半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)一 半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)半導(dǎo)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(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系3. 掌握半導(dǎo)體激光器P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測(cè)試方法二、 實(shí)驗(yàn)儀器1. ZY12OFCom13BG型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2. 光功率計(jì)1臺(tái)3. FC/PC-FC/PC單模光跳線1根4. 萬(wàn)用表1臺(tái)5. 連接導(dǎo)線20根三、 實(shí)驗(yàn)原理 半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器，它通過(guò)受激輻射發(fā)光，（處于高能級(jí)E2的電子在光場(chǎng)的感應(yīng)下發(fā)射一個(gè)和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級(jí)E1，這個(gè)過(guò)程稱為光的受激輻射，

2、所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應(yīng)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(yīng)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(zhì)不同，導(dǎo)致了半導(dǎo)體激光器不僅能產(chǎn)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(fù)合壽命短，能進(jìn)行高速信號(hào)（20GHz）直接調(diào)制，非常適合于作高速長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的光源。 對(duì)于線性度良好的半導(dǎo)體激光器，其輸出功率可以表示為Pe （1-1） 其中，這里的量子效率int，表征注入電子通過(guò)受激輻射轉(zhuǎn)化為光子的比

3、例。在高于閾值區(qū)域，大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的int接近于1。 1-1式表明，激光輸出功率決定于內(nèi)量子效率和光腔損耗，并隨著電流而增大，當(dāng)注入電流IIth時(shí)，輸出功率與I成線性關(guān)系。其增大的速率即P-I曲線的斜率，稱為斜率效率 （1-2） P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。在選擇時(shí)，應(yīng)選閾值電流Ith盡可能小，Ith對(duì)應(yīng)P值小，而且沒(méi)有扭折點(diǎn)的半導(dǎo)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(cè)試方法見(jiàn)實(shí)驗(yàn)四）大，而且不易產(chǎn)生光信號(hào)失真。并且要求P-I曲線的斜率適當(dāng)。斜率太小，則要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)太大，給驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)麻煩；斜率太大，則會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及使自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。半導(dǎo)體激

4、光器具有高功率密度和極高量子效率的特點(diǎn)，微小的電流變化會(huì)導(dǎo)致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，半導(dǎo)體激光器可以看作為一種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機(jī)制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。將開(kāi)始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來(lái)標(biāo)定閾值條件，也即閾值電流Ith，當(dāng)輸入電流小于Ith時(shí)，其輸出光為非相干的熒光，類似于LED發(fā)出的光，當(dāng)電流大于Ith時(shí)，輸出光為激光，且輸入電流和輸出光功率成線性關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)就是對(duì)該線性關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，以測(cè)試半導(dǎo)體激光器的P-I線性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中所用到半導(dǎo)體激光器輸出波長(zhǎng)為1310nm，帶尾纖及

5、FC型接口。半導(dǎo)體激光器作為光纖通信中應(yīng)用的主要光源，其性能指標(biāo)直接影響到系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此P-I特性曲線的測(cè)試了解激光器性能是非常重要的。半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流的確定是通過(guò)測(cè)量串聯(lián)在電路中的R110上電壓值。電路中的驅(qū)動(dòng)電流在數(shù)值上等于R110兩端電壓與電阻值之比。為了測(cè)試更加精確，實(shí)驗(yàn)中先用萬(wàn)用表測(cè)出R110的精確值(將BM1、BM2都撥到中檔，用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)T103、T104之間的電阻)，計(jì)算得出半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流，然后用光功率計(jì)測(cè)得一定驅(qū)動(dòng)電流下半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光的功率，從而完成P-I特性的測(cè)試。并可根據(jù)P-I特性得出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。I(mA)P(mW)Ith圖1

6、-1 LD半導(dǎo)體激光器P-I曲線示意圖四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測(cè)量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫(huà)出P-I關(guān)系曲線。2. 根據(jù)PI特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流，計(jì)算半導(dǎo)體激光器斜率效率。五、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻W101逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使數(shù)字驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到最小值。2. 用萬(wàn)用表測(cè)得R110電阻值，找出所測(cè)電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系（VIR110）。3. 撥動(dòng)雙刀三擲開(kāi)關(guān)，BM1選擇到半導(dǎo)體激光器數(shù)字驅(qū)動(dòng)，BM2選擇到1310。4. 旋開(kāi)光發(fā)端機(jī)光纖輸出端口（1310nm T）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導(dǎo)體激光器與光功率計(jì)輸入端連接起來(lái)，并將光功率計(jì)測(cè)量波長(zhǎng)調(diào)

7、整到1310nm檔。5. 連接導(dǎo)線：將T502與T101連接。6. 連接好實(shí)驗(yàn)箱電源，先開(kāi)交流電源開(kāi)關(guān)，再開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，即按下K01，K02 (電源模塊)，并打開(kāi)光發(fā)模塊（K10）和數(shù)字信號(hào)源（K50）的直流電源。7. 用萬(wàn)用表測(cè)量R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104）。8. 慢慢調(diào)節(jié)電位器W101，使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值，依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表。9. 做完實(shí)驗(yàn)后先關(guān)閉光發(fā)模塊電源（K10），然后依次關(guān)掉各直流開(kāi)關(guān)（電源模塊），以及交流電開(kāi)關(guān)。10. 拆下光跳線及光功率計(jì)，用防塵帽蓋住實(shí)驗(yàn)箱半導(dǎo)體激光器光纖輸出端口，將實(shí)驗(yàn)箱還原。11. 將各儀器設(shè)備擺放整齊。U(mV)123456789101214I(mA)P（uW）P（dBm）U(mV)161820222426283032343638I(mA)P（uW）P（dBm）六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，算出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流，畫(huà)出相應(yīng)的光功率與注入電流的關(guān)系曲線。2. 根據(jù)所畫(huà)的P-I特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流Ith的大小。3. 根據(jù)P-I特性曲線，求出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。七、 注意事項(xiàng)1. 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流不可超過(guò)40mA，否則有燒毀激光器的危險(xiǎn)。2. 由于光功率計(jì)，光跳線等光學(xué)