《北京大学光电子实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京大学光电子实验（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光电子实验光电子实验电子教案电子教案北京大学电子信息科学基础实验中心北京大学电子信息科学基础实验中心2006年年7月月实验一实验一光电子实验基本技能训练光电子实验基本技能训练一、实验目的：一、实验目的：1、进行光电子实验的基本训练、进行光电子实验的基本训练2、认识相关的仪器设备以及光学元件、认识相关的仪器设备以及光学元件和器件和器件二、实验器材：二、实验器材：简易光学平台，光具座三个，光学反射镜三简易光学平台，光具座三个，光学反射镜三个，半导体激光器一个（激光电源），准直个，半导体激光器一个（激光电源），准直镜和镜架。镜和镜架。实验一实验一光电子实验基本技能训练光电子实验基本技能训练三、实验原
2、理：三、实验原理：光路的调整应用了光的反射光路的调整应用了光的反射原理：反射光线位于入射面原理：反射光线位于入射面内，反射光线和入射光线分内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入居法线两侧，反射角等于入射角。实验中所用激光波长射角。实验中所用激光波长为为 657nm,功率较小，侧面观功率较小，侧面观察时光束在空气中是看不见察时光束在空气中是看不见的，但不能用眼睛迎着光路的，但不能用眼睛迎着光路观察，一般通过光屏上的光观察，一般通过光屏上的光斑判断光的传播方向。本实斑判断光的传播方向。本实验的光路如右图所示：验的光路如右图所示：A1A2实验一实验一光电子实验基本技能训练光电子实验基本技能
3、训练四、实验内容：四、实验内容：1.认识光学元件认识光学元件2.学习光学镜面的清洁方法。学习光学镜面的清洁方法。3.开启电源，准直光路。开启电源，准直光路。4. 放入各个反射镜，使激光束通过预先设定的放入各个反射镜，使激光束通过预先设定的两个小孔光栏，并经由两个小孔光栏，并经由M3反射原路返回到反射原路返回到激光器。激光器。5.实验中，在光路的调节过程中注意弄清每个反实验中，在光路的调节过程中注意弄清每个反射镜的作用和逻辑关系。射镜的作用和逻辑关系。实验一实验一光电子实验基本技能训练光电子实验基本技能训练思考题思考题z 如果将所用激光器换成另一种波长，实如果将所用激光器换成另一种波长，实验中三
4、个镜子是否仍可以用作全反镜？验中三个镜子是否仍可以用作全反镜？z 如果将如果将M3换成部分反射镜，则从换成部分反射镜，则从M3出射出射的激光和直接从半导体激光器出射的激的激光和直接从半导体激光器出射的激光是否相同？请简要说明理由。光是否相同？请简要说明理由。实验二实验二精密光路调整精密光路调整一、实验目的：一、实验目的：1、训练并提高调整高要求精密光路的技能。、训练并提高调整高要求精密光路的技能。2、学习非谐振环光路和光束干涉原理、学习非谐振环光路和光束干涉原理二、实验器材：二、实验器材：1、简易光学平台，、简易光学平台，50%分光镜一个，全反镜两个，分光镜一个，全反镜两个，镜架三个。镜架三个
5、。2、半导体激光器一个（激光电源），准直透镜和镜、半导体激光器一个（激光电源），准直透镜和镜架。架。实验二实验二精密光路调整精密光路调整三、实验原理：三、实验原理：如图如图 1将一束激光将一束激光分成强度相同的两分成强度相同的两束光，并适当调节束光，并适当调节反射镜和分光镜，反射镜和分光镜，使两束光沿着同一使两束光沿着同一光路相反方向传光路相反方向传输，形成非谐振环输，形成非谐振环光路。当两束光到光路。当两束光到达分光镜入射面达分光镜入射面时，由于光束经过时，由于光束经过的光程完全相同，的光程完全相同，光束将全部耦合回光束将全部耦合回入射方向，而不被入射方向，而不被分到另一方向。分到另一方向。
