[理学]光纤通信实验讲义.pdf

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[理学]光纤通信实验讲义

《光纤通信原理与技术》 光纤通信原理与技术实验讲义 实验1 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 三、实验仪器 1、ZY12OFCom23BH1 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、FC 接口光功率计 1 台 3、FC-FC 单模光跳线 1 根 4、万用表 1 台 5、连接导线 20 根 四、实验原理 光源是把电信号变成光信号的器件,在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光 源是保证光纤通信可靠工作的关键。 光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面:首先,光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内, 要求材料色散较小。其次,光源输出功率必须足够大,入纤功率一般应在 10 微瓦到数毫瓦之间。第三, 光源应具有高度可靠性,工作寿命至少在 10 万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四,光源的输 出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五,光源应便于调制,调制速率应能适应系统的要求。第六,电 —光转换效率不应太低,否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七,光源应该省电,光源的体积、重量 不应太大。 作为光源,可以采用半导体激光二极管(LD,又称半导体激光器)、半导体发光二极管(LED)、固体激 光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说,除了少数测试设备与工程仪表之外,几乎无例外地采 用半导体激光器和半导体发光二极管。 本实验简要地介绍半导体激光器,若需详细了解发光原理,请参看各教材。 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,是一种阈值器件。处于高能级 E 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 E ,这个过程称为光的受 2 1 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。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=0.1~1.0nm),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。 半导体激光器的特性,主要包括阈值电流 I 、输出功率 P 、微分转换效率 η、峰值波长 λp、光束发 th 0 散角、脉冲响应时间 t 、t 等。除上述特性参数之外,有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列 r f 22 光纤通信原理与技术实验讲义 入特性参数。 阈值电流是非常重要的特性参数。图 1-1 上A段与 B 段的交点表示开始发射激光,它对应的电流就是 阈值电流 I 。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 th 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

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