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太原理工大学学生实验报告学院名称信息工程学院专业班级信息实验成绩0802学生姓名学号实验日期
2011.12课程名称光纤通信实验题目半导体激光器特性测试实验P-I实验记录:、实验目的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
1.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
2.掌握半导体激光器(平均发送光功率)(注入电流)曲线的测试方法
3.P-I
二、实验仪器型光纤通信原理实验箱台
1.ZY12OFComl3BG1光功率计台
2.1单模光跳线根
3.FC/PC-FC/PC1万用表台
4.1连接导线根
5.20
三、实验原理半导体激光二极管()或简称半导体激光器,它通过受激辐射发光,(处于高能LD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Ei,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相同,而且相位、偏振方向和传播方向都相同,它和感应光子是相干的)是一种阈值器件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(NlOmW)辐射,而且输出光发散角窄(垂直发散角为,水平发散角为),与单模光纤30〜500-30°的耦合效率高(约)辐射光谱线窄(△入)适用于高比特工作,载30%〜50%,=
0.1〜l.Onm,流子复合寿命短,能进行高速信号(〉)直接调制,非常适合于作高速长距离光纤20GHz通信系统的光源特性是选择半导体激光器的重要依据在选择时,应选阈值电流山尽可能小,P-I11th对应值小,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,P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曲线的斜率适P-I当斜率太小,则要求驱动信号太大,给驱动电路带来麻烦;斜率太大,则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点,微小的电流变化会导致光功率输出变化,是光纤通信中最重要的一种光源,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,也即阈值电流以,当输入电流小于时,其输出光为非相干的荧光,类似于发出的光,当电流大于心时,输出光为激Lh LED光,且输入电流和输出光功率成线性关系该实验就是对该线性关系进行测量,以测试半导体激光器的线性关系在实验中所用到半导体激光器输出波长为带尾纤及P-I1310nm,型接口FC半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源,其性能指标直接影响到系统传输数据的质量,因此特性曲线的测试了解激光器性能是非常重要的半导体激光器驱动电P-I流的确定是通过测量串联在电路中的上电压值电路中的驱动电流在数值上等于RUO两端电压与电阻值之比为了测试更加精确,实验中先用万用表测出的精确值R110R110(将、都拨到中档,用万用表的欧姆档测、之间的电阻),计算得BM1BM2T103T104出半导体激光器的驱动电流,然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率,从而完成特性的测试并可根据特性得出半导体激光器的斜率效率P-I P-IPmWImA图1-1LD半导体激光器P-I曲线示意图
四、实验内容测量半导体激光器输出功率和注入电流,并画出关系曲线
1.P-I.根据特性曲线,找出半导体激光器阈值电流,计算半导体激光器斜率效率2P—I
五、实验步骤及结果将光发模块中的可调电阻逆时针旋转到底,使数字驱动电流达到最小值
1.W
1012.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—IRno)o经实验测得R11OL8Q.拨动双刀三掷开关,选择到半导体激光器数字驱动,选择到3BM1BM21310旋开光发端机光纤输出端口()防尘帽,用光纤跳线将半导体激光器
4.1310nm TFC-FC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档1310nm连接导线将与连接
5.T502T101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(电源
6.KOI,K02模块),并打开光发模块(K10)和数字信号源(K50)的直流电源用万用表测量两端电压(红表笔插黑表笔插)
7.RU0T103,T
104.慢慢调节电位器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8W101,测得的数据填入下表9,做完实验后先关闭光发模块电源(K10),然后依次关掉各直流开关(电源模块),以及交流电开关.拆下光跳线及光功率计,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10还原.将各仪器设备摆放整齐11
六、实验报告根据实验记录数据,算出半导体激光器驱动电流,画出相应的光功率与注入电流
1.的关系曲线(测得电阻为)
1.7UmV1234_______5678ImA
0.
591.
181.
762.
352.
943.
534.
124.71PuW
0.082r
0.
34721.
4753.
1887118.
6150.
5183.3PdBm-
40.86-
34.60-
16.68-
12.74-
10.60-
9.26-
8.22-
7.37UmV910121416182022I mA
5.
295.
887.
068.
249.
4110.
5911.
7612.94PuW
216.
2247.
2310.
1373.
9437.
4498.5574634PdBm-
6.65-
6.07-
5.08-
4.27-
3.59-
3.02-
2.41-
1.98UmV2426283032343638I mA
14.
1215.
2916.
4717.
6518.
8220.
0021.
1822.35PuW6977558208919399659841040PdBm-
1.57-
1.22-
0.86-
0.50-
0.27-
0.15-
0.
070.17根据所画的特性曲线,找出半导体激光器阈值电流的大小
2.P-I1th.根据特性曲线,求出半导体激光器的斜率效率3P-I
七、注意事项半导体激光器驱动电流不可超过否则有烧毁激光器的危险
1.40mA,系列1------系列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
2.过大
八、思考题.试说明半导体激光器发光工作原理1半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈、产生光的辐射放大,输出激光半导体激光二极管()或简称半导体激光器,LD它通过受激辐射发光,(处于高能级的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一E2模一样的光子,而跃迁到低能级Ei,这个过程称为光的受激辐射环境温度的改变对半导体激光器特性有何影响?
2.P-I随着温度的上升,阈值电流越来越大,功率随电流变化越来越缓慢分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中,半导体激光器特性对系统传输
3.P-I性能的影响当注入电流较小时,激活区不能实现粒子束反转,自发发射占主导地位,激光器发射普通的荧光随着注入电流的增加,激活器里实现了粒子束反转,受激辐射占主导地位但当注入电流小于阈值电流时,谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时,不能在腔内建立起振荡,激光器只发射较强荧光只有当注入电流大于阈值电流时,才能产生功率很强的激光
九、实验感想在这次实验中,我学到很多东西,加强了我的动手能力,培3养了我的独立思考能力在实验的过程中我们要培养自己的独立夕问题,和解决问题的能力本次得到的数据还需要一些实际情况的修正,还有需提到的是刁设计未涉及到具体的施工以及天线部分具体的架设,网络传输系统々体结构以及线路的铺设上最后再次我深深体会到科研的艰苦,理论上虽然成功,但实践,定能成功,心中不由自主的对我国广大的科研人员生出无限的敬佩之实验室名称指导老师签名。