6、ASM1M2Laser漏光实验二实验二精密光路调整精密光路调整三、实验内三、实验内容与步骤容与步骤：1、准直激光、准直激光光束光束2、调整分光、调整分光镜室两束光镜室两束光功率基本相功率基本相同同3、调整非谐、调整非谐振环系统振环系统ASM1M2Laser小孔光栏小孔光栏偏振分光镜实验二实验二精密光路调整精密光路调整思考题：思考题：1、调整激光入射分光镜的角度，为什么能够、调整激光入射分光镜的角度，为什么能够改变分光的比例？改变分光的比例？2、试验中小孔光栏的作用是什么，放在什么、试验中小孔光栏的作用是什么，放在什么位置最为有效？位置最为有效？3、实验中的分光镜可否采用偏振分光镜，为、实验中的
7、分光镜可否采用偏振分光镜，为什么？什么？实验三实验三激光器基本参数测试激光器基本参数测试一、实验目的：一、实验目的：1、学习半导体激光器主要参数的测量、学习半导体激光器主要参数的测量方法，方法，2、了解半导体激光器的基本特性。、了解半导体激光器的基本特性。二、实验器材：二、实验器材：带控温半导体激光器和电源，光电探带控温半导体激光器和电源，光电探测器和电源，示波器。测器和电源，示波器。三、实验原理：三、实验原理：功率电流（功率电流（ PI）特性曲线。激光器总）特性曲线。激光器总的发射功率与注入电流的发射功率与注入电流的关系曲线称为功率的关系曲线称为功率电流（电流（ P I）曲线，如）曲线，如图
8、所示。随注入电流增图所示。随注入电流增加，激光器首先是渐渐加，激光器首先是渐渐地增加自发辐射，直至地增加自发辐射，直至它开始发生受激辐射。它开始发生受激辐射。最感兴趣的参数是开始最感兴趣的参数是开始发生受激辐射时的精确发生受激辐射时的精确的电流值，通常把这个的电流值，通常把这个电流值称之为电流值称之为 阈值电阈值电流流 ，它是一个正向电，它是一个正向电流，并用符号流，并用符号 Ith表示。表示。实验三实验三激光器基本参数测试激光器基本参数测试PIIthP I曲线特征温度特征温度是衡量激光器对温度灵敏度的是衡量激光器对温度灵敏度的一个参数。较高的一个参数。较高的T0意味着当温度快速意味着当温度快
9、速增加时，激光器的阈值电流增大。也可增加时，激光器的阈值电流增大。也可以把以把T0解释为激光器的热稳定性。解释为激光器的热稳定性。实验三实验三激光器基本参数测试激光器基本参数测试0( ) ( )exp( ) / th thI TIT TTT= 0/ln ( ) ln ( ) / lnth th thT T IT IT T I= =四、实验步骤：四、实验步骤：1、测量激光器的、测量激光器的 P I特性曲线。特性曲线。2、测量半导体激光、测量半导体激光器的阈值电流。器的阈值电流。3、确定室温时激光、确定室温时激光器的器的 P I曲线的斜曲线的斜率。率。4、改变温度，测功、改变温度，测功率电流曲线，
10、确率电流曲线，确定半导体激光器的定半导体激光器的特征温度。特征温度。实验三实验三激光器基本参数测试激光器基本参数测试半导体激光器电源和控温电路光电探测器和电源示波器实验三实验三激光器基本参数测试激光器基本参数测试思考题：思考题：1、简述测量阈值电流的两种方法，、简述测量阈值电流的两种方法，试思考还有什么其他的方法？试思考还有什么其他的方法？2、简述半导体激光器的优点和缺点、简述半导体激光器的优点和缺点及其典型应用。及其典型应用。3、双异质结、双异质结AlGaAs/GaAs激光器的激光器的波长是多少？有源层有什么组波长是多少？有源层有什么组分？分？实验四、外腔反馈对激光器的影响实验四、外腔反馈对
11、激光器的影响一、实验目的：一、实验目的：了解外腔反馈对半导体激光器频谱性能的了解外腔反馈对半导体激光器频谱性能的影响影响二、实验器材：二、实验器材：半导体激光器半导体激光器(或普通激光器或普通激光器)和电源，和电源，50反射镜，反射镜，FP腔和驱动电源，示波器。腔和驱动电源，示波器。实验四、外腔反馈对激光器的影响实验四、外腔反馈对激光器的影响三、实验原理：三、实验原理：加上外腔反馈，如右图所加上外腔反馈，如右图所示，可以使线宽压窄，定示，可以使线宽压窄，定性的理解主要体现在两个性的理解主要体现在两个方面，一方面加外腔等效方面，一方面加外腔等效于腔长的增加，另一方面于腔长的增加，另一方面引入反馈
