实验一-半导体激光器P-I特性测试实验.doc

word常用光纤器件特性测试实验实验一 半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P〔平均发送光功率〕-I〔注入电流〕曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、预备知识1、光源的种类2、半导体激光器的特性、内部结构、发光原理四、实验仪器1、ZY12OF13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC接口光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根4、万用表 1台5、连接导线 20根五、实验原理半导体激光二极管〔LD〕或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率一样，而且相位、偏振方向和传播方向都一样，它和感应光子是相干的。

由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率〔≥10mW〕辐射，而且输出光发散角窄〔垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°〕，与单模光纤的耦合效率高〔约30％～50％〕，辐射光谱线窄〔Δλnm〕，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进展高速信号〔>20GHz〕直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源阈值电流是非常重要的特性参数图1-1上A段与B段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗将开始出现净增益的条件称为阈值条件一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流P-I特性是半导体激光器的最重要的特性当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到之前半导体激光器输出荧光，到达之后输出激光，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比见式1-1 〔1-1〕就是图1-1激射时的斜率，是普朗克常数〔6.625*10-34 焦耳秒〕，为辐射跃迁情况下，释放出的光子的频率。

图1-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图P-I特性是选择半导体激光器的重要依据在选择时，应选阈值电流尽可能小，对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比〔测试方法见实验四〕大，而且不易产生光信号失真并且要求P-I曲线的斜率适当斜率太小，如此要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，如此会出现光反射噪声与使自动光功率控制环路调整困难在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm，带尾纤与FC型接口其典型参数如下表1-1：表1-1 本实验半导体激光器的局部参数参考表Parameter参数Symbol符号Min最小值Typ典型值Max.最大值Unit单位Central Wavelength中心波长128013101340nmSpectral Width RMS谱线宽度25nmThreshold Current阈值电流815mAOptical output power输出功率mWForward Voltage正向电压VfVRise Time/Fall Time上升/下降时间tr/tfns………………………………六、实验须知事项1、半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否如此有烧毁激光器的危险。

2、由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌用力过大七、实验步骤1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值2、拨动双刀三掷开关，将BM1、BM2选择在中间档，即将R110与电路断开 3、用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系〔V＝IR110〕4、 拨动双刀三掷开关，BM1选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到13105、旋开光发端机光纤输出端口〔1310nm T〕防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档6、 连接导线：将T502与T101连接，将数字信型拨成10101010，10101010，101010107、 连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02 (电源模块)，并打开光发模块和数字信号源的直流电源〔K10与K50〕8、 用万用表测量R110两端电压〔红表笔插T103，黑表笔插T104〕9、 慢慢调节电位器W101，使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表1-2，准确到0.1uW。

10、做完实验后先关闭光发模块和数字信号源的直流电源〔K10与K50〕，然后依次关掉各直流开关〔电源模块〕，以与交流电开关11、拆下光跳线与光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱复原12、将各仪器设备摆放整齐表1-2 LD的P-I特性测试表U(mV)12345678I(mA)P〔uW〕P〔dBm〕U(mV)910121416182022I(mA)P〔uW〕P〔dBm〕U(mV)2426283032343638I(mA)P〔uW〕P〔dBm〕13、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线14、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率八、实验报告1、 字迹工整,原理论述清楚2、根据测试结果，算出半导体激光器驱动电流，画出光功率与注入电流的关系曲线3、根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流Ith的大小4、根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率5、实验结果与误差分析正确九、思考题1、试说明半导体激光器发光工作原理2、环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？3、分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。