半导体激光器P-I特性测试实验.pdf

太原理工大学学生实验报告

学院名称信息工程学院专业班级信息0802实验成绩
学生姓名学号实验日期
课程名称光纤通信实验题目半导体激光器P-I特性测试实验

实验记录：

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、实验仪器

1.ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱1台
2.光功率计1台
3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根
4.万用表1台
5.连接导线20根
三、实验原理

半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高
能级E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
2
E，这个过程称为光的受激辐射。所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率
1
相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈
值器件。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（≥10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～
30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝～），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
合于作高速长距离光纤通信系统的光源。
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I尽可能小，
th
I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
th
定性高，消光比（测试方法见实验四）大，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，半导体激光器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I，当输入电流小于I时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED
thth
发出的光，当电流大于I时，输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系。
th
该实验就是对该线性关系进行测量，以测试半导体激光器的P-I线性关系。在实验中
所用到半导体激光器输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。
半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源，其性能指标直接影响到系统传输数据
的质量，因此P-I特性曲线的测试了解激光器性能是非常重要的。半导体激光器驱动
电流的确定是通过测量串联在电路中的R110上电压值。电路中的驱动电流在数值上
等于R110两端电压与电阻值之比。为了测试更加精确，实验中先用万用表测出R110
的精确值(将BM1、BM2都拨到中档，用万用表的欧姆档测T103、T104之间的电阻)，
计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光
器发出激光的功率，从而完成P-I特性的测试。并可根据P-I特性得出半导体激光器
的斜率效率。

P(mW)

I(mA)
Ith

图1-1LD半导体激光器P-I曲线示意图
四、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。
五、实验步骤及结果

1.将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。
2.用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（V
＝IR）。
110
经实验测得R110=Ω
3.拨动双刀三掷开关，BM1选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到1310。
4.旋开光发端机光纤输出端口（1310nmT）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光
器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。
5.连接导线：将T502与T101连接。
6.连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02(电
源模块)，并打开光发模块（K10）和数字信号源（K50）的直流电源。
7.用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。
8.慢慢调节电位器W101，使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，
并将测得的数据填入下表。
9.做完实验后先关闭光发模块电源（K10），然后依次关掉各直流开关（电源模块），
以