实验三、半导体光源的动态特性测试.pdfVIP

【实验目的】 半导体光源的动态特性测试 【实验目的】 1．了解半导体光源（LED、LD）的工作原理及特性； 2．熟悉半导体光源（LED、LD）动态参数——上升/下降时间的定义，以及影响该参数特 性的因素； 3．掌握半导体光源（LED、LD）动态特性的测试方法和数据的处理方法。 【实验仪器】 宽带低速 E/O装置和宽带高速 E/O装置各一台，500M高速取样示波器和网络分析仪各 一台 【实验原理】 半导体光源是光纤通信中最常见的光源，包括发光二极管（LED）和半导体激光器（LD） 两种。 1. 发光二极管（LED）基本工作原理 LED是由 III −IV 族化合物，如 GaAs、GaP、GaAsP 等半导体制成的，其核心是 PN结。 要使 LED发光，构成有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的电子和空穴能够 直接复合而发射出光子。在正向电压下，电子由 N区注入P区，空穴由P区注入 N区。进入 对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图 1所示。 假设发光是在 P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发 光中心捕获后，再与空穴复合发光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子 效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近 PN结面数 μm以内产生。 另外需要说明的是，对于大量处于高能级的粒子各自分别自发发射角频率为ν E / h g 的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系和偏振方向，并且各个离子所发射的光沿所有 可能的方向传播，因此 LED的发光是自发辐射。理论和实践均证明，光的峰值波长 λ与发光 区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即 1.24 λ （1） E g 2. 半导体激光器（LD）的工作原理 - 1 - 与 LED 一样，为了提高发光效率，制作半导体激光器的材料也必须是直接带隙材料。而 要形成稳定的激光，需要同时具备以下两个基本条件： （1）有源区形成粒子数反转分布； 带格式的: 项目符号和编号 （2）存在光学谐振机制，并在有源区建立起稳定的震荡。 当PN 结加上正向电压后，P区和N区注入的非平衡载流子在扩散过程中不断的复合而减 小，这种复合过程中所发出来的光，就形成了 LD 中的初始光场。但是这个初始光场来源于 自发辐射，频谱较宽，方向性差。为了得到单色性和方向性好的激光输出，必须构成光学谐 振腔，对谐振光波形成稳定的振荡和放大，通过光振荡利用光腔对其内光波频率或光谱成分 进行选择，以便发出能量集中、方向性和单色性好的激光。 在 LD 中，光振荡的形成主要有两种方式：用晶体天然解理面形成的法布里-珀罗（F-P） 腔建立稳定的光振荡；利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡，典型例 子是分布反馈（DFB）激光器。 3. 动态特性测试原理 本次试验中主要测试 LD 和LED 的上升时间/下降时间（t t ）。 r f 定义：上升 t 是指 LD 或LED 输出功率的脉冲响应时间，它是光脉冲从额定功率的 10% r 上升到 90%所需的时间，下降时间 tf 为光脉冲从额定光功率的 90%下降到 10%所需的时间， 如图2 所示。 图 2. 光脉冲的上升与下降时间 由于大容量光纤通信系统中普遍采用高速光脉冲信号，因而要求