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光纤通信实验箱--半导体LD光源的P-I曲线绘制实验


一、实验目的
1.了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系;
2.掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。
 
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱
2.20M双踪示波器
3.光功率计
4.电流表。
5.小平口螺丝刀
6.信号连接线   1根
 
三、实验原理
1.半导体激光器的功率特性示意图:

半导体激光器的输出光功率P与驱动电流I的关系如图1.3所示,该特性有一个转折点,相应的驱动电流称为门限电流(或称阀值电流),用Ith表示。在门限电流以下,激光器工作于自发辐射,输出荧光,功率很小,通常小于100pw;在门限电流以上,激光器工作于受激辐射,输出激光,功率随电流迅速上升,基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性,但由于双异质结包含两个PN结,所以在正常工作电流下激光器两极间的电压为1.2V。
    P-I特性是选择半导体激光器的重要依据,在选择时,应选阀值电流Ith尽可能小,Ith对应P值小的半导体激光器,这样的激光器工作电流小,工作稳定性高,消光比大,而且不易产生光信号失真。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,则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。
半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点,微小的电流变化会导致光功率输出变化,是光纤通信中最重要的一种光源,激光二极管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阀值条件。一般用注入电流值来标定,也即阀值电流Ith,当输入电流小于Ith时,其输出光为非相干的荧光,类似于LED发出光,当电流大于Ith时,则输出光为激光,且输入电流和输出光功率成线性关系。该实验就是对该线性关系进行测量,以验证P-I的线性关系。
在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm,带尾纤及FC型接口。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在光端机信号输入电路中电流表的电流值。

四、实验步骤
1.关闭系统电源,按照图2.2将激光/探测器性能测试模块、光功率计、电流表连接好。
2.将电流表(直流档)接TP202,TP203,正表笔接TP202,负表笔接TP203,将K02跳线器拔掉。用尾纤将光功率计与TX1310法兰输出相连。
3.用锚孔连接线将P201信号输入口接电源模块的“GND”铆孔。
4. 将跳线器K01拔掉,K03跳线插入右侧(无APC调整),加电后即可开始实验。
5. 按照下表调整W202,达到相应的电流值(顺时针调激光管输入电流减小),测出与电流相对应的光功率。
 
电流I(mA) 4.6 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
功率P(dB)                    
电流I(mA) 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 13.0 13.5 14.0 15.0
功率P(dB)                    
 
7.以横轴为为电流I,纵轴为功率P,按照上表画出其相应的P-I曲线。
另外,如果配置了LED扩展模块(选配),可以测试LED光源的P-I曲线。
8.测试完毕后,关闭系统电源,拆除各光器件并套好防尘帽,插好恢复K01、K02跳线器。
注:如对激光\探测器性能测试模块的各个测试调节点功能不熟悉,请参见附录三 “激光\探测器性能测试模块介绍”。
 
五、实验结果
1.整理P、I数据,绘制P-I曲线。
2.若配置的LED的850nm光传输系统模块,测试LED光源的P-I曲线,对比测试的1310nmLD的P-I曲线有什么不同,得出你的结论
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