半导体激光器特性测试实验

太原理工大学现代科技学院光纤通信 课程 实验报告专业班级学 号姓 名指导教师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2 姓名成绩一、实验且的二L.学习一半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 一一2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 一3.掌握半导体激光器P（平均发送光功率）丄（注入电流）曲线的测试方法装 二、实验仪器 1.ZYE43QLG型光纤通信原理实验箱1 台2光功率计1. 台3.FC/PC-FC/PC 单摸光跳线1.根4万用表一 1. 台5连接导线 20根三、实验原理半导体邀光二极管（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二模一样的光子，而跃迁到低能级E1,这个过程称为光的受邀辐射，所谓 一摸一样，是指发射光子和感应光子丕仅频率相同，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。一一是二种阈值器性。由于受激辐射与自发辐射的本质丕同，导致了半导体激光器不仅能产生高 功率（N10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为一 3Qi50,水平发散角为一 0=30）,与单模光纟壬的耦合效率高（约30一二50一）,辐射光谱线窄（a=0._1二丄.Qnm）,适用于高比特工作，载流子复合 寿命短，一能进行高速信号（2_0GHz）直接调制，一韭常适合于作高速长距离光纤通信系一统的光源。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R值小， 而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工隹电流小，工隹稳定性高，消光上匕大，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週整困难。半昱体激光器具有高功率密度和极高量子效 率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信史最重要的一种光源，半导体邀光器可以 看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要一有光放大机制，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。二般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流I th,当输入电流小于Ith时，其输出光为韭相干的荧光，类似于LED发出的光，当 电流大于-Ith时一，-_输-出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系一。-该实验就是对该线性关系进行测量， 以测试半昱体激光器的P-I线性关系。在实验中所用到半导体邀光器输出波长为.1310nm，带尾纤及FC型 接口。半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源，其性能指标直接影响到系统传输数据的质量，因此 P-I特性曲线的测试了解邀光器性能是非常重要的。半导体激光器驱动电流的确定是通过测量串联在电路中 的一 R110上电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻值之比。为了测试更力n精确，实 验中先用万用表测出R110 的精确值,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P-I特性得出半昱体激光器的斜率 效率。四、实验内容一一L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，找出半导体激光器闭值电流，计算半导体激光器斜率效率。五、实验步骤一一1将光发摸块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。2.用万用表测得R110 一电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动一电流之间的关系（V三IR11Q）。一一一3.拨动双刀三掷开关,BML选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到一 1310。4.旋开光发端机光纤输出端口（131QnmT）防尘帽，用FCFC光纤跳线将半导体激光器与光功率辻输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到 1310nm.档。5.连接导线：将 T502 与. T10L 连接。6.连接妊实验箱电源，先开交流电源开关,再开直流电源开关,即按下K0L,K02（电源模块），.并打开光发模块（K10）和数字信号源（K50）的直流电源。7.用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。8-慢慢调节电位器一 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99做完实验后先关闭光发模块电源（KL0）,然后依次关掉各直流开关（电源模块一，以及交流电开关。10.拆下光跳线及光功率辻，用防尘帽盖住实验箱半昱体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。一一11-将各仪器设备摆放整齐。六、实验结果丄根据实验记录数据，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。一一一实验过程中测得-RL10-的阻值为-1.3 一根据卫=IR，得电流的大小。U(mV)123456789101214I(mA)0.6171.2341.8512.4693.0863.7034.3204.9385.5556.1727.4078.641P (p W)00.0020.2120.8231.4032.0352.5983.2473.7414.3105.6006.779-37.2-29.5-26.3P (dBm)0-60.13-32.128-27.280-25.12-24.66-23.79-22.93-22.10U(mV)16182022242628303234363811.1112.3413.5814.8116.0417.2822.2223.45I(mA)9.87615049318.51819.75320.972610.2311.3312.5513.9114.7717.4218.0118.79P (p W)7.9929.0100000015.62016.380000-21.2-20.8-20.1-19.1-18.3P (dBm)110-19.733-18.939-18.01-17.93-17.58-17.33-17.262.根据所画的P丄特性曲线，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-丿思考题丄试说明半导体激光器发光工作原理。答：半导体激光器发光工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，一利用一谐振腔的勺正 反一馈，实现光放大 而产生激光震荡。-2环境温度的改变对半导体激光器一 P-1特性有何影响?-答：激光器的阈值电流随温度升高而增大，处围分子量效率随温度升高而减小，温度升髙时，电流增 大，外卜围分子量效率减小，输出光功率明显下降。.3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-丄特性对系统传输性能的影响。一一 答:P-I特性是选择半导体邀光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小，对应P一值小， 而且没有扭折点的半导体邀光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且丕易产生光 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週整困难