半导体激光器噪声特性的电路模拟
单模半导体激光器的大信号等效电路模拟
《计算材料学》课程设计指导老师：江建军教授电子科学与技术系2004年6月单模半导体激光器的大信号等效电路模拟刘振一李敬兵李一安付本涛王赛军张翎易飞李鹏赵亮刘磊陈扬喻晶( 华中科技大学电子科学与技术系0110班武汉 430074 )摘要：本文介绍了单模半导体激光器的大信号等效电路模型，利用PSPICE中的网单文件描述方式实现了对该模型的模拟，并对其直流稳态特性及大信号调制特性进行了分析。
关键词： 单模半导体激光器 大信号等效电路模型 PSPICE模拟 Large-Signal Equivalent Circuit Model For Simulation OfSingle-Mode Semiconductor Laser DiodeAbstract: This paper describes the large-signal equivalent circuit model of single-mode semiconductor laser diode. The model is implemented using net-list in PSPICE. Its direct current characteristics and large signal response characteristics are analyzed.Keywords:S ingle-mode semiconductor laser diode, Large-signal equivalent circuit model, PSPICE simulation一 引言随着集成光电子学的发展，现代光纤通信对半导体激光器的各种性能要求越来越高。
这就导致了激光器的设计者通过各种计算机辅助设计软件来对其电路进行模拟，从而在不同情况下对其性能进行分析。
电路模拟的前提是建立能反应光电子器件的性能,并可以用等效的线性和非线性电路元件进行模拟的模型。
半导体激光器电学特性的测量实验
半导体激光器电学特性的测量实验一、测试实验原理半导体激光器的核心是PN 结，当用光照和电子束激励或电注入等方式使半导体中的载流子从平衡状态时的基态跃迁到非平衡状态时的激发态，此过程称为激发或激励，它的逆过程就是处于非平衡态激发态上的非平衡载流子回复到较低的能态而放出光子的过程，这就是复合辐射。
半导体发光器件的本质就是注入到半导体PN 结中的非平衡载流子——电子空穴对复合发光。
这是一种非平衡载流子复合的自发辐射，激光器则是上述的非平衡载流子的复合发光在激光器的具有增益的光介质谐振腔作用下形成相干振荡而输出激光，所以发光管的发光效率决定于半导体材料的自发辐射系数的大小。
激光器辐射发光除与材料的增益系数有关外还与谐振腔的特性和结构尺寸有关。
半导体材料的增益系数为：jm g β=β为增益因子，m 为与结构有关的指数，j 为电流密度。
激光器的阈值条件为：)/1()2/1(21R R L L a g n +=a 为腔内的其它损耗，Ｌ为腔长，1R 2R 为腔端面的反射系数，所以激光器的阈值电流密度为：()()[]21/12/1/1R R L L j n mth +=αβ由上可知一个制作好的激光器件或发光管，它既是一个ＰN 结二极管，又是一个电光转换器，它们的工作过程是，当给它正向注入载流子时则在二极管中产生电 子空穴对的复合跃迁而发射光子，光子的能量由二极管的材料的禁带宽度gE 决定，hvE g =，h 为普朗克常数，v 为光频率，发射的同时还存在光的吸收，称为吸收跃迁。
注入小时，吸收大于发射，没有光输出，当注入载流子增大时随发射的增加将逐渐大于吸收而得到荧光输出，发光管就是这样工作的。
但对于激光器由于有介质谐振腔存在，则输入载流子达到激光器的阈值电流时则产生激光输出，再继续增加注入电流，输出光功率也增大，同理，管的功率发热也增加，注入过大时则管子因发热而损坏，从这里我们可以看出，半导体激光器件的特性包括PN 结二极管的I —V 特性和载流子注入而产生的电光转换特性，测量其特性参数可采用两种电注入方法：第一种为脉冲法、第二种为直流法。
半导体激光器的模式及特性
激光器发射光功率
p
激光器辐射的光功率 激光器消耗的电功率
VjI
Pex I 2Rs
激光器结电压
激光器串联电阻
注入电流
4.2.6 半导体激光器的基本特性
3.激光器效率 (b)内量子效率
内量子效率I=
有源区内每秒钟产生的光子数 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
(c)外量子效率
外量子效率ex= 有源区内每秒钟发射的光子数
4.2.6 半导体激光器的基本特性
5.光谱特性
(1) 峰值波长 在规定输出光功率时，激光光谱内强度最大的光谱波长被定 义为峰值波长。
(2)中心波长
在光源的发射光谱中，连接50％最大幅度值线段的中点所对 应的波长称为中心波长
