09光信专业实验A1-光纤部分-实验讲义电子版.pdfVIP

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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)

1

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。

ththth

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

2

光电子专业实验

阈值电流是评定半导体激光器性能的一个主要参数,本实验采用两段直线拟合法对其进行

测定。如图2所示,将阈值前与后的两段直线分别延长并相交,其交点所对应的电流即为阈值

电流I。

th

图2:两段直线拟合法测量LD阈值电流

发光效率是描述LED和LD电光能量转换的重要参数,发光效率可分为功率效率和量子效率。

功率效率定义为发光功率和输入电功率之比,以η表示。量子效率分为内量子效率和外量子效

ω

率。内量子效率定义为单位时间内辐射复合产生的光子数与注入PN结的电子-空穴对数之比。

外量子效率定义为单位时间内输出的光子数与注入到PN结的电子-空穴对数之比。

(2)LED和LD的光谱

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