半導(dǎo)體激光器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 光纖通信 課程 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 裝訂線實(shí)驗(yàn)名稱 半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 同組人 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 2 姓名 成績(jī) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1.學(xué)習(xí)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(dòng)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(cè)試方法 二、實(shí)驗(yàn)儀器 1.ZYE4301G型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái) 2.光功率計(jì) 1臺(tái) 3.FC/PC-FC/PC單模光跳線1根 4.萬(wàn)用表1臺(tái) 5.連接導(dǎo)線 20根 三、實(shí)驗(yàn)原理 半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器，它通

2、過(guò)受激輻射發(fā)光，（處于高能級(jí)E2的電子在光場(chǎng)的感應(yīng)下發(fā)射一個(gè)和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級(jí)E1，這個(gè)過(guò)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。）是一種閾值器件。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.Onm)，適用于高比特工作，載流子復(fù)合壽命短，能進(jìn)行高速信號(hào)(>20GHz)直接調(diào)制，非常適合于作

3、高速長(zhǎng)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(shí)，應(yīng)選閾值電流Ith，盡可能小，Ith對(duì)應(yīng)P值小，而且沒(méi)有扭折點(diǎn)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(hào)失真。并且要求P-I曲線的斜率適當(dāng)。斜率太小，則要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)太大，給驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)麻煩；斜率太大，則會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及使自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。半導(dǎo)體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點(diǎn)，微小的電流變化會(huì)導(dǎo)致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，半導(dǎo)體激光器可以看作為一種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機(jī)制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)

4、生的增益足以抵消所有的損耗。將開(kāi)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(lái)標(biāo)定 閾值條件，也即閾值電流Ith,當(dāng)輸入電流小于Ith時(shí)，其輸出光為非相干的熒光，類似于LED發(fā)出的光，當(dāng)電流大于Ith時(shí)，輸出光為激光，且輸入電流和輸出光功率成線性關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)就是對(duì)該線性關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，以測(cè)試半導(dǎo)體激光器的P-I線性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中所用到半導(dǎo)體激光器輸出波長(zhǎng)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(biāo)直接影響到系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此P-I特性曲線的測(cè)試了解激光器性能是非常重要的。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流的確定是通過(guò)測(cè)量串聯(lián)在電路中的R110上電壓值。電路

5、中的驅(qū)動(dòng)電流在數(shù)值上等于R110兩端電壓與電阻值之比。為了測(cè)試更加精確，實(shí)驗(yàn)中先用萬(wàn)用表測(cè)出R110的精確值，計(jì)算得出半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流，然后用光功率計(jì)測(cè)得一定驅(qū)動(dòng)電流下半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光的功率，從而完成P-I特性的測(cè)試。并可根據(jù)P-I特性得出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。 P(mW)I(mA)Ith圖1-1 LD半導(dǎo)體激光器P-I曲線示意圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.測(cè)量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫(huà)出P-I關(guān)系曲線。 2.根據(jù)P-I特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閉值電流，計(jì)算半導(dǎo)體激光器斜率效率。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1.將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻W101逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使數(shù)字驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到最小值。 2.用

6、萬(wàn)用表測(cè)得R110電阻值，找出所測(cè)電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系（VIR110）。 3.撥動(dòng)雙刀三擲開(kāi)關(guān)，BM1選擇到半導(dǎo)體激光器數(shù)字驅(qū)動(dòng)，BM2選擇到1310。 4.旋開(kāi)光發(fā)端機(jī)光纖輸出端口（1310nmT）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導(dǎo)體激光器與光功率計(jì)輸入端連接起來(lái)，并將光功率計(jì)測(cè)量波長(zhǎng)調(diào)整到1310nm檔。 5.連接導(dǎo)線：將T502與T101連接。 6.連接好實(shí)驗(yàn)箱電源，先開(kāi)交流電源開(kāi)關(guān)，再開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，即按下K01，K02（電源模塊），并打開(kāi)光發(fā)模塊(K10)和數(shù)字信號(hào)源(K50)的直流電源。 7.用萬(wàn)用表測(cè)量R110兩端電壓（紅表筆插T103,黑表筆插T104）。 8.

7、慢慢調(diào)節(jié)電位器W101，使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值，依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表。 9做完實(shí)驗(yàn)后先關(guān)閉光發(fā)模塊電源(K10），然后依次關(guān)掉各直流開(kāi)關(guān)（電源模塊），以及交流電開(kāi)關(guān)。 10.拆下光跳線及光功率計(jì)，用防塵帽蓋住實(shí)驗(yàn)箱半導(dǎo)體激光器光纖輸出端口，將實(shí)驗(yàn)箱還原。 11將各儀器設(shè)備擺放整齊。 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，算出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流，畫(huà)出相應(yīng)的光功率與注入電流的關(guān)系曲線。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得R110的阻值為1.3 ，根據(jù)V=IR ，得電流的大小。 U(mV)123456789101214I(mA)0.6171.2341.8512.4693.0863.7034.

8、3204.9385.5556.1727.4078.641P（W) 00.0020.2120.8231.4032.0352.5983.2473.7414.3105.6006.779P（dBm） 0-60.1-37.23-32.12-29.58-27.28-26.30-25.12-24.66-23.79-22.93-22.10U(mV) 161820222426283032343638I(mA)9.87611.11112.34513.58014.81416.04917.28318.51819.75320.9722.22223.456P（W)7.9929.01010.23011.33012.5501

9、3.91014.77015.62016.38017.42018.01018.790P（dBm）-21.21-20.81-20.10-19.73-19.13-18.93-18.39-18.01-17.93-17.58-17.33-17.26 2.根據(jù)所畫(huà)的P-I特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流Ith的大小。 3.根據(jù)P-I特性曲線，求出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。 七、思考題 1試說(shuō)明半導(dǎo)體激光器發(fā)光工作原理。 答：半導(dǎo)體激光器發(fā)光工作原理：半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光震蕩。 2.環(huán)境溫度的改變對(duì)半導(dǎo)體激光器P-1特性有何影響？ 答：激光器的閾值電流隨溫度升高而增大，外圍分子量效率隨溫度升高而減小，溫度升高時(shí)，電流增大，外圍分子量效率減小，輸出光功率明顯下降。 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-1特性對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的影響。 答：P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要