实验一-半导体激光器P-I特性测试实验

word 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。

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、ZY12OF13BG3型光纤通信原理实验箱 2、FC接口光功率计 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 4、万用表 5、连接导线

1台 1台 1根 1台 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一样，而且相位、偏振方向和传播方向都一样，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30～50°，水平发散角为0～30°〕，与单模光纤的耦合效率高〔约30％～50％〕，辐射光谱线窄〔Δλnm〕，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进展高速信号〔>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Ith。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Ith。

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Ith之前半导体激光器输出荧光，到达Ith之后输出激光，输出光子数的增量与注入电

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子数的增量之比见式1-1。

?d?(?P?Ie?P)()?? 〔1-1〕 hvehv?I，?为辐射?P?I就是图1-1激射时的斜率，h是普朗克常数〔6.625*10-34 焦耳秒〕

跃迁情况下，释放出的光子的频率。

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〔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，如此要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率 太大，如此会出现光反射噪声与使自动光图1-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图 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，带尾纤与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局部参数参考表

Parameter 参数 Central Wavelength 中心波长 Spectral Width RMS 谱线宽度 Threshold Current 阈值电流 Optical output power 输出功率 Forward Voltage 正向电压 Rise Time/Fall Time 上升/下降时间 ……

Symbol 符号 Min 最小值 1280 …… Typ 典型值 1310 2 8 …… Max. 最大值 1340 5 15 …… Unit 单位 nm nm mA mW V ns …… ? ?? Ith P0 Vf tr/tf …… 六、实验须知事项

1、半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否如此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

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word 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〔V＝IR110〕。

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，准确到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〕，以与交流电开关。

11、拆下光跳线与光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱复原。

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) I(mA) P〔uW〕 P〔dBm〕 U(mV) I(mA) P〔uW〕 P〔dBm〕 U(mV) I(mA) P〔uW〕 P〔dBm〕 1 9 24 2 10 26 3 12 28 4 14 30 5 16 32 6 18 34 7 20 36 8 22 38

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。

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。

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