(3)谱宽与线宽 包含所有振荡模式在内的发射谱总的宽度称为激光器的谱宽； 某一单独模式的宽度称为线宽。
激光器组件是指在一个紧密结构中（如管壳中），除激光二极管（LD） 芯片外，还配置其他元件和和实现LD工作必要的少量电路块的集成器 件。主要包括：
(1)光隔离器：其作用是防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输。 位于LD的输出光路上；
(2)监视光电二极管（PD）：其作用是监视LD的输出功率变化，通常用 于自动功率控制。位于LD背出光面；
64 56
80o 40o 0
40o 80o
角度
垂直于结平面方向
I =80mA 72
64 60
56
40o 20o 0
20o 40o
角度
平行于结平面方向
4.2.5 半导体激光器的模式
2．纵模的概念与性质
4.2.5 半导体激光器的模式
1)纵模数随注入电流变化
当激光器仅注入直流电流时， 随注入电流的增加纵模数减少 。
半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验
半导体激光器LD恒流源调制电路的设计
与实验
概述
半导体激光器（LD）是一种重要的光电器件，广泛应用于通信、医疗和雷达等领域。
恒流源调制电路在LD的驱动中起到关键
作用。
本文将探讨半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验。
设计原理
半导体激光器的工作需要稳定的电流源来实现恒定的激发电流。
恒流源调制电路通过控制输入信号和反馈电路的结构来实现恒流输出。
常见的调制电路设计方法包括共射极电路、共基极电路和共集
极电路。
实验步骤
1. 确定实验所需元器件，包括半导体激光器、恒流源电路、反
馈电路、电源等。
2. 根据实验需求选择合适的调制电路设计方法，如共射极电路。
3. 根据调制电路设计方法，搭建实验电路。
4. 进行实验前的参数调整和校准，确保实验的准确性和稳定性。
5. 施加输入信号并观察输出结果，记录实验数据。
6. 对实验数据进行分析和处理，评估恒流源调制电路的性能。
7. 针对实验结果进行必要的改进和优化，提高恒流源调制电路
的稳定性和效果。
结论
本文探讨了半导体激光器LD恒流源调制电路的设计与实验步骤。
恒流源调制电路的设计对于半导体激光器的驱动具有重要意义，能够实现稳定恒流输出。
根据实验结果，可以进行进一步的改进和
优化，提高调制电路的性能和稳定性。
参考文献：
注：以上内容仅供参考，请根据实际需求进行修改和完善。
用于半导体激光器噪声测量的虚拟频谱分析仪
ｓ ｎ ｄｆ ｒ ｏ ｓ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ａ ｅｓ ｓ ｇＬ ｂ Ｅ ｎ ｕ ｇ ． ｔ ａ ｐ ａ ｅｔ ｄ ｔ ｎ ｅ ｔｕ ａ ａｙ ｉ ｅ ｉ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｍｉ ｏ ｄ ｃｏ ｓ ｒ ｕ ｉ ａ ＶＩ Ｗ ｌ ｇ ａ ｅ Ｉ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ａ ｉ ｏ ａ ｓ ｃｒ ｍ ｎ — ｇ ｏ ｎ ｅ ｏ ｌ ｎ ａ ｅ ｒ ｉ ｌ ｐ ｌ ｚ ｒ ｎ ｄ ｃ ｅｃ ｓ ｏ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ｔｈ ｓ ｉ ｕ ｌ ｐ ｃｒ ｍ ｎ ｌ ｚ ｒ ａ ｎ ｎ ｔ ｎ ａ ｃ ｄ ａａｄ ｓ ｌ ，ｐ ｃ ｅ ｄ ｒ ｕ ｅ ｈ ｏ ｔ ｆ ａｕ ｅ ｎ ． ｉ ｒ ａ ｅ ｔ ａ ｅ ｔ ｖ ｔ ｓ ｕ ａ ａｙ ｅ ｓ ｈ ｍａ ｙｆ ｃｉ ｓ ｈ ｔ ｎ ｌ ｅｄ ｔ ｉ ａ ｓ ｅ — ｕ ｏ ｔ ｉ ｕ ｐ ｙ ｔ ｍ ａ ｓ ，ｒ ｑ ｅ ｃ ｅｐ ｎ ｅａ ａ ｓ ， ｒ ｓ— ｏ ｒ ｐ ｃ ｒ ｍ ｎ ｙ ｉ ａ ｌ ａ ａ ａｓ ｒｇ ， ａａｐ ｉ ｔ ｇ ｅｃ ｒ ａ ａ ｌ ｉ ｆ ｕ ｎ ｙ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｙ ｉ ｃ ｏ ｓ ｐ ｗｅ ｅ ｔ ｎ ｙ ｓ ｅ ｌ ｓ ｓ ｕ ａ ａ ｓ ｓ ｌ ｓ ｗｅ ｓ ｔ ｏ ａ ｅｄ ｔ ｒ ｉ ｔ ． ｌ ｄ ｔ ｎ ｎ
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半导体激光器噪声测试系统_胡贵军
