LD的P-I曲线、转换效率和温度特性(精)

光纤通信实验报告1-光源的P-I特性测试

实验步骤：
1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：
（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。
《光纤通信》实验报告
实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2014年12月11日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
姓名
实验名称
光源的P-I特性测试
指导
教师
教师评语
教师签名：
年月日
实验目的：
1、了解半导体激光器LD的P-I特性。
2、掌握光源P-I特性曲线的测试方法。
