【实用】光纤通信实验指导书16k版 - 华侨大学信息科学与工程学院.pdf

华侨大学信息科学与工程学院光纤通信实验讲义
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、实验仪器
1. ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1台
2. 光功率计 1台
3. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根
4. 万用表(自带) 1台
5. 连接导线 20根
三、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,(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。)是一种阈值器件。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(≥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(Δλ=~),适用于高比特工作,载流子复合寿命短,能进行高速信
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。
对于线性度良好的半导体激光器,其输出功率可以表示为
ηω
Pe= η(I − I ) (1-1)
2q D th
η a
其中 int mir ,这里的量子效率ηint,表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。
η D =
amir + aint
在高于阈值区域,大多数半导体激光器的ηint接近于 1。
1-1式表明,激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗,并随着电流而增大,当注入电
流I>Ith时,输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率,称为斜率效率
dP ηω
e = η(1-2)
dI 2q D
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,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,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,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,
第 1 页电子与通信专业实验室
华侨大学信息科学与工程学院光纤通信实验讲义
当输入电流小于Ith时,其输出光为非相干的荧光,类似于LED发出的光,当电流大于Ith时,输
出光为激光,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。在实验中所用到半导体激光器输出波长为 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激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 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。为了测试更加精确,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,然后用光功率计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 特性得出半导体激光器的斜率效率。

P(mW)






I(mA)
Ith

图 1-1 LD 半导体激光器 P-I 曲线示意图
四、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。
五、实验步骤
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. 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