电子光信专业综合实验指导书2015.pdf

专业综合实验 电子科学与技术学院编 2015 ．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………………………………………………7 3 He-Ne 激光器的装调及纵模测量 …………………………………………………………14 4 He-Ne 激光器光束强度分布及其发散角的测量 …………………………………………23 5 用户线信令与无绳电话实验 ………………………………………………………………28 6 液晶的电光效应实验 ………………………………………………………………………36 7 CCD 应用技术基本实验 ………………………………………………………………… 44 8 缝宽或间隙的测量实验…………………………………………………………………… 47 9 光源与光纤耦合实验 ………………………………………………………………………51 10 光纤视频综合传输系统 ……………………………………………………………………55 11 光纤传感实验 ………………………………………………………………………………61 12 掺铒光纤放大器实验 ………………………………………………………………………70 13 光纤参数测量实验 …………………………………………………………………………76 14 单模光纤光纤数值孔径（NA ）的性质和测量实验 ………………………………………89 15 单模光纤的色散和损耗特性测量实验 ……………………………………………………92 16 光无源器件测试 ……………………………………………………………………………99 17 FPGA 可编程逻辑器件 QUARTUSII 使用实验…………………………………………108 18 4 位数码循环显示电路设计………………………………………………………………128 19 电梯控制器…………………………………………………………………………………132 20 交通控制器…………………………………………………………………………………139 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，外量子效应和外微分效应。 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，观察到截至区，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