2000年第18卷第2期 长春邮电学院学报 2000 V o l.18 No.2 JOU RNAL OF CHANGCHUN POS T AN D TELECOM M UNICAT ION INS TIT UT E文章编号:1000-1794(2000)02-0042-04半导体激光器噪声测试系统⒇胡贵军1,王 燕2,郭玉彬1,李晓滨1(1.长春邮电学院通信工程系,吉林长春 130012;2.本溪冶金高等专科学校,辽宁本溪 117022)摘要:以PC机为主控单元,研制了半导体激光器噪声测试系统,通过PC机对频谱分析仪的远程控制,完成对器件噪声信号的自动采集和处理。
用该系统对InP/In Ga As P V双异质结半导体激光器的电噪声和电阻的热噪声进行了测量。
实验结果表明,该系统可重复性好,测试结果准确。
关键词:半导体激光器;噪声;测量系统中图分类号:TN248.4 文献标识码:A 半导体激光器(LD)作为光源被广泛地应用于光纤通信、光学测量、信息处理等领域,而激光器本身的噪声是器件的一项主要特性。
通过对器件噪声特性的研究,一方面可以用来研究器件产生噪声的机理[1],制备低噪声器件;另一方面又可以根据器件噪声初测值的大小及变化情况对器件进行可靠性评价[2～4]。
所以对半导体激光器的噪声进行准确测试具有重要的实际意义,为此笔者研制了半导体激光器噪声的测试系统。
1 测试系统的硬件构成图1给出了LD噪声测试系统的组成框图。
将待测样品(激光器)置于样品室中,其PN节两端的电压涨落(噪声)由低噪声放大器放大后,送到频谱分析仪进行分析。
在整个测试系统中,PC机(微机)是主控单元,通过软件编程对频谱分析仪进行远程控制。
频谱分析仪的频率范围、灵敏度、测试通道、平均次数、窗函数等参数的设定以及是否开始测试都是在PC机的直接控制下完成的,PC 机是整个系统的核心。
⒇收稿日期:1999-12-04基金项目:深圳华为科学基金项目(99018103)作者简介:胡贵军(1970— ),男,辽宁绥中人,长春邮电学院讲师,在读博士,主要从事光电子及光通信研究;郭玉彬(1962— ),男,吉林舒兰人,长春邮电学院副教授,理学光学博士,通信与信息系统学科学术骨干,主要从事光纤通信研究。
半导体抽运Nd：YAG激光器强度噪声抑制的研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ｐｕｍ ｐｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒｓ
梁迎磊，杨苏辉 ，赵长明，张海洋
（北京理工大学 光 电学 院，北京 １０００８１）
摘 要 ：为了降低 半导体抽运固体激光器 的弛豫振荡噪声 ，提高其输 出功率 的稳定性 ，采用光 电负反馈 的方法来 抑制 半 导体 抽运 的固体激光器的强度噪声 ，并对激光器强度噪声 的理论特性进行 了分析 。根 据理论分 析结果设计 了 比例一积 分 ．微 分反馈控制电路 ，通过运用该 反馈电路对激光器进行强度噪声抑制实验 ，得到 了比较 理想的实验数 据 ，即当抽运功 率 为 ７００ｍＷ 、弛豫振荡峰频率为 ３００ｋＨｚ时 ，弛豫振荡 峰值 处和低频区域强度噪声分别降低 了４５ｄＢ和 １５ｄＢ；当抽运功率 为 ５５０ｍＷ 、弛豫振荡峰值为 ２５０ｋＨｚ时 ，弛豫振荡 峰值处 和低频区域强度噪声分别降低 了４０ｄＢ和 １０ｄＢ。结 果表明 ，该反 馈 控制 电路能够有效地降低半导体抽运 固体激光器 的强度噪声 ，提高激光器输 出功率的稳定 性。
第 ４０卷 第 １期 ２０１６年 １月
激 光 技 术
ＬＡＳＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ１．４０ ，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１６
文 章 编 号 ： １００１—３８０６（２０１６）０１—０１１３－０５
半 导 体 抽 运 Ｎｄ：ＹＡＧ 激 光 器 强 度 噪声 抑 制 的研 究
实验5-1 半导体激光器的特性测试实验
光信息专业实验指导材料（试用）实验5－1 半导体激光器的特性测试[实验目的]1、通过测量半导体激光器工作时的功率、电压、电流，画出P-V、P-I、I-V曲线，让学生了解半导体的工作特性曲线；2、学会通过曲线计算半导体激光器的阈值，以及功率效率，外量子效率和外微分效率，并对三者进行比较；3、内置四套方波信号或者外加信号直接调制激光器，通过调整不同的静态工作点，和输入信号强度大小不同，观察到截至区，线性区，限流区的信号不同响应（信号畸变，线性无畸变），了解调制工作原理。
[实验仪器]实验室提供：半导体激光器实验箱（内置三个半导体激光器），示波器，两根电缆线。
[实验原理]半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。
常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器具有体积小、效率高等优点，广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。
