой к излучателю электрической мощности в прямом и обратном направлениях при одинаковой температуре его P-N-перехода, причем для обеспечения отсутствия тепловых перетоков указанную мощность подают в виде последовательности одиночных импульсов тока, а о температуре P-N-перехода судят по напряжению на излучателе при достижении задним фронтом импульсов порогового тока, при котором появляется излучение. 3 ил.

Q}l/lf

Фиг.1

%д

Ф1/г.з