光信实验指导书.pdf

光信专业综合实验 电子科学与技术学院编 2013 ．7 专业综合实验 1 半导体激光器的参数测量与调制特性………………………………………………………1 2 半导体激光泵浦固体激光器及其倍频和调Q………………………………………………8 3 He-Ne 激光器的装调及纵模测量 …………………………………………………………14 4 灯泵YAG 激光器综合实验…………………………………………………………………23 5 光学传递函数测量和透镜像质评价实验 …………………………………………………30 6 阿贝成像原理和空间滤波 …………………………………………………………………35 7 用光学方法实现图像相减 …………………………………………………………………38 8 彩色编码摄影实验 …………………………………………………………………………43 9 光纤近场和数值孔径参数测量 ……………………………………………………………48 10 光无源器件测试 ……………………………………………………………………………56 11 掺铒光纤激光器 ……………………………………………………………………………63 12 掺铒光纤放大器实验 ………………………………………………………………………69 13 光纤视频综合传输系统 ……………………………………………………………………75 14 光纤MZI 传感实验…………………………………………………………………………81 15 用户线信令与无绳电话实验 ………………………………………………………………90 16 液晶的电光效应实验 ………………………………………………………………………98 实验 1 半导体激光器的参数测量和调制特性 一、实验目的 1．通过测量半导体激光器工作时的功率、电压、电流，学生通过这些参数画出P-V 、P-I 、 I-V 曲线，让学生了解半导体的工作特性曲线。 2 ．学会通过曲线计算半导体激光器的阈值，以及功率效率，外量子效率和外微分效率。 并对三者进行比较。 3 ．内置四套方波信号或者外加信号直接调制激光器，通过调整不同的静态工作点，和输 入信号强度大小不同，观察到截止区，线性区，限流区的信号不同响应（信号畸变，线性无 畸变），了解调制工作原理。 4 ．测量激光器的调制带宽。 二、实验原理 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产 生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs ）、硫化镉（CdS ）、磷化铟(InP)、 硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质 结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。 半导体激光器具有体积小、效率高等优点，广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处 理等方面。 1．半导体激光器的结构与工作原理 现以砷化镓（GaAs ）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。半导体的能 带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价 电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带 称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中 可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴， 这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电 作用，统称为载流子。掺杂半导体与 p-n 结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如 果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主 能级和受主能级。 有施主能级的半导体称为 n 型半导体；有受主能级的半导体称这 p 型半导体。在常温下， 热能使 n 型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而 p 型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n 型半导 体主要由导带中的电子导电；p 型半导体主要由价带中的空穴导电。 半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n 型杂质原子数一般为 2～5×1018cm-1 ；