一、半导体激光器的结构与工作原理1.半导体激光器的工作原理。
半导体材料多是晶体结构。
当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。
价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。
与价带对应的高能带称导带，价带与导带之间的空域称为禁带。
当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。
同时，价带中失掉一个电子，相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。
因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。
没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。
如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验
半导体激光器LD脉冲驱动电路的设计与实验进行脉冲驱动电路的设计主要是由于，半导体激光器在脉冲驱动电路驱动时，其结温会在半导体激光器不工作的时刻进行散热，因此半导体激光器在脉冲电源驱动下，对半导体激光器的散热要求不高。
在设计半导体激光器的脉冲驱动电源时，也是先仿真后设计的思想，在电路选型上也是力求简单。
1 脉冲电源的仿真在进行脉冲电源仿真时，同样选用的NI公司的这款Multisim10这款电路仿真软件。
选用的器件是IRF530，信号源是5V，占款比为50%，频率为50Hz的方波信号源；用电阻1R代替半导体激光器、且将1R的阻值设置为1Ω，用Multisim10的自带示波器对电阻1R两端的电信号进行测量。
脉冲电源仿真在仿真电路设计的过程中，选用了功率管IRF530作为主开关，对电阻1R上的电压进行采样，信号源选取的是输出5V方波的、频率是50Hz、占款比是50%的信号源。
在进行仿真前、将示波器的A通道接在电阻1R的两端，对整个电路的电流信号进行监测。
将示波器的B通道接在信号源的两端，对信号源的输出电信号进行采样，这样通过A、B两通道的电信号进行对比，看脉冲驱动电路能否满设计要求。
根据仿真示波器监测到的数据显示，电阻1R两端的电信号完全是跟信号源的电信号同步变化的，而且波形完全一致。
仿真结果显示电阻1R的峰值电压是为1.145V，说明电路的峰值电流也是1.145A。
在仿真过程中，通过不断的调整信号源的特性，发现电阻1R两端的电压值的大小只与信号源的电压值大小有关系，而与信号源的频率和占空比关系不大，这说明此脉冲仿真电路输出电流值的大小只与信号源输出的电压值大小有关。
出现这样的结果主要是选取的信号源的频率过低，功率管IRF530完全可以做到对电路的开断控制。
以上仿真结果显示，当信号源的峰值电压是5V的时候，所对应的流过IRF530的峰值电流是1.145A。
根据IRF530的输出特性，通过调节信号源的加载在IRF530GSV的电压就可以改变功率管IRF530的输出电流值，从而改变整个脉冲电源输出电流的值。
bipolar_在模拟电路中的应用_概述说明
bipolar 在模拟电路中的应用概述说明1. 引言1.1 概述本文将介绍bipolar在模拟电路中的应用，并对其进行全面概述。
模拟电路是一种重要的电路设计领域，它在各个行业都有广泛的应用，包括通信、娱乐、医疗等。
而bipolar是一种常见的活动元件，因其具有高增益、低噪声和高线性度等特点而在模拟电路中得到广泛应用。
本文旨在探究bipolar在模拟电路中的重要性及应用价值，并举例说明其在放大器设计和滤波器设计领域的具体应用案例。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、bipolar在模拟电路中的应用概述、放大器设计、滤波器设计以及结论与展望。
首先，在引言部分，我们将简单介绍文章的目的和结构。
接下来，在bipolar在模拟电路中的应用概述部分，我们将详细阐述bipolar的基本概念，并解释其在模拟电路中扮演的重要角色。
然后，在放大器设计和滤波器设计两个部分，我们将深入探讨并举例说明bipolar在这两个应用领域中的具体应用方法和实现案例。
最后，在结论与展望部分，我们将总结bipolar在模拟电路中的重要性和应用价值，并展望其未来的发展方向。
1.3 目的本文旨在提供一个全面的概述，介绍bipolar在模拟电路中的应用。
通过对放大器设计和滤波器设计领域的案例分析，我们将展示bipolar技术在模拟电路中的实际应用，并评估其重要性和性能优势。
此外，我们还将探讨bipolar在模拟电路领域未来的发展方向。
通过阅读本文，读者可以深入了解bipolar技术，并了解如何将其应用于自己感兴趣或专业相关的项目中。
