本科實驗報告 課程名稱： 光纖通信 實驗項目：半導體激光器P-I特性測試實驗 實驗地點： 專業班級： 學 號： 學生姓名： ALXB 指導教師： 年 月 日實驗一 半導體激光器P-I特性測試實驗 1、 實驗目的1、學習半導體激光器發光原理和光纖通信中激光光源工作原理2、了解半導體激光器平均輸出光功率與注入驅動電流的關系3、掌握半導體激光器P（平均發送光功率）-I（注入電流）曲線的測試方法二、實驗儀器1、ZY12OFCom13BG3型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、FC/PC-FC/PC單模光跳線1根4、萬用表1臺5、連接導線 20根三、實驗原理半導體激光二極管（LD）或簡稱半導體激光器，它通過受激輻射發光，是一種閾值器件。處于高能級E2的電子在光場的感應下發射一個和感應光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射，所謂一模一樣，是指發射光子和感應光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，它和感應光子是相干的。由于受激輻射與自發輻射的本質不同，導致了半導體激光器不僅能產生高功率（10mW）輻射，而且輸出光發散角窄（垂直發散角為3050，水平發散角為030），與單模光纖的耦合效率高（約3050），輻射光譜線窄（0.11.0nm），適用于高比特工作，載流子復合壽命短，能進行高速信號（20GHz）直接調制，非常適合于作高速長距離光纖通信系統的光源。 P-I特性是選擇半導體激光器的重要依據。在選擇時，應選閾值電流盡可能小，對應P值小，而且沒有扭折點的半導體激光器。這樣的激光器工作電流小，工作穩定性高，消光比大，而且不易產生光信號失真。并且要求P-I曲線的斜率適當。斜率太小，則要求驅動信號太大，給驅動電路帶來麻煩；斜率太大，則會出現光反射噪聲及使自動光功率控制環路調整困難。半導體激光器可以看作為一種光學振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機制，也即激活介質處于粒子數反轉分布，而且產生的增益足以抵消所有的損耗。將開始出現凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來標定閾值條件，也即閾值電流。在實驗中所用到半導體激光器輸出波長為1310nm，帶尾纖及FC型接口。半導體激光器作為光纖通信中應用的主要光源其性能指標直接影響到系統傳輸質量，因此PI特性曲線的測試了解激光器的性能是非常重要的，半導體激光器驅動電流的確定是通過測量串聯在電路中的R110上的電壓值。電路中的驅動電流在數值上等于R110兩端電壓與電阻之比。為了測試更加精確，實驗中先用萬用表測出R110的精確值，計算得出半導體激光器的驅動電流，然后用光功率計測的一定驅動電流下半導體激光器發出激光的功率，從而完成PI特性的測試，并可根據PI特性得出半導體激光器的斜率效率。圖1 LD半導體激光器P-I曲線示意圖四、實驗內容1、測量半導體激光器輸出功率和注入電流，并畫出P-I關系曲線。2、根據PI特性曲線，找出半導體激光器閾值電流，計算半導體激光器斜率效率。五、實驗步驟1、將光發模塊中的可調電阻W101逆時針旋轉到底，使數字驅動電流達到最小值。2、用萬用表測得R110電阻值，找出所測電壓與半導體激光器驅動電流之間的關系（VIR110）。3、撥動雙刀三擲開關，BM1選擇到半導體激光器數字驅動，BM2選擇到1310。4、旋開光發端機光纖輸出端口（1310nm T）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導體激光器與光功率計輸入端連接起來，并將光功率計測量波長調整到1310nm檔。5、連接導線：將T502與T101連接。6、連接好實驗箱電源，先開交流電源開關，再開直流電源開關，即按下K01，K02 (電源模塊)，并打開光發模塊和數字信號源的直流電源（K10與K50）。7、用萬用表測量R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104）。8、慢慢調節電位器W101，使所測得的電壓為下表中數值，依次測量對應的光功率值，并將測得的數據填入下表。9、做完實驗后先關閉光發模塊（K10），然后依次關掉各直流開關（電源模塊），以及交流電開關。10、拆下光跳線及光功率計，用防塵帽蓋住實驗箱半導體激光器光纖輸出端口，將實驗箱還原。11、將各儀器設備擺放整齊。六、實驗步驟1、根據實驗記錄數據，算出半導體激光器驅動電流，畫出光功率與注入電流的關系曲線。LD的P-I特性測試表U(mV)12345678I(mA)0.951.92.863.814.765.716.677.62P(uW)0.031.4511.2120.2630.2340.3550.359.6U(mV)910121416182022I(mA)8.579.5211.4313.3315.2417.1519.0520.95P(uW)70.8980.45100.8121.1141.2161.7180.5201.2U(mV)2426283032343638I(mA)22.8624.7626.6728.5730.4832.3834.2936.19P(uW)219.1239.1260.6281.2301.9322.1341.1360.82、 根據所畫的P-I特性曲線，找出半導體激光器閾值電流的大小。圖2 P-I特性曲線由上圖可知半導體激光器閾值電流=5mA.3、根據P-I特性曲線，求出半導體激光器的斜率效率為，當時，。七、注意事項1、半導體激光器驅動電流不可超過40mA，否則有燒毀激光器的危險。2、由于光功率計，光跳線, 光功率計等光學器件的插頭屬易損件，使用時應輕拿輕放，切忌用力過大。八、 思考題1、試說明半導體激光器發光工作原理。答：半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質(既利用電子)在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產生光的輻射放大，輸出激光。半導體激光二極管（LD）或簡稱半導體激光器，它通過受激輻射發光，（處于高能級E2的電子在光場的感應下發射一個和感應光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射2、環境溫度的改變對半導體激光器P-I特性有何影響？答：隨著溫度的上升，閾值電流越來越大，功率隨電流變化越來越緩慢。3、分析以半導體激光器為光源的光纖通信系統中，半導體激光器P-I特性對系統傳輸性能的影響。答：當注入電流較小時，激活區不能實現粒子束反轉，自發發射占主導地位。，激光器發射普通的