半导体激光器P-I特性测试实验.doc

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、ZY120FCom23BH1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，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、半导体发光二极管、固体激光器和 气体激光器等。但是对于光线通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外， 机会无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。 半导体激光二极管或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值 期间。处于高能级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，这个过程称为光的受激辐射，所以一模一样，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 感应光子是相关的。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，（）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为 30~，水平发散角为0~），与单模光纤的耦合效率高（约30%~50%）， 辐射光谱线窄（=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，非常适合于做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Ith、输出功率P0、微分转换效率 、峰值波长、光束发散角、脉冲响应时间tr。tf等。除上述特性参数外， 有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。 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Ith。半导体激光器可以看做为一种光学振 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。 P-I特性是半导体激光器最重要的特性。当注入电流增加时，输出光功率也 随之增加，在达到Ith之前半导体激光器输出荧光，到达Ith之后输出激光，输 出光子的增量与注入电子书的增量之比见式1-1。 （1-1） 就是图1-1激射时的斜率，h是普朗克常数（），v为辐射跃迁情况下，释放出的光子频率。 图1-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图 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，消光比小，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，则会出现反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm，及FC型接口。其典型参数如下表1-1： Parameter 参数 Symbol 符号 Min 最小值 Typ 典型值 Max. 最大值 Unit 单位 Central Wavelength 中心波长 1280 1310 1340 nm Spectral Width RMS 谱线宽度 2 5 nm Th