2. bipolar在模拟电路中的应用概述2.1 bipolar介绍Bipolar指的是双极性晶体管，它是一种常见的半导体器件。
与单极性晶体管不同，bipolar晶体管由两个不同类型的半导体材料构成，通常为N型和P型。
它具有三个区域：基区、发射区和集电区。
Bipolar晶体管因其稳定性、高频特性和线性放大等特点，在模拟电路中得到广泛应用。
半导体激光器电学特性的测量实验
半导体激光器电学特性的测量实验一、测试实验原理半导体激光器的核心是PN 结，当用光照和电子束激励或电注入等方式使半导体中的载流子从平衡状态时的基态跃迁到非平衡状态时的激发态，此过程称为激发或激励，它的逆过程就是处于非平衡态激发态上的非平衡载流子回复到较低的能态而放出光子的过程，这就是复合辐射。
半导体发光器件的本质就是注入到半导体PN 结中的非平衡载流子——电子空穴对复合发光。
这是一种非平衡载流子复合的自发辐射，激光器则是上述的非平衡载流子的复合发光在激光器的具有增益的光介质谐振腔作用下形成相干振荡而输出激光，所以发光管的发光效率决定于半导体材料的自发辐射系数的大小。
激光器辐射发光除与材料的增益系数有关外还与谐振腔的特性和结构尺寸有关。
半导体材料的增益系数为：jm g β=β为增益因子，m 为与结构有关的指数，j 为电流密度。
激光器的阈值条件为：)/1()2/1(21R R L L a g n +=a 为腔内的其它损耗，Ｌ为腔长，1R 2R 为腔端面的反射系数，所以激光器的阈值电流密度为：()()[]21/12/1/1R R L L j n mth +=αβ由上可知一个制作好的激光器件或发光管，它既是一个ＰN 结二极管，又是一个电光转换器，它们的工作过程是，当给它正向注入载流子时则在二极管中产生电 子空穴对的复合跃迁而发射光子，光子的能量由二极管的材料的禁带宽度gE 决定，hvE g =，h 为普朗克常数，v 为光频率，发射的同时还存在光的吸收，称为吸收跃迁。
注入小时，吸收大于发射，没有光输出，当注入载流子增大时随发射的增加将逐渐大于吸收而得到荧光输出，发光管就是这样工作的。
但对于激光器由于有介质谐振腔存在，则输入载流子达到激光器的阈值电流时则产生激光输出，再继续增加注入电流，输出光功率也增大，同理，管的功率发热也增加，注入过大时则管子因发热而损坏，从这里我们可以看出，半导体激光器件的特性包括PN 结二极管的I —V 特性和载流子注入而产生的电光转换特性，测量其特性参数可采用两种电注入方法：第一种为脉冲法、第二种为直流法。
半导体激光器驱动电路设计
２ １ 慢 启 动 电路 ．
在实 际 应用 中 ， 导体 激 光 器往 往 会 因 为接在 半
同一 电 网上 的多 种 电器 的 突然开启 或关 闭而 受到损
及 半导 体激 光器供 电 。
图 １ 慢 启 动 电路 原 理 图
模拟 ， 结果 显示 该驱 动 电路 满足 设 计 需求 ， 类似 电路设 计有 很好 的借 鉴作 用 。 对
关键 词 ： 动 电路 ； 导体 激光 器 ； 启动 电路 驱 半 慢
中 图分类 号 ： Ｎ ４ ． Ｔ ２ ８４
文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ３５ ９ （ ０ １ ０ －５ ４ １７ －６ ２ ２ １ ） ６６ ７ ３ ４
２ｃ ０（ ＝一７ ℃ ， 温 下 具 有 稳 定 的 光 功 率 输 出。 ０ 常
在 ２ ℃的标准温度 下 ， ５ 该型激 光器 的 阈值 电流为
设计 出具有抗干扰 能力强 、 恒流稳定和过流保 护等 特性 的驱 动 电路尤 为必 要 。
２ Ａ， ５ｍ 串联电阻是 １ 光学输出功率的最小值为 ０Ｑ，
一
种高功率密度并具有极高量子效率 的结型器件 ，Ｄ Ｌ
对 于 电流 冲击 的承 受 能力 较 差 ， 电流 微 小 的变 化将 导 致光 输 出的极 大 变化 和器 件 参 数 的 变化 ， 这些 变
化直接危及器件的安全使用 ， 因而在实际应用中对 驱 动 电源 的 性 能 和 安 全 保 护 有 着 很 高 的 要 求 』 。 为了保证激光器稳定工作、 性能可靠和使用寿命长 ，
， － ／一０ ０ ｃ ￣ｂ ．６
Ｄ
１４ ．
／ 一 一
实验一-半导体激光器P-I特性测试实验
常用光纤器件特性测试实验 实验一 半导体激光器P-I 特性测试实验一、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。
三、预备知识1、光源的种类2、半导体激光器的特性、内部结构、发光原理四、实验仪器1、ZY12OF13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC 接口光功率计 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根五、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，是一种阈值器件。
