光电子技术实验指导书.docx

光电子技术实验指导书12020年5月29日光纤通信与光电子技术实验指导书文档仅供参考目录引 言 2实验一 半导体激光器 P-I 特性参数测量 4实验二 半导体光电检测器参数测量 8实验三 光纤无源器件参数测量 15实验四 光纤时域反射测量 (OTDR) 20实验五 语音、图像光纤传输及波分复用 (WDM) 22实验六 掺铒光纤放大 (EDFA) 25实验七 光纤激光器参数测量 30实验八 光纤光栅温度传感与测量 32实验九 单模光纤损耗特性和截止波长测量 34实验十 光纤色散测量 38实验十一 光纤非弹性散射及喇曼放大 (FRA) 41实验十二 电吸收调制 (EAM) 46实验十三 半导体激光器光谱测量与模式分析 48实验十四 光纤马赫任德干涉测量 54实验十五 液晶显示器 (LCD) 电光特性曲线测量 57实验十六 辉光放电与等离子体显示 (PDP) 62实验十七 多碱光电阴极光谱响应与极限电流密度测量 67实验十八 微光像增强器电子透镜调节与增益测量 71实验十九 CCD 信号采集与处理 75实验二十 CCD 光电摄像系统特性测量 79实验二十一 阴极射线显像管 (CRT) 电子聚焦与偏转 83实验二十二 MEMS 微镜与 DLP 投影 91实验二十三 有机发光器件 (OLED) 参数测量 94引言光通信技术是当代通信技术发展的最新成就 ,在信息传输的速率和距离、通信系统的有效性、可靠性和经济性方面取得了卓越的成就 ,使通信领域发生了巨大的变化 ,已成为现代通信的基石 ,是信息时代来临的主要物质基础之一。

现代光通信是从 1880 年贝尔创造‘光话’开始的她以日光为光源 ,大气为传输媒质 ,传输距离是 200m 1881 年,她发表了论文（关于利用光线进行声音的复制与产生 ） 但贝尔的光话始终未走上实用化阶段究其原因有二 :一是没有可靠的、高强度的光源 ;二是没有稳定的、低损耗的传输媒质 ,无法得到高质量的光通信在此后几十年的时间里 ,由于上述两个障碍未能突破 ,也由于电通信得到高速发展 ,光通信的研究一度沉寂这种情况一直延续到本世纪60 年代1970 年被称为光纤通信元年 ,在这一年发生了通信史上的两件大事：一是美国康宁（Corning）玻璃有限公司制成了衰减为 20dB/km 的低损耗石英光纤 ,该工艺理论由英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于 1966 年提出 ;二是美国贝尔实验室制作出可在室温下连续工作的铝镓砷 （A1GaAs） 半导体激光器 ,这两项科学成就为光纤通信的发展奠定了基础此后 ,光纤通信以令人眩目的速度发展起来 ,70 年代中期即进入了实用化阶段 ,其应用遍及长途干线、海底通信、局域网、有线电视等各领域其发展速度之快 ,应用范围之广 ,规模之大 ,涉及学科之多 (光、电、化学、物理、材料等 ), 是此前任何一项新技术所不能与之相比的。

现在 , 光纤通信的新技术仍在不断涌现 ,生产规模不断扩大 ,成本不断下降 ,显示了这一技术的强大生命力和广阔应用前景它将成为信息高速公路的主要传输手段 ,是将来信息社会的支柱经过 30 年的发展 ,光纤通信历经五次重大技术变革 ,前四代光纤通信均已得到广泛应用第一代光纤通信的工作波长为 0.85um,属短波长波段，传输光纤用多模光纤光源使用铝镓砷半导体激光器 ,光电检测器为硅 (Si)材料的半导体 PIN 光电二极管或半导体雪崩光电二极管 (APD) 这一代光通信以 1977 年美国芝加哥进行的码速率为 44.736Mbit ／ s 的现场实验为标志第二代光纤通信的工作波长为 1.3um,该波段属长波长波段，是石英光纤的第二个低损耗窗口 ,有较低的损耗且有最低的色散 ,可大大增加中继距离早期的 1.3um 第二代光纤通信传输用多模光纤 ,相应的光源是长波长锢钱碑磷/锢磷 (InGaAsP/ InP)半导体激光器，光电探测器采用错(Ge)材料，其中继距离超过了 20km由于多模光纤的模间色散 ,使得系统的比特率限制在 100Mb／s 以下采用单模光纤能克服这种限制 ,单模光纤较多模光纤色散低得多 ,损耗也更小。

一个实验室于 1981年演示了比特率为 2Gb/s,传输距离为 44km 的单模光波实验系统 ,并很快引入商业系统 ,至 1987 年1.3um 单模第二代光波系统开始投人 商业运营 ,其比特率高达1.7Gb/ s,中继距离约 50km第二代光纤通信系统的应用推动了1.3um 的 InGaAs 半导体激光器和检测器的发展 ,广泛地用于长途干线和跨洋通信中第三代光纤通信的工作波长为 1.55um石英光纤最低损耗在1.55um 附近 ,实验技术上于 1979年就达到了 0.2dB／ km 的低损耗 ,然而由于 1.55um 处光纤色散较大 , 以及当时多纵模同时振荡的常规 InGnAsP 半导体激光器的谱展宽问题尚未解决 ,推迟了第三代光波系统的问世在 80 年代 ,1.5um 附近具有最小色散的色散位移光纤(DSF)与单纵模激光器这两种技术都得到了发展 ，使用1.55um单模光纤的第三代光纤通信系统于 80 年代中后期实现 1985 年的 传输试验显示，其比特率达到 4Gb/s,中继距离超过 100km经过精心设计激光器和光接收机，其比特率能超过l0Gb/s后来，工作 波长为 1.55um 的掺铒光纤放大器问世 ,又使这一波长具有更重要的意义。

第四代光纤通信系统以采用光放大器 (OA) 增加中继距离和采用频分与波分复用 (FDM 与 WDM) 增加比特率为特征 ,这种系统有时采用零差或外差方案 ,称为相干光波通信系统 ,在 80 年代在全世界得到了发展在一次试验中利用星形耦合器实现 100 路 622Mb#2020 年 5 月 29 日。