12、，利于增加受激引入反馈，利于增加受激发射而抑制自发辐射。激发射而抑制自发辐射。激光的输出模式可以用光的输出模式可以用Fabry-Perot腔来观察。腔来观察。 FP腔利用了多光束干涉的原腔利用了多光束干涉的原理，作为光谱仪可以分析理，作为光谱仪可以分析光谱线的超精细结构。光谱线的超精细结构。M1 M2LDM3实验四、外腔反馈对激光器的影响实验四、外腔反馈对激光器的影响四、实验内容：四、实验内容：1.开启激光电源，调整光路准直。开启激光电源，调整光路准直。2.依次放入光电探测器、依次放入光电探测器、FP腔等元件，并调腔等元件，并调整光整光路。路。3.调节调节FP腔的位置、俯仰等，观察激光输出腔的
13、位置、俯仰等，观察激光输出模式。模式。4.放入反射镜，观察模式有什么变化。放入反射镜，观察模式有什么变化。实验四、外腔反馈对激光器的影响实验四、外腔反馈对激光器的影响思考题：思考题：z 若放入的部分反射镜的反射率大于若放入的部分反射镜的反射率大于激光器输出端的反射率，实验现象激光器输出端的反射率，实验现象有什么不同？有什么不同？z 跳模产生的原因是什么？跳模产生的原因是什么？实验五实验五激光的强度和偏振控制，激光的强度和偏振控制，以及探测器的使用以及探测器的使用一、实验目的一、实验目的：1、学习光路设计的基本知识和技能；、学习光路设计的基本知识和技能；2、学习线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光的、
14、学习线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光的性性质。质。二、实验器材二、实验器材：1、激光器和电源，光电探测器和电源；、激光器和电源，光电探测器和电源；2、1/2波片，波片，1/4波片，偏振片；波片，偏振片；3、偏振分光棱镜，反射镜，示波器。、偏振分光棱镜，反射镜，示波器。实验五实验五激光的强度和偏振控制，激光的强度和偏振控制，以及探测器的使用以及探测器的使用4/ =三、实验原理：三、实验原理：z 光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向，某一方向垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向，某一方向振
15、动占优势的光叫部分偏振光，只在某一个固定方向振动的振动占优势的光叫部分偏振光，只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。光线叫线偏振光或平面偏振光。z 平面偏振光通过平面偏振光通过 1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光；当波片后，透射光一般是椭圆偏振光；当光轴与偏振方向成光轴与偏振方向成45时，则为圆偏振光；故时，则为圆偏振光；故1/4波片可将平波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光z 如果入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的交角为如果入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的交角为，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对于入则通过半波片后的光
16、仍为平面偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过射光的振动面转过2角。角。实验五实验五激光的强度和偏振控制，激光的强度和偏振控制，以及探测器的使用以及探测器的使用四、四、 实验步实验步骤：骤：1、搭建光路，、搭建光路， 如如图所示，测量光图所示，测量光强。强。2、检测光的偏振、检测光的偏振性，得到圆偏振光性，得到圆偏振光和观察其特性。和观察其特性。3、结合、结合 1/4波片、波片、1/2波片波片 ，利用，利用PBS，观察激光的，观察激光的强度和偏振的变强度和偏振的变化。化。反射镜 2Laser光电探测器示波器PBS支架 1支架 2支架 3支架 5反射镜 1支架 4实验五实验五激光的强度和偏振控制，激光的强度和偏振控制，以及探测器的使用以及探测器的使用思考题：思考题：1、简述产生线
