通信工程专业综合实验(终)

通信工程专业综合实验

——光纤传输系统

姓名郝建军

学号12211078

班级通信1204

成员韩大峰董则伟

老师王根英

时间星期一下午第二节课

实验一激光器P—I特性测试

一、实验目的

1、学习半导体激光器发光原理。

2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系。

3、掌握半导体激光器P—I曲线的测试及绘制方法。

二、实验环境及相关设备

JH5002A+型光纤通信实验系统—1台

光功率计—1个

万用表—1个

三、实验基本原理

半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系（激光器的功率特性）如图1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阀值电流），用Ith表示。在门限电

流以下，激光器工作于自发发射状态，此时输出荧光功率，输出的功率很小，通常小于1nw，在门限电流以上，激光器工作于受激发射状态，此时输出激光，功率随电流的增大迅速上升，功率与电流的关系呈直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性（图2），但由于双异质结包含两个P—N结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。

图1 激光器的功率特性图2 激光器的伏安特性P—I特性是选择半导体激光器的重要参数。在选择半导体激光器时，应选择阀值电流Ith 尽可能小、Ith对应的功率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，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。同时要求P—I曲线的斜率适当，斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来难度；斜率太大，则会出现光反射噪

声，从而使自动光功率控制环路调整困难。

一般用注入电流值来标定阀值条件，也就是阀值电流Ith标定阀值条件，当输入电流小于Ith时，其输出为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith四，则输出光为激光，并且输入电流和输出光功率呈近似线性关系，本实验就是对该近似的线性关系曲线进行测量，以验证P—I的线性关系。

在实验中所用到的半导体激光器，其输出波长分别为1310nm和1550nm，带有尾纤及FC型接口活动连接器，通过FC-FC法兰盘与外部光跳线相连。实验中半导体机关器工作于模拟信号方式，电流的确定通过串联在电路中的电流表测量。

四、实验内容级步骤

测量半导体机关器功率和注入电流的关系，并画出P—I关系曲线，以下实验步骤可在实验箱左上方的1310nm光端机发送模块或右上方的1550nm光端机发送模块上各自独立进行。

1、电流部分的操作

（1）、关闭系统电源，将机关器工作模式选择开关（跳线ss01）置于“模拟”位置，使光发模块中LD连接处于模拟信号传输工作状态。

（2）、将光发模块中模拟法发送部分的电位器WS04“幅度”旋钮和WS05“偏流”旋钮分别反时针旋至最左端，从而使无模拟驱动信号输入，直流偏置电流达到最小值。

（3）、将跳线开关（KS02）的跳线帽拔出，使其处于断开状态，在“模拟电流”测量插孔（TPS07、TPS08）上串接一只电流表。

2、光路部分操作

（1）在光发送模块的LD尾纤法兰盘处，小仙插入一根跳线的活动连接器。

（2）在跳线另一端的活动连接器连接到光功率计（注意操作过程动作要轻，旋紧过程要适度），同时打开光功率计电源开光，并将波长选择到与所测试的激光器的工作波长一致。（3）检查各部分正确无误后，打开实验箱交流开关。

（4）将“模拟偏置”电位器WS05从最左端位置开始，顺时针方向缓慢调节，以1mA为间隔取整数值填入下表，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入表1。

（6）完成实验后关闭交流电开关。将跳线开关（KS02）的跳线帽还原。拆下光跳线及光功率计，将尾纤法兰盘套帽盖好，实验箱还原并将各仪器摆放整齐。

五、实验报告要求

1、整理所有试验数据，参考图3，画出P—I曲线。

图3 图4

由实验数据得图如上图4。

由上图可知半导体激光器阈值电流Ith=5mA。

六、实验思考题

1、激光器的阀值电流Ith对光信号传输有何影响。

答：由公式可知，输出光功率主要取决于驱动电流I、阈值电流I th以及外微分量子效率ηd。

当I＜Ith时，有源区无法达到粒子数反转，也无法达到谐振条件，以自发辐射为主，输出功率很小，发出荧光。

当I＞Ith时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出激光。

2、试说明半导体激光器发光工作原理。

答：半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。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E2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E1，这个过程称为光的受激辐射

3、环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？

答：随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。

4、影响阀值电流的因素

答：因素有：（1）晶体的掺杂浓度越大，阀值电流越小。

（2）谐振腔的损耗越小，阀值电流越小。

（3）与半导体材料接型有关，异质结阀值电流比同质结小得多。

七、注意事项

1、半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。

2、由于光功率计，光跳线, 光功率计等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切

忌用力过大。

实验二光发信机接口指标测试

一、实验目的

１、了解数字光发端机平均发送光功率的指标要求，并掌握测试方法。

２、了解数字光发端机的指标要求，并掌握测试方法。

二、实验环境及相关设备

JH5002A+型光纤通信实验系统

光功率计

FC-FC光跳线

万用表

三、实验基本原理

平均发送光功率是指在外加伪随机二进制序列作为测试信号的情况下，用光功率计在数字光发信机输出光接口处直接测试得到光功率，此数值即为数值光发信机的平均发送光功率。采用伪随机码型可使发送数码具有“1”、“0”等概率的特点。

平均发送光功率与输入的码型有关，NRZ码与RZ码相比，其占空比分别为100%、50%，因而NRZ码的平均光功率比RZ码大一倍，即3dB。另外，平均发送光功率是在额定偏置电流和调制电流条件之下测得的，否则结果会有偏差。

消光比是指数字驱动电路输入为全“1”码时光发信机的平均发送光功率P1，与数字驱动电路输入为全“0”码时光发信机的平均发送光功率P0之比的对数表达值，将测得的光功率P1、P0带入式1即得到光发送机的消光比：

EXT=10lgp1/p2

光通信系统消光比太大，说明此时预偏置电流太小或没有，调制电流的增大要先经过低于LD阀值的一段区域才能进入激射区，这时会出现交大的时延，影响光通信的传输速率；消光比太小，则调制深度浅，这时会出现平均发送光功率很大而“”1、“0”码对应的光功率差值却不大的情况，使接收端有用的光功率摆幅减少，因而影响系统的接受灵敏度。

四、时延内容及步骤

1、光发信机平均发送光功率的测试

（1）确保实验箱交流开光处于关闭状态，将跳线开关SS01插向“数字”端，使光发送模块处于数字传输状态。

（2）将光跳线的一端的金属活动连接器与光发送端口的法兰盘对接，注意双手操作，一手保持器件间的同轴性，一手小心的推动活动连接器插入法兰盘，并保证连接器的凸起部分与