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光电子专业实验

特别注意事项：本电子讲义供同学们预习；为节约纸张

起见，每位同学只需打印或复印各实验中关于实验步骤

部分的页码（具体为本电子讲义的第5、9、10、12、14、

15页）并带来实验室，以便对照操作。

专业实验A(1)—光纤部分（实验4号楼603室）

实验一半导体激光器P-I特性曲线测量………………….（2）

实验二光纤无源器件参数测量…………….（6）

实验三光纤时域反射测量（OTDR）……（12）

实验四语音、图像光纤传输及波分复用（WDM）……（15）

附录：主机使用说明……………….（18）

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光电子专业实验

实验一半导体激光器P-I特性曲线测量

一、实验目的：

1.了解半导体光源和光电探测器的物理基础；

2.了解发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)的发光原理和相关特性；

3.掌握有源光电子器件特性参数的测量方法；

二、实验原理：

光纤通信中的有源光电子器件主要涉及光的发送和接收，发光二极管(LED)和半导体激光二

极管(LD)是最重要的光发送器件，PIN光电二极管和APD光电二极管则是最重要的光接收器件。

1．发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)：

LED是一种直接注入电流的电致发光器件，其半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低

能级时发射出光子，属自发辐射跃迁。LED为非相干光源，具有较宽的谱宽(30～60nm)和较大

的发射角(≈100°)，常用于低速、短距离光波系统。

LD通过受激辐射发光，是一种阈值器件。LD不仅能产生高功率(≥10mW)辐射，而且输出光

发散角窄，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(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。

使粒子数反转从而产生光增益是激光器稳定工作的必要条件，对于处于泵浦条件下的原子

系统，当满足粒子数反转条件时将会产生占优势的(超过受激吸收)受激辐射。在半导体激光器

中，这个条件是通过向P型和N型限制层重掺杂使费密能级间隔在PN结正向偏置下超过带隙实

现的。当有源层载流子浓度超过一定值(称为透明值)，就实现了粒子数反转，由此在有源区产

生了光增益，在半导体内传播的输入信号将得到放大。如果将增益介质放入光学谐振腔中提供

反馈，就可以得到稳定的激光输出。

(1)LED和LD的P-I特性与发光效率：

图1是LED和LD的P-I特性曲线。LED是自发辐射光，所以P-I曲线的线性范围较大。LD

有一阈值电流I，当II时才发出激光。在I以上，光功率P随驱动电流I线性增加。

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图1：LD和LED的P-I特性曲线

(a)LD的P-I特性曲线(b)LED的P-I特性曲线

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