处于高能级E 2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E 1，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一样，而且相位、偏振方向和传播方向都一样，它和感应光子是相干的。
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〔Δλnm 〕，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进展高速信号〔>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。
阈值电流是非常重要的特性参数。
图1-1上A 段与B 段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流th I 。
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。
半导体激光器噪声特性的电路模拟
半导体激光器噪声特性的电路模拟
任新根;徐国萍;董天临
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】1994(15)5
【摘要】本文将电子放大器的噪声分析方法用于半导体激光二极管（ＬＤ）的本征噪声分析中，在Ｒ．Ｓ．Ｔｕｃｋｅｒ的大信号模型的基础上，建立了适应于通用电路分析软件计算的ＬＤ噪声等效电路模型．
【总页数】8页(P346-353)
【关键词】半导体激光器;噪声特性;电路分析
【作者】任新根;徐国萍;董天临
【作者单位】华中理工大学电子与信息工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.半导体激光器FM噪声的电路模型及其应用 [J], 毛陆虹;粘华;李林林
2.单模半导体激光器的非线性失真特性的电路模拟 [J], 任新根;徐国萍;董天临
3.量子阱半导体激光器调制特性和噪声的电路模拟 [J], 毛陆虹;郭维廉;陈弘达;吴荣汉
4.多模半导体激光器开启瞬态光强噪声的模拟计算 [J], 刘廷禹;蔡英时
5.量子级联激光器噪声特性的电路模拟 [J], 陈贵楚;范广涵
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半导体激光器的调制技术及电路设计
半导体激光器的调制技术及电路设计摘要:随着光通信技术的快速发展，使得对半导体激光调制技术的要求越来越高，而激光调制源是光通信系统中发信装置的核心部分,它产生光通信系统所需要的光载波,其特性的好坏直接影响通信系统的性能，在本文中的光调制系统中核心部分是电光调制。
调制是光电系统中的一个重要环节。
光辐射的调制是指改变光波振幅、强度、相位或频率、偏振等参数使之携带信息的过程。
调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息进行某种形式的变换，使之便于处理、传输和检测。
目前用得较多的是电光调制、声光调制等方法。
文中介绍的电光调制模块主要是验证电光调制原理以及介绍电光调制在激光通信方面的应用，通过此系统了解晶体电光调制的原理，以便在此系统中测量晶体的半波电压、电光系数和消光比等参量。
本文还运用矢量折射定律、光线追迹等分析方法对激光器输出的激光的准直设计了两种方法。
通过比较改善后得出：当不考虑半导体激光器的固有像散时，非球面透镜加棱镜组准直系统理论上能将空间任意一条点光源发出光线完全准直；当考虑固有像散时，相互正交的柱透镜组准直系统理论上能将激光光束子午和弧矢面上的光线完全准直。
并且，两种设计方案均可将半导体激光器发出的椭圆光斑准直整形为一个直径约为2cm的对称圆光斑，有效提高了激光器光束质量。
本课题研究了各种激光调制的原理和技术现状,针对光通信中面临的低速率、光功率小以及光信号传输距离短等技术难题，使用间接调制的方法。
同时，基于对激光准直技术的理论分析和比较，得出一种适合该课题的准直方案。
最后，使用ZMAX对激光准直模块进行了计算机仿真实验。
