实验2 光纤光学与半导体激光器的电光特性.doc

实验二光纤光学与半导体激光器的电光特性

实验二光纤光学与半导体激光器的电光特性

实验内容与目的
1、半导体激光器的电光特性与阈值电流
用功率指示计测量半导体激光器在不同工作电流下的输出功率，求出阈值电流。了解掌握半导体激光器的使用方法和电光特性。
2、光纤光学
以可见光半导体激光器作为光源，通过一套五维调整机构将激光耦合进光纤，激光在光纤中传输一定距离后从光纤的另一端输出，通过对输出光的测量和观察，了解掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法，进一步理解和巩固光学的基本原理和知识。对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。实验内容有：1）光纤的端面处理。2）光纤的耦合与藕合效率的测量。3）光纤的激励模式。4）光在光纤中的传输时间的测定，并根据光纤长度推算出光在光纤在的传输速率和纤芯的折射率。5）模拟信号（音频）的调制、在光纤中的传输、接受、放大与解调还原。
实验仪器
1．GX1000光纤实验仪2．光学实验导轨（800mm）3．半导体激光器+二维调整架
4．三维光纤调整架+光纤夹5．光纤（200m）6．光纤座+磁吸
7．光探头+二维调整8．功率指示计9．光纤刀10．显示屏11．一维位移架+12档光栏头12．示波器13．音频信号源
设备的安装
将导轨平稳地放置在一个坚固、稳定的平台上。
在导轨的一端（底角附近）放置半导体激光器调整架和三维光纤调整架，另一端放置光纤座和二维可调光探头。
粗调各调整架的高度，使其高度大致相等。
将半导体激光器与实验仪发射板的输出口相连，输出波形通过信号线与示波器CH1通道相连。二维光探头与接收板上的输入口相连，输出波形（解调前）通过信号线与示波器CH2通道相连。模拟音频信号接入音频输入端。
将功率指示计探头与功率指示计相连，待用。
将实验仪后面板上的喇叭开关置于关状态。
实验项目及步骤
（一）半导体激光器的电光特性
将实验仪功能档置于“直流”档。用功率指示计探头换下三维光纤调整架。
打开实验仪电源，将电流旋钮顺时针旋至最大。
调整激光器的激光指向，使激光进入功率指示计探头，使显示值达到最大。
逆时针旋转电流旋钮，逐步减小激光器的驱动电流，并记录下电流值和相应的光功率值。
绘出电流—功率曲线，即为半导体激光器的电光特性曲线。曲线斜率急剧变化处所对应的电流即为阈值电流。
注意：为防止半导体激光器因过载而损坏，实验仪中含有保护电路，当电流过大时，光功率会保持恒定，这是保护电路在起作用，而非半导体激光器的电光特性。
（二）光纤的端面处理和夹持。
用光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层（如没有剥皮钳，可用刀片小心的刮去涂覆层），长度约10mm。
在5mm处用光纤刀刻划一下。用力不要过大，以不使光纤断裂为限。
在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。处理过的光纤不应再被触摸，以免损坏和污染。
将光纤的一端小心的放入光纤夹中，伸出长度约10mm，用簧片压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁紧。
将光纤的另一端放入光纤座上的刻槽中，伸出长度约10mm，用磁吸压住。
（三）光纤的耦合与模式。
将实验仪功能档置于直流档。
调整激光的工作电流，使激光不太明亮，用一张白纸在激光器前前后移动，确定激光焦点的位置。（激光太强会使光点太亮，反而不宜观察。）
通过移动三维光纤调整架和调整Z轴旋钮，使光纤端面尽量逼近焦点。
将激光器工作电流调至最大，通过仔细调整三维光纤调整架上的X轴、Y轴、Z轴旋钮和激光器调整架上的水平、垂直旋钮，使激光照亮光纤端面并耦合进光纤。用功率指示计监测输出光强的变化，反复调整各旋钮，直到光纤输出功率达到最大为止。
记下最大功率值。此值与输入端激光功率之比即为耦合效率（不计吸收损耗）。
取下功率指示计探头，换上显示屏，轻轻转动各耦合调整旋钮，观察光斑形状变化（模式变化）。
轻轻触动或弯曲光纤，观察光斑形状变化（模式变化）。
（四）传输时间的测量
如实验（二）、（三）1~4步所述，将激光耦合进光纤，并使输出达到最大。
用二维可调光探头取代原来的功率指示计探头。
用信号线将实验仪发射板中输出波形与双踪示波器的CH1通道相连。
用信号线将实验仪接收板中输入波形（解调前）与示波器的CH2通道相连。
示波器触发拨到CH1通道，显示键置于双踪同时显示（Dual）。
将实验仪功能键置于“脉冲频率”档，电流置于最大。
打开示波器电源，CH1的电压旋钮置于“2V/Div”档上，时间周期旋钮置于10μS/Div，旋转“脉冲频率”旋钮，在示波器上应可看到一定频率的方波。
调整实验仪上的“脉冲频率”旋钮，使脉冲频率约为50KHz。
CH2的电压旋钮也置于“2V/Div”档上，观察CH2通道上的波形，并同时调整二维可调探头的位置和光纤输出端面之间的距离，使CH2的波形尽量成为矩形波。
10，将“扫描频率”置于1μS/Div档，仔细调整“脉冲