半导体激光器pi特性测试实验

1、太原理工大学现代科技学院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装3.掌握半导体激光器R（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.ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱丄台.2.光功率辻丄台3.FC/PC-FC/PC单模光跳线丄一根4.万用表1.台.5.连接导线20根三、实验原理半导体激光二极管一GD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，处于高能级

2、E2的电子在光场的感应下发射二个和感应光壬二模二样的光子，而跃迁到低能级耳，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，一它和感应光子是线相干的。是二种阈值器件。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-能产生高功率一一（去LOmW）_辐射，一而且输出光发散角窄一一（垂直发散角为一30二_50,一水平发散角为_0一二30一），与单模光纤的耦合效率高（约一30%二50%）,_辐射光谱线窄（AA一三0.1二丄.0nm）,一一适用于高上比特工作,载流子复合寿命短，能进行高速信号（20GHz）直接调制，韭常适合于作高速

3、长距离光纤通信系统的光源。P丄特性是选择半昱体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流幕尽可能小，幕对应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）一大，而且不易产生光信号失真。并且要求P-L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2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2一一就必须要有光放大机制，一也即激活介质处于粒子数反转

4、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一家，当输入电流小于也时，一其输出光为韭相干的荧光2一类似于LEDthth发出的光，当电流大于-Ih时，一输出光为激光2-一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。在实验中所用至半导体激光器输出波长为131Qnm,带尾纤及FC型接口。半导体激光器作为光纤通信虫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丄因此匕L特性曲线的测试了解激光器性能是韭常重要的。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R11

5、Q上电压值。-电路中的驱动电流在数值上等于R11Q.两端电压与电阻值之上匕。为了测试更加精确，一实验中先用万用表测出R110的精确值（将BM1、BM2都拨到中档，用万用表的欧姆档测T1Q3、T1Q4之间的电阻），计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率辻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。并可根据一P-I特性得出半导体激光器的斜率效率。图1-1LD半导体激光器P-I曲线示意图四、实验内容测量半导体激光器输出功率和注入电流-并画出一P-I关系曲线。根据P-I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。五、实验步骤及结果将光发模块中的可週电

6、阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。用万用表测得R1丄0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JV=IR11）.o.经实验测得R110=1.8.n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。旋开光发端机光纤输出端口（13丄0nm-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。连接导线：将T502与T1OL连接。连接妊实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流一电源开关，即按下K01,K02（电源模块），并扛开光发模块（K1QL和数字信号源（K50L的直流电源。用万用表

7、测量R110两端-电压（红表笔插T103,黑表笔插T1Q4）。8慢慢週节电位器WL01,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一（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、实验报告一1根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。测得电阻为丄.7QJU(mV)123456789101214I(mA)052L05L572126：31E68L247：523R36

8、P(uW)0.06423L675499)3L3L9140.W.22M.280.332P(dBm-)53.-B8.-L19.-165-21.410.-9-856T&b3-15-L98U(mV)161820222426283032343638I(mA)842).41051251玄66&蓝785847鯉94Z0P(uW)4024.15B594.62.1.69175083(903112984945.8P(dBn-311-2-1麹題61)24).0(21L.19).2D.372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3.根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。七、注意事项1

9、.半导体激光器驱动电流丕可超过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，切忌用力一过.八、思考题1.试说明半导体激光器发光工作原理。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半昱体物质（既利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。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，（处于高能级一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，而跃迁到低能级屛，这个过程称为光的受激辐射2，环境温度的改变对半导体激光器P-I.特性有

10、何影响?随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。,3,分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统虫，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。当注入电流较小时，激活区丕能实现粒子束反转，自发发射占主昱地位。激光器-发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还丕足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等.引起的谐振腔的损耗时，丕能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。九、实验感想在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题