Способ определения потока излучения полупроводникового излучателя

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1499283

А1 (51) 4 G 01 R 31 26

L к

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4330268/24-21 (22) 26.10.87 (46) 07.08.89. Бюл. Ф 29 (72) Л.С.Ловинский (53) 621 .382.2 (088.8) (56) Оптика и спектроскопия » 1979, т. 46, вып. 3, с. 515-519.

Авторское свидетельство СССР

Ф 409156, кл. G 01 R 31/26, 1972. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к энергетической фотометрии и предназначено для повышения точности измерения поИзобретение относится к энергетической фотометрии и предназначено для обеспечения высокой точности измерения потока излучения полупровод-. никовых лазеров и излучающих диодов.

Цель изобретения — повышение точ" ности способа определения потока излучения полупроводниковых излучателей путем устранения разницы в распределении тепловых полей в объеме излучателя при пропускании через него импульсов прямого и обратного токов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 а, б — зависимости от времени амплитуд импульсов прямого тока I „1« напряжения U при наличии порогового тока прямого смещения I ; на фиг.3а, . б - эависимости от времени амплитуд импульсов обратного тока I и напря2 тока излучения полупроводниковых из-I ! лучателей . Способ заключается в опре делении потока излучения по разности подводимой к излучателю электрической мощности в прямом и обратном,направлениях при одинаковой температуре его р-п-перехода, причем для обеспечения отсутствия тепловых перетоков, укаэанную мощность подают в виде последовательности одиночных импульсов тока, а о температуре р-и-перехода судят . по напряжению на излучателе при достижении задним фронтом импульсов порогового тока, при котором появляется излучение. 3 ил. жения U при наличии порогового то ка Х прямого смещения. о

Устройство для реализации способа содержит генератор 1 электрического «ай тока, питающий исследуемый иэлуча- «ф» тель 2. Генератор 1 имеет возможность 1 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 для контроля излучения используют фо- 3 топриемное устройство (ОПУ) 5. ейв

Для определения потока излучения исследуемого полупроводникового излучателя 2 подводят к излучателю электрическую мощность от генератора 1 при прямом и обратном токах пи3 1499283 тания излучения, при этом поддерживают температуру в области р-и-перехода излучателя-при прямом и обратном токах питания одинаковой путем подачи мощности при прямом и обратном токах питания в виде прямоугольных электрических импульсов, длительность которых предварительно определяют из условия обеспечения отсутст- 10 вия тепловых потоков перетоков между областью р-и-перехода и остальными элементами излучателя при наличии по стоянного тока прямого смещения, значение которого также предварительно 15 определяют из того же условия, при этом контроль эа температурой излучателя в области его р-и-перехода в процессе подведейия мощности при прямом и обратном токах питания осуще- 20 ствляют по значению напряжения постоянноro тока прямого смещения; а собственно суждение о значении потока излучения осуществляют по разности значений указанной подводимой мощнос- 25 ти при прямом и обратном токах питания»

Необходимость в поддержании температуры области р-n"ïåðåõoäà излучатео ля при прямом и обратном токах питания одинаковой обусловлена следующйм.

При подаче на полупроводниковый излучатель электрической моЩности при прямом и обратном токах питания имеют место тепловые перетоки между областью р-и-перехода излучателя и остальными его элементами, возникает неодинаковое распределение тепловых полей и температур в объеме излучателя, обусловленное в основном эффектами 40

Джоуля-Ленца и Пельтье за счет разного,,выделения тепла в разных точках объема излучателя при существенно отличных значениях прямого и обратного токов питания. Составляющие погреш- 45 костей измерения могут достигать недопустимо больших значений. Для исключения тепловых перетоков между элементами излучателя и областью его р-и-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-иперехода как при прямом, так и обратном токах питания.

При этом необходимо для повышения точности измерения добиться и

4 одинаковости температуры. в области р-п-перехода излучателя при прямом и обратном токах питания. Между температурой области р-и-перехода полупроводника и напряжением его прямоro 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 тепловым 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 ведут до порогового значения, при котором появляется излучение и фиксируют амперметром 3 его значение I прямого, тока (фиг.2 а, б) .

Затем от генератора l подают на излучатель 2 прямоугольный импульс о прямого тока и выставляют по амперметру 3 при помощи генератора 1 требуемую длительность Т< и амплитуду

I д„этого импульса при наличии постоянного тока прямого смещения I (фиг . 2а) .

