Hallo zusammen,
Hallo KvnTM,
supiii....! Dann haben wir ja jetzt alles nötige zusammen um die Ausgangsleistungs - Injektionsstrom - Kennlinie zu bestimmen...

Jetzt kommt die Theoretische Physik mal mit in´s Spiel und voll auf Ihre Kosten ....
Also: Wie aus den Datenblättern solcher Laserdioden bekannt verläuft die Optische Ausgangsleistungs-Injketionsstromkennlinie bei Betrieb der Laserdiode in Vorwärtsrichtung oberhalb der Towensschen Schwellwertbedingung ( erste Laserschwelle ) linear.
Die Kennlinie - P(I) P=opt.Ausgangsleistung I= Injektionsstromstärke - ist in diesem Bereich also bestimmt durch eine gerade Linie mit einer festen Steigung und einem Achsenabschnitt P(I)=(Steigung)*I-(Achsenabschnitt)... -> Geradengleichung.
Die Steigung wird aus den beiden in den Threads zu der unbekannten Diode angegebenen Strömen und optischen Ausgangsleistungen mit Hilfe des Steigungsdreiecks bestimmt: Steigung=(P[2]-P[1])/(I[2]-I[1])=(0.722W-0.277W)/(0.640A-0.4A)=1,854 W/A.
Bedeutung dieser Steigung:
Die Strahlungsleistung durch Laserstrahlung dieser Diode nimmt je Ampere Stromstärke um etwa 1,86 Watt zu - was zu einer
"1 Watt-Laserdiode" durchaus passen könnte und ein realistischer Wert ist.
Um jetzt die Kennlinie zu bestimmenund darszustellen reicht es aus, beide Messwerte als Punkte in ein Koordinatensystem mit x = Stromstärke I in Ampere und y= optische Ausgangsleistung in Watt einzutragen und die beiden Punkte mit dem Lineal geradlinig zu verbinden. Diese Linie wird dabei bis zur Stromachse oder Abszisse durchgezogen... das sieht dann so aus:
KENNLINI.jpg
Die Gleichung dieser Graden ist dann : ( mit Steigung und y-Achsenabschnitt im negativen Bereich ! )
Diode1.jpg
also ganz konkret:
DIODE2.jpg
Damit kann jetzt aus der Kennlinie oberhalb der Laserschwelle die Laserleistung P für verschiedene Ströme I durch den p-n-Übergang der Diode vorhergesagt werden.
Möglich ist damit jetzt auch eine Schwellstrombestimmung der ersten Laserschwelle (Towenssche Anschwingungbedinung!), die Stromstärke für die Laserausgangsleistung von 1 Watt und außerdem noch die Vorhersage einer gesamten Messwerttabelle für verschiedene Ströme und Laserstahlungsleistungen im vorgesehenen Betriebsbereich...
Zuerst mal die Bestimmung des Schwellenstromes I[th]:
Er ergibt sich aus der Bedingung P(I[th])=0,d.h. es entsteht bei dieser Injektionsstromstärke (noch) keine Laserleistung ... ( die spontane Emission liegt da höchstens im Bereich weniger Milliwatt ) ...
P(I)=0 also: 1,854W/A*I-0.4646W=0 -> I[th]=0,2506 A, d.h. der Schwellstrom liegt bei ca. 250 mA ... laut Datenblatt wunderbar "in der Mitte" des Toleranzbereiches...
Wann erzeugt die Diode die optische Strahlungsleistung von 1 Watt ?
Ansatz dazu : Die Ausgangsleistung der Laserdiode beträgt P(I)=1Watt, also: 1,854W/A*I-0.4646W=1Watt ... -> I=0.789A = 789mA...
Meßwerte auf der bestimmten Kennlinie:
( Vorhergesagte Werte sind dargestellt auf der Kurve als Kreise - die im Unterschied dazu als Kreuze markierten Werte wurden ja von KvnTM direkt
gemessen und zur Bestimmung der Kennlinie herangezogen ... es wäre aus meiner Sicht jetzt eine Tautologie sie wieder als "vorhergesagte Werte" auszugeben... ) :
Kennl2.jpg
Daraus ergeben sich folgende
vorhergesagte "Messwerte" für den Injektionsstrom in Vorwärtsrichtung und die optische Strahlungsleistung der Diode bei diesen Werten:
Injektionsstrom [mA] : Opt.Strahlungsleistung der Diode:
250 mA -> 0 ( spontane Emission ! )
300 mA -> 91,6 mW
350 mA -> 184,3 mW
400 mA -> ( schon gemessen!)
450 mA -> 369,7 mW
500 mA -> 462,4 mW
550 mA -> 555 mW
600 mA -> 647,8 mW
650 mA -> 740 mW
700 mA -> 833,2 mW
750 mA -> 926 mW
800 mA -> 1018,6 mW
850 mA -> 1111,3 mW
900 mA -> 1240 mW
1000 mA -> 1389,4 mW
...
@ KvnTM : Kannst Du diese Vorhersage der Messwerte - wenn Du Zeit und Lust hast - an Deiner Diode bestätigen ... ?
Dann macht auch die Aussage von dyak in etwa Sinn mit 1,2 A Betriebsstrom ... dann werden die 1.7 Watt Ausgangsleistung erreicht... bei entsprechender Kühlung des Halbleiters.... Die ohmschen Wärmeverluste und Ihre Auswirkungen sind in meiner Rechnung vernachlässigt...
Sicher, die spontane Emission ist nicht mit drin, jede Laserdiode ist ja gleichzeitig immer auch eine LED... aber die Strahlungsleistungen davon liegen im Promillebereich bis zu wenigen Prozente... und können damit gegenüber der dominierenden Laserstrahlung auch bei direkter Detektion vernachlässigt werden.
Ach ja : Die Betriebsspannungen ergeben dann auch noch den Wirkungsgrad der Laserlicht-Strom-Konversion... die Spannung bestimmt ja über e*U die Energie der jeweiligen "in den p-n-Übergng injezierten" Elektronen ... die Stromstärke gibt nur die Anzahl der Ladungsträger an... Fakt ist, dass die Spannungen über 2.8 Volt liegen müssen...
Diese Überlegungen hier kann eigentlich
jeder ( mit den Kenntnissen der Mathematik der Sekundarstufe 1 / 8. Klasse ) nachvollziehen...
Grüße,
Undine