1、1光纤通信原理实验报告实验室名称：光纤通信与通信电子线路实验室 实验日期：2014 年 12 月 12 日学 院 信息科学与工 程学院 专业、班 级 通信 1203 姓 名实验名称 光源的 P-I 特性测试实验 指 导教 师 教师评语 教师签名： 2014 年 12 月 12 日1、实验目的： 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 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 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： 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。 根据 P-I 特性曲线，找出半导体激光器阈值电流。
2、三、实验器材： 光纤通信原理实验箱 1 台 光功率计 1 台 FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 万用表 1 台 连接导线 20 根四、实验原理：半导体激光二极管（LD）简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，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 3050，水平发散角为 030），与单模光纤的耦合效率高（约 3050），辐射光谱线窄（0.11.0nm ），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。2P-I 特性是选择半
3、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，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较大变化，是光纤通信中最重要的一种光源；它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
4、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，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
5、 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。图 1-1 LD 半导体激光器 P-I 曲线示意图五、实验步骤：I(mA)P(m)W)Ith31、关闭系统电源，按如下说明进行连线：（1）用连接线将 2 号模块 TH7（DoutD）连至 25 号光收发模块的 TH2（数字输入），并把 2 号模块的拨码开关 S4 设置为“ON”，使输入信号为全 1 电平。（2）用光纤跳线连接 25
6、号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关 S1 打到“光功率计”。（3）用同轴电缆线将 25 号光收发模块 P4（光探测器输出）连至 23 号模块 P1（光探测器输入）。2、将 25 号光收发模块开关 J1 拨为“10”，即无 APC 控制状态。开关 S3 拨为“数字”，即数字光发送。3、将 25 号光收发模块的电位器 W4 和 W2 顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态； 4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】【光源的 P-I 特性测试】功能。5、用万用表测量 R7 两端的电压（测量方法：先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接 TP3，黑
7、表笔接 TP2）。读出万用表读数 U，代入公式 I=U/R7，其中 R7=33, 读出光功率计读数 P。六、实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：U(mV) 637 623 588 413 349 310P(uW) 346.4 333 309.6 188.4 144 103.4I(mA) 5.44 5.345 5.26 4.55 4.126 3.33U(mV) 274 219 23 17.3 18.6 20.1P(uW) 80.33 44.79 105.3 12.19 20.43 29.95I(mA) 2.93 2.04 4.58 0.78 1.098 1.494七、实验结果及分析：当注入电
8、流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。激光器发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时才能产生功率很强的激光。将上表所得实验结果进行分析，绘制 P-I 特性曲线可得其阈值电流大概在 2.5mA 左右，同时也可以得到 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，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调整困难。通过本实验，学习了解半导体激光器发光原理和激光光源工作原理，掌握了半导体激光器 P-I 曲线的测试方法。同时，我也学到了很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。5