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

После этого от генератора I подают на излучатель 2 последовательную серию одиночных прямоугольных импульсов прямого тока с той же амплитудой

I„ и тем же смещением I но с уменьшающейся от импульса к импульсу длительностью Т< (на фиг.2а), при этом после прохождения каждого из им пульсов определяют отличие между предыдущим и последующим значениями напряжения прямого смещения 1, фиг.26).

Указанную подачу серии импульсов прямого тока ведут до тех пор, пока не будет достигнуто равенство между значениями U = U = U (фиг.2б, точки "r") и фиксируют значение длительности импульса прямого тока Т (фиг.2б).

5 149

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

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

После чего определяют значение подводимой к излучателю 2 электричес1 кой мощности по данному значению прямого тока I è соответствующему ему значению напряжения по формуле Рд

= UÄ . I „, причем измерение значений 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 смещении, и при наличии того же тока прямого смещения (фиг,3а). 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 Хр, при помощи вольтметра 4 измеряют соответствующее значение напряжения прямого смещения U и устанавливают наличие раз,3 ности между значениями U и U> (фиг.36). После этого от генератора

1 на излучатель 2 подают последовательную серию одиночных прямоугольных импульсов обратного тока той же длительности Т и с тем же прямым смещением I, но с увеличивакщейся от импульса к импульсу амплитудой (фиг .36). После прохождения каждого из импульсов определяют отличие между значениями напряжения U и U< (фиг.36).

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

9283 е

40

I

Фо р мул а

55 мой к излучателю мощности для обоих

4 измеряют значения Io и Uo p и по ним определяют значение проводимой к излучателю электрической мощности при обратном токе питания Р

O&P

Поток излучения полупроводникового излучателя определяют в соответствии с формулои P rt n Р „р — Polyp

Таким образом, при подведении к полупроводниковому излучателю электрической мощности при прямом токе питания в виде прямоугольного электрического импульса определенной длительности, указанная мощность затрачивается только на нагрев области р-и-перехода и на излучение, так как при этом обеспечивается отсутствие тепловых перетоков между областью р"п-перехода и остальными элементами излучателя. При подведении к излучателю электрической мощности при обратном токе питания в виде электрического импульса той же длительности, эта мощность затрачивается только на нагрев области р-п-перехода, так как при обратном токе излучение отсутствует. Если при указанном подведении к полупроводниковому излучателю электрической мощности при прямом и обратном токах питания количество тепла, а следовательно, и температура области р-и-перехода являются одинаковыми, то разность указанных подводимых к излучателю значений мощности равна значению его потока излучения.

B предлагаемом способе достигается погрешность определения потока излучения полупроводникового излучателя, не превышающей О, 1Х что позволяет использовать его для реализации воспроизведения размера единицы потока излучения на уровне эталона.

Данные определения мощности излучения для излучателя АЛ 107 представлены в таблице. изобретения

Способ определения потока излучения полупроводникового излучателя, включающий пропускание через полупроводниковый излучатель прямого и обратного токов, определение подводитоков при одинаковой температуре его р-и-перехода и определение потока излучения по разности значений мощности для обоих токов, о т л и ч а ю1499283 о

И, В ь „, в OSP

11osp В

Р„„; мВт

Суммарная погрешность определения, Ж

0,10000

О, 1-100

0,92983

1,3889

3,970

30,986

15,876

0,10000

0,1-100

0,92983

1,3498

3, 110

30,605

12,802

0,1

0,1

Щ7E

X шийся 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 пороговому, 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 зто напряжение, а обратный ток пропускают в виде последовательности одиночных импульсов с увеличивающейся амплиту" дой и с длйтельностью импульсов, рав- 20 ной фиксируемой длительности импульсов прямого тока, и при наличии по, стоянного тока прямого смещения, равного пороговому току, фиксируют значения амплитуд напряжения и тока, при 25 которых 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 ампли- о тудам напряжений и токов, I

Параметр Х„=100 мА I„ 80 мА

1499283

Оф

V ф

„Vj

Составитель В.Масловский

Редактор С.Патрунева Техред И.,Ходанич Корректор М,Самборская

Закаэ 4687/44 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного"комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101