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1、河南理工大学光电检测技术实验报告实验题目数字光发射机平均输出光功率测量专业光电信息工程班级11级01班学生姓名张帅超学号311108001327实验设计时间2015年1月10日一、实验目的1. 了解数字光发射机平均输出光功率的指标要求。2. 掌握数字光发射机平均输出光功率的测试方法。3. 了解数字光发射机的消光比的指标要求。4. 掌握数字光发射机的消光比的测试方法。二、实验内容1. 测试数字光发射机的平均光功率。2. 测试数字光发射机的消光比。3. 绘制数字光发射机的P-I特性曲线。三、实验仪器1. 光纤通信实验系统1台。2. 示波器1台。3. 光功率计1台。4. 万用表1部。5. FC/PC
2、光纤跳线1根。四、实验原理光发射机的指标包括：半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测 试和平均光功率的测试。下面对这三个方面进行详细的说明：1. 半导体光源的P-I特性曲线测试半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，该特性有一个转 折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阈值电流），用Ith表示。在门限电流 以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100pW；在门限电 流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直 线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性。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
3、 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。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，给驱动电路带米麻烦：斜率 太大，则会山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，激光二极管可以看作为一 种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放人机制，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什 称为阈值条件。一般用注入电流值
4、来标定阈值条件，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发出光，当电流大于 Ith 时 ，则输出光为激光，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，以验证P-1的线性关系.2. 消光比（EXT）的测试消光比定义为：EXT101g P00，式中POO是光发射机输入全“0”时输出的11平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P11是光发射机输入全“ 1”时输出 的平均光功率。从激光器的注入电流（I）和输出功率（P）的关系，即P-I特性 可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。由图可知，当输入信号为0” 时，光源的输出光功率为P0
5、0,它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输 出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。因此，从接收 机角度考虑，希望消光比越小越好。但是，应该指出，当Ib减小时，光源的输 出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影 响，因此，必须全面考虑Ib的影响，一般取Ib=（0.70.9）1 th（Ith为激光器的 阈值电流）。在此范围内，能比较好地处理消光比与其他指标之间的矛盾。考虑 各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过0.1。消光比对光接收机灵敏 度的影响如下图。在光源为LED的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流Ib,电信号直接加
6、到LED上，无输入信号时的输出功率为零。因此, 只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。图 11-2 消光比对灵敏度的影响3. 平均光功率 光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出 的光功率值。ITU-U在规范标准光接口时，为使成本最佳，同时适应运行条件变 化，并考虑了活动连接器的磨损、制造和测量容差以及老化因素的影响后，给出 了一个允许的范围。其中比较重要的激光器劣化机理是有源层的劣化和横向漏电 流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。通常，光发送机的 发送功率需要有11.5 dB的富余度。五、实验步骤：A.测量光发射机P-1特性曲线1.关闭系统电
7、源。按以下方式用连信号连接导线连接数字信号模块 （数字信号输出一）P300P1001310数字光发模块 （数字光发信号输入）2. 用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。3. 将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态，第二位拨 到OFF状态。4. 将1310nm光发模块的J101设置为“数字”5. 开系统电源。将数字信号源第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态， 即输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。6用表测量R101两端的电压（测量方法：先将万用表打到电压档，然后将 红表笔插入TP101,黑表笔插入TP1OO）。读出万用表读数U,代入公式I =
8、U/R, 其中R=51Q，读出光功率记读数P。7调节RP100 （激光器注入电流调节）然后，重复步骤5,将测得的参数填 入下表：P(uw)u(v)B.消光比的测量1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接数字信号模块 （数字信号输出一）P300P1001310数字光发模块 （数字光发信号输入）2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。3将1310nm光发模块的J100第一位拨到ON,第二位拨到OFF。将J101设 置为“数字”。4. 将1310nm光发体模块的RP100逆时针旋转到最大。.5. 打开系统电源。6将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，使输入到
9、1310nm数字光发模块的信号始终为“1”测得此时光发端机输出的光功率为P11。7将拨码开关U311全部拨向ON端（发光二极管全灭），使输入到1310nm 数字发光模块的信号始终为“0”，测得此时光发端机输出的光功率为P00。P8代入公式EXT 101g賞，即得光发端机消光比。11C.平均光功率测量1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接光端FPGA（PN序列二信号输出）P718P1001310数字光发模块 （数字光发信号输 入）2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。3将1310nm光发模块的J100第一位拨为ON,第二位拨为OFF。将J101设 置为“数字”。4. 将13
10、10nm光发模块的RP1OO逆时针旋到最大。5打开系统电源。此时光功率计的读数，即为光发端机的平均光功率。6做完实验后关掉系统电源，拆除实验导线。7将各实验仪器摆放整齐。六、实验结果1.记录下实验过程中的参数，并算出消光比和平均光功率。P 二 20.00P“1100PEXT - 10lg 00 沁gP11沁0卩平均光功率：11.152通过公式I =U/R计算出电流U。然后，绘制P-I特性曲线。1234567P(uw)687.0736.0474.0291.0104.029.200.8500u(v)1.191.260.910.670.430.340.25I (A)0.0230.0240.0170.0130.0080.0060.0049378147七、实验心得通过本次实验，了解数字光发射机平均输出光功率和消光比的指标要求， 通过动手操作，掌握了数字光发射机平均输出光功率和消光比的测试方法，为以 后的学习奠定了基础。2015年1月10日
