实验一-半导体激光器P-I特性测试实验.doc

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PI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、ZY12OFCom13BG3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。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（0.11.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（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，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。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。其典型参数如下表1-1： 表1-1 本实验半导体激光器的部分参数参考表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0.20.61.2mWForward Voltage正向电压Vf1.21.6VRise Time/Fall Time上升/下降时间tr/tf0.30.5ns六、实验注意事项1、半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则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（VIR110）。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1310。5、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，将数字信号码型拨成10101010，10101010，10101010。7、 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，精确到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），以及交流电开关。11、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。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PI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