关键词：激光调制技术，半导体激光器，激光准直，电光调制目录第一章绪论 11.1课题研究意义11.2 半导体激光器调制技术的国内外研究现状 21.2.1激光调制技术国外现状 21.2.2激光调制技术国内现状 31.3本论文的结构和个章内容安排 5第二章半导体激光器及调制 62.1 半导体激光器 62.1.1半导体激光器工作原理72.1.2 半导体激光器的输出光功率-电流特性92.2 半导体激光调制技术102.2.1半导体激光器直接调制技术102.2.2 半导体激光器的外调制技术122.3半导体激光调制方式选取14第三章半导体激光器调制源的设计153.1 半导体激光调制关键技术153.2 半导体激光调制源设计 163.3 通信中激光调制与信号携带的关系183.3.1电光调制原理193.3.2电光调制系统总体设计213.3.3电光调制在光通信中的应用223.4 本章小结 22第四章半导体激光器准直模块的设计234.1 准直设计理论分析 244.1.1 入射面剖面为凸双曲线244.1.2 入射面剖面为凹椭圆曲线254.2 点源半导体光束准直系统设计（不考虑固有像散） 26 4.2.1准直系统设计方案264.3考虑固有像散半导体光束准直系模块计28 4.3.1准直模块设计方案284.3.2准直系统设计模块及性能分析304.4 本章小结 31第五章全文总结33参考文献35致谢36第一章绪论1.1课题研究意义随着人类科学技术的不断进步和信息流量的爆炸性增长，信息的传输和交换技术不断的获得发展和飞跃,以往的通信技术逐渐暴露出其自身的弱点。
半导体激光器特性及调制特性实验
实验三半导体激光器特性及调制特性实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理，测量泵浦LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线；2.用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光；3.选用不同透过率腔镜，测试不同LD电流下的激光输出功率，结合LD的功率-电流关系，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
二、实验仪器半导体激光器、耦合系统、Nd:YAG晶体、输出镜、功率计、探测器三、实验内容1、LD安装及系统准直将LD电源接通。
通过上转换片观察LD出射光近场和远场的光斑。
测量LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线。
2、半导体泵浦固体激光器实验用大功率的808nmLD泵浦Nd：YAG晶体，通过不同输出镜并调节腔镜产生1064nm的红外光。
测试不同LD电流下的激光输出功率；根据实验数据和曲线，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率，并作简要分析。
四、实验结果（1）数据结果：电流（A）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8功率（mw）0 0 0 0 0 0.019 0.048 0.077 电流（A）0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6功率（mw）0.113 0.150 0.202 0.267 0.330 0.373 0.406 0.432 电流（A） 1.7 1.8 1.9 2 2.1功率（mw）0.461 0.485 0.506 0.525 0.555（2）激光输出功率-泵浦功率曲线：（3）根据数据和图像可知：故，转换效率：%04.38=η五、实验总结通过本次实验，掌握了半导体泵浦固体激光器的工作原理，学会了测量泵浦LD 经快轴压缩后的阈值电流和绘制了输出特性曲线，实现了用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光，选用了不同透过率腔镜，测试了不同LD 电流下的激光输出功率，结合LD 的功率-电流关系，计算出来两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
16激光器的噪声和线宽
1. LD中噪声产生的机理
n 现象：LD即使在恒定电流驱动下其输出光场的强度、相 位和频率也会发生起伏变化。
n 机理：有受激辐射必然有自发辐射，自发辐射产生光子的 相位是随机的，这一分量虽然较小但是叠加到受激辐射产 生的相干光场上就会导致LD输出光场幅度和相位的扰动 。
n 作用：幅度扰动使得LD输出光信号信噪比降低，其大小 用相对强度噪声（RIN）来表示。而相位扰动会导致LD 输出光线宽增加，对于相位调制格式影响更加明显。
Chapter 2
SOEI, HUST
1
2. LD线宽及其测量
n 谱宽与线宽的区别
Chapter 2
SOEI, HUST
2
n 激光器的相干时间和相干长度都与线宽有关
Ø 相干时间表示的是LD输出光波保持一定的相干度进行传播的时间
tcoh
1
Ø 相干时间内的光波传输的距离（波列长度）叫做相干长度，等
于传输速度乘以相干时间。
的线宽大小。测量所得射
Eup (t) As exp[i(st s )]
频信号带宽除以2即为激 光器线宽。
Edown (t) As exp{-i[( s - IF )t down ]}
P(t) Eup Edown 2 Pup Pdown 2 Pup Pdown cos( IF t s down )
