半导体激光器的光1/f噪声检测技术研究

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半导体激光器是以半导体材料作为光增益介质,完成相应激光工作的物理器件。目前已广泛应用于激光探测、雷达通信等方面,成为国防科工委研究的重点之一,常用的半导体物质包括Ga As(砷化镓)、In P(磷化铟)、Cd S(硫化镉)、Zn S(硫化锌)等。1/f噪声作为半导体器件中普遍存在的物理现象,是载流子内部的涨落现象,其特性与参数能够在一定程度上表征半导体器件的质量与性能好坏,较传统批量加速老化实验的可靠性评判方法有明显的优势。由于激光器是发光器件,较常规半导体器件具有光特性,因此在激光器中对光1/f噪声特性研究具有重要意义。针对上述问题,本文提出搭建一套基于分立元件的光1/f噪声测量系统,并通过噪声检测算法加以验证。论文的主要内容包括以下两点:基于半导体激光器1/f噪声基本特性,本文建立了双通道前置放大器互谱测量的半导体激光器光1/f噪声测量系统。该测量系统由偏置模块、光电探测模块、滤波模块、低噪声放大模块、数据采集部分以及屏蔽部分构成。偏置电路为待测激光器提供连续可变的偏置电流,使激光器达到发光阈值,处于发光状态;光电探测器将从光纤接收处激光器传入的光信号转为电信号;滤波器抑制电磁干扰信号进而改善精度;因低频电流噪声低至p A/Hz级,为保证数据采集卡正常工作,使用前置放大器将光电探测器转换后的电流信号转化成电压信号,并进行放大,通过数据采集卡将数据上传至计算机,存储并分析。基于该低频噪声测量系统,文中设计测量方案对半导体激光器的光1/f噪声检测技术进行了验证,测量出光1/f低频噪声功率谱密度曲线。对功率谱密度曲线进行分析可知,在0-600 Hz内,低频噪声功率谱密度随频率的升高而降低。同时利用基于最优预测变量阈值法对系统采集数据进行检测,在强白噪声环境中利用小波变换进行去噪处理,其功率谱密度曲线严格遵守1/f噪声变化规律。可见本文中所设计的系统能够实现对980 nm波长半导体激光器1/f低频噪声数据的准确测量,为进一步研究低频噪声与半导体激光器可靠性的联系提供了实验支撑。
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