半導體激光器P-I特性測試實驗

1、太原理工大學學生實驗報告學院名稱信息工程學院專業(yè)班級信息0802實驗成績學生姓名學號實驗日期2011.12課程名稱光纖通信實驗題目半導體激光器P-I特性測試實驗實驗記錄：一、 實驗目的1. 學習半導體激光器發(fā)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(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測試方法二、 實驗儀器1. ZY12OFCom13BG型光纖通信原理實驗箱1臺2. 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

2、通過受激輻射發(fā)光，（處于高能級E2的電子在光場的感應下發(fā)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(fā)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。）是一種閾值器件。由于受激輻射與自發(fā)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(fā)散角窄（垂直發(fā)散角為3050，水平發(fā)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(tǒng)的光源。P

3、-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Ith盡可能小，Ith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(wěn)定性高，消光比（測試方法見實驗四）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(huán)路調整困難。半導體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點，微小的電流變化會導致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，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

4、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Ith，當輸入電流小于Ith時，其輸出光為非相干的熒光，類似于LED發(fā)出的光，當電流大于Ith時，輸出光為激光，且輸入電流和輸出光功率成線性關系。該實驗就是對該線性關系進行測量，以測試半導體激光器的P-I線性關系。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(tǒng)傳輸數據的質量，因此P-I特性曲線的測試了解激光器性能是非常重要的。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上電壓值。電路中的驅動電流在數值

5、上等于R110兩端電壓與電阻值之比。為了測試更加精確，實驗中先用萬用表測出R110的精確值(將BM1、BM2都撥到中檔，用萬用表的歐姆檔測T103、T104之間的電阻)，計算得出半導體激光器的驅動電流，然后用光功率計測得一定驅動電流下半導體激光器發(fā)出激光的功率，從而完成P-I特性的測試。并可根據P-I特性得出半導體激光器的斜率效率。I(mA)P(mW)Ith圖1-1 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、 實驗步驟及結果1. 將光發(fā)模塊中的可調

6、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）。經實驗測得 R110=1.83. 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(fā)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(fā)模塊（K10）和數字信號源（K50

7、）的直流電源。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(jié)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(fā)模塊電源（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、 實驗報告1. 根據實驗記錄數據，算出半導體激光器驅動電流，畫出相應的光功率與注入電流的關系曲線。(測得電阻為1.7)2. 根據所畫的P-I特性曲線，找出半導體激光器閾值電流Ith的大小

8、。3. 根據P-I特性曲線，求出半導體激光器的斜率效率。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(fā)光工作原理。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(fā)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(fā)光，（處于高能級E2的電子在光場的感應下發(fā)射一個和感應光子一模一樣的光子，而躍遷到

9、低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射2. 環(huán)境溫度的改變對半導體激光器P-I特性有何影響？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(tǒng)中，半導體激光器P-I特性對系統(tǒng)傳輸性能的影響。 當注入電流較小時，激活區(qū)不能實現粒子束反轉，自發(fā)發(fā)射占主導地位。，激光器發(fā)射普通的熒光。隨著注入電流的增加，激活器里實現了粒子束反轉，受激輻射占主導地位。但當注入電流小于閾值電流時，諧振腔內的增益還不足以克服如介質的吸收、鏡面反射不完全等引起的諧振腔的損耗時，不能在腔內建立起振蕩，激光器只發(fā)射較強熒光。只有當注入電流大于閾值電流時，才能產生功率很強的激光。九、 實驗感想 在這次實驗中，我學到很多東西，加強了我的動手能力，并且培養(yǎng)了我的獨立思考能力。在實驗的過程中我們要培養(yǎng)自己的獨立分析問題，和解決問題的能