探测器和电频谱仪ESA。 Ø MZ干涉仪的上臂放置光延迟线，其长度远大于激光器的相干长度，
上下两臂光信号为非相干叠加。类似于来自两个相同线宽但不同激
光器的光场的叠加。 Ø 移频器可以采用声光频率调制器AOFM，在选定频率的射频信号驱动
下可以使得沿着下臂传输的光信号产生一定的频率变化。
[低噪声,半导体,激光器,其他论文文档]低纹波、低噪声半导体激光器电源的设计与实现
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低纹波、低噪声半导体激光器电源的设计与实现目录中文摘要 11 概论 11.1本论文的设计 22 激光测距用半导体激光器 22.1 半导体激光器的特性 22.1.1 半导体激光器的基本构成 22.1.3 半导体激光器的损坏 3 2.2 半导体激光电源 42.2.1 半导体激光电源的要求和技术指标 42.2.2 激光技术及激光电源的新发展 53 激光器电源的设计方案 53.1 半导体激光器电源的整体设计 53.1.1半导体激光器电源的设计指标 63.2 整流电路理论分析 7 3.3 整流电路的技术指标和参数分析 83.4 滤波电路 93.5 滤波电路的设计 123.5.1电容滤波电路 123.5.2 LCπ型滤波电路 133.6 稳压模块 143.6.1稳压芯片的选择 143.6.2稳压模块的设计 143.7 恒流模块 153.7.1恒流源芯片的选择 153.7.2恒流源的设计 153.8 保护电路 163.9 抗电网浪涌措施 174 用Protel99 se设计电源电路 174.1 全电路所用到的元器件介绍 174.2 用Protel99 se设计的电源电路图 184.3 元器件明细表 195 结论与展望 20参考文献 20英文摘要 21致谢 21低纹波、低噪声半导体激光器电源的设计与实现关键词：电源；电压；电流；滤波；脉动系数Low ripple,low noise semiconductor laser power source design and realizationAbstract: This paper discussed one kind of low ripple, low noise semiconductor laser power source which could applied in the phase laser range finder. The au thor first introduced the semiconductor laser characteristic,summarized the ba sic requirements of laser power source,and discussed recent developments in th e laser technology and the laser power source,then proposed a basic design pla n for voltage source and current source,The voltage source selects series circ uit which often used to the linear power source,and the current source also us ed series circuit. The plan was used integrated chips to control voltage and c urrent. Compared to using the stabilized voltage source,which composed of circ uit transistors,this plan was greatly simple.The author mainly discussed the b asic principle of commutated circuit and filter circuit. To take a contrast,se parately introduced several kind of filter circuits,and gave a separately anal ysis to ripple ratio which used in the commutated circuit and the filter circuit.Finally chosen each component for the circuit,and designed a circuit chart with Protel 99.Key words: Power source;Voltage;Electric current;Filter;Ripple ratio1 概论自1960年激光问世以来，激光理论以及激光技术的应用等方面取得了巨大的进展。