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1、太原理工大学现代科技学院光纤通信 课程 实验报告 专业班级 学 号 姓 名 指导教师 太原理工大学现代科技学院实验报告实验名称 半导体激光器 P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 2 姓名 成绩 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、实验仪器 1.ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2.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 三、实验原理
2、 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， （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（10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为 3050，水平发散角为 030） ，与单模光纤的耦合效率高（约 3050） ，辐射光谱线窄（=0.11.Onm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信
3、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。 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 Ith，尽可能小，Ith 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，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
4、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 装订线太原理工大学现代科技学院实验报告阈值条件，也即阈值电流 Ith,当输入电流小于 Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于 LED 发出的光，当电流大于 Ith 时，输出光为激光，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 P-I 线性关系。在实验中所用到半导体激光器输出波长为 1310nm，带尾纤及FC 型接口。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 P-I
5、 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流的确定是通过测量串联在电路中的 R110 上电压值。电路中的驱动电流在数值上等于 R110 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 R110 的精确值，计算得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 P-I 特性的测试。并可根据 P-I 特性得出半导体激光器的斜率效率。 P(mW)I(mA)Ith图 1-1 LD 半导体激光器 P-I 曲线示意图四、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
6、出半导体激光器闭值电流，计算半导体激光器斜率效率。 五、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.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（VIR110） 。 3.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 1310。 4.旋开光发端机光纤输出端口（1310nmT）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。 5.连接导线：将 T502 与 T101 连接。 6.连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流
7、电源开关，即按下 K01，K02 （电源模块） ，并打开光发模块(K10) 和数字信号源 (K50)的直流电源。 太原理工大学现代科技学院实验报告7.用万用表测量 R110 两端电压（红表笔插 T103,黑表笔插 T104） 。 8.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。 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。10.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，将实验箱还原。 11将各仪器设备摆放整齐。 六、实验结果 1根据实验记录数据，算出半导体激光
8、器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。 实验过程中测得 R110 的阻值为 1.3 ，根据 V=IR ，得电流的大小。 2.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。 U(mV) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14I(mA) 0.617 1.234 1.851 2.469 3.086 3.703 4.320 4.938 5.555 6.172 7.407 8.641P（ W) 0 0.002 0.212 0.823 1.403 2.035 2.598 3.247 3.741 4.310 5.600 6.779P（dBm） 0 -60.
9、1-37.23 -32.12-29.58 -27.28-26.30 -25.12 -24.66 -23.79 -22.93 -22.10U(mV) 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38I(mA) 9.876 11.111 12.345 13.580 14.814 16.049 17.283 18.518 19.753 20.97 22.222 23.456P（ W) 7.992 9.010 10.230 11.330 12.550 13.910 14.770 15.620 16.380 17.420 18.010 18.790P（dBm）-21.21-20.8
10、1-20.10 -19.73-19.13 -18.93-18.39 -18.01 -17.93 -17.58 -17.33 -17.26太原理工大学现代科技学院实验报告3.根据 P-I 特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。 七、思考题 1试说明半导体激光器发光工作原理。 答：半导体激光器发光工作原理：半导体激光器是向半导体 PN 结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡。 2.环境温度的改变对半导体激光器 P-1 特性有何影响？ 答：激光器的阈值电流随温度升高而增大，外围分子量效率随温度升高而减小，温度升高时，电流增大，外围分子量效率减小，输出光功率明显下降。
