半導(dǎo)體激光器P-I特性測試實驗.docx

本科實驗報告 課程名稱： 光纖通信 實驗項目：半導(dǎo)體激光器P-I特性測試實驗 實驗地點： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： ALXB 指導(dǎo)教師： 年 月 日實驗一 半導(dǎo)體激光器P-I特性測試實驗 1、 實驗?zāi)康?、學習半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理2、了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系3、掌握半導(dǎo)體激光器P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測試方法二、實驗儀器1、ZY12OFCom13BG3型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、FC/PC-FC/PC單模光跳線1根4、萬用表1臺5、連接導(dǎo)線 20根三、實驗原理半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡稱半導(dǎo)體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，是一種閾值器件。處于高能級E2的電子在光場的感應(yīng)下發(fā)射一個和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射，所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應(yīng)光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，它和感應(yīng)光子是相干的。由于受激輻射與自發(fā)輻射的本質(zhì)不同，導(dǎo)致了半導(dǎo)體激光器不僅能產(chǎn)生高功率（10mW）輻射，而且輸出光發(fā)散角窄（垂直發(fā)散角為3050，水平發(fā)散角為030），與單模光纖的耦合效率高（約3050），輻射光譜線窄（0.11.0nm），適用于高比特工作，載流子復(fù)合壽命短，能進行高速信號（20GHz）直接調(diào)制，非常適合于作高速長距離光纖通信系統(tǒng)的光源。 P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應(yīng)選閾值電流盡可能小，對應(yīng)P值小，而且沒有扭折點的半導(dǎo)體激光器。這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大，而且不易產(chǎn)生光信號失真。并且要求P-I曲線的斜率適當。斜率太小，則要求驅(qū)動信號太大，給驅(qū)動電路帶來麻煩；斜率太大，則會出現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。半導(dǎo)體激光器可以看作為一種光學振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。將開始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來標定閾值條件，也即閾值電流。在實驗中所用到半導(dǎo)體激光器輸出波長為1310nm，帶尾纖及FC型接口。半導(dǎo)體激光器作為光纖通信中應(yīng)用的主要光源其性能指標直接影響到系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，因此PI特性曲線的測試了解激光器的性能是非常重要的，半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流的確定是通過測量串聯(lián)在電路中的R110上的電壓值。電路中的驅(qū)動電流在數(shù)值上等于R110兩端電壓與電阻之比。為了測試更加精確，實驗中先用萬用表測出R110的精確值，計算得出半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流，然后用光功率計測的一定驅(qū)動電流下半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光的功率，從而完成PI特性的測試，并可根據(jù)PI特性得出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。圖1 LD半導(dǎo)體激光器P-I曲線示意圖四、實驗內(nèi)容1、測量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫出P-I關(guān)系曲線。2、根據(jù)PI特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流，計算半導(dǎo)體激光器斜率效率。五、實驗步驟1、將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻W101逆時針旋轉(zhuǎn)到底，使數(shù)字驅(qū)動電流達到最小值。2、用萬用表測得R110電阻值，找出所測電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流之間的關(guān)系（VIR110）。3、撥動雙刀三擲開關(guān)，BM1選擇到半導(dǎo)體激光器數(shù)字驅(qū)動，BM2選擇到1310。4、旋開光發(fā)端機光纖輸出端口（1310nm T）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導(dǎo)體激光器與光功率計輸入端連接起來，并將光功率計測量波長調(diào)整到1310nm檔。5、連接導(dǎo)線：將T502與T101連接。6、連接好實驗箱電源，先開交流電源開關(guān)，再開直流電源開關(guān)，即按下K01，K02 (電源模塊)，并打開光發(fā)模塊和數(shù)字信號源的直流電源（K10與K50）。7、用萬用表測量R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104）。8、慢慢調(diào)節(jié)電位器W101，使所測得的電壓為下表中數(shù)值，依次測量對應(yīng)的光功率值，并將測得的數(shù)據(jù)填入下表。9、做完實驗后先關(guān)閉光發(fā)模塊（K10），然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)（電源模塊），以及交流電開關(guān)。10、拆下光跳線及光功率計，用防塵帽蓋住實驗箱半導(dǎo)體激光器光纖輸出端口，將實驗箱還原。11、將各儀器設(shè)備擺放整齊。六、實驗步驟1、根據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)，算出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流，畫出光功率與注入電流的關(guān)系曲線。LD的P-I特性測試表U(mV)12345678I(mA)0.951.92.863.814.765.716.677.62P(uW)0.031.4511.2120.2630.2340.3550.359.6U(mV)910121416182022I(mA)8.579.5211.4313.3315.2417.1519.0520.95P(uW)70.8980.45100.8121.1141.2161.7180.5201.2U(mV)2426283032343638I(mA)22.8624.7626.6728.5730.4832.3834.2936.19P(uW)219.1239.1260.6281.2301.9322.1341.1360.82、 根據(jù)所畫的P-I特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流的大小。圖2 P-I特性曲線由上圖可知半導(dǎo)體激光器閾值電流=5mA.3、根據(jù)P-I特性曲線，求出半導(dǎo)體激光器的斜率效率為，當時，。七、注意事項1、半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流不可超過40mA，否則有燒毀激光器的危險。2、由于光功率計，光跳線, 光功率計等光學器件的插頭屬易損件，使用時應(yīng)輕拿輕放，切忌用力過大。八、 思考題1、試說明半導(dǎo)體激光器發(fā)光工作原理。答：半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)(既利用電子)在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡稱半導(dǎo)體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，（處于高能級E2的電子在光場的感應(yīng)下發(fā)射一個和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射2、環(huán)境溫度的改變對半導(dǎo)體激光器P-I特性有何影響？答：隨著溫度的上升，閾值電流越來越大，功率隨電流變化越來越緩慢。3、分析以半導(dǎo)體激光器為光源的光纖通信系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器P-I特性對系統(tǒng)傳輸性能的影響。答：當注入電流較小時，激活區(qū)不能實現(xiàn)粒子束反轉(zhuǎn)，自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位。，激光器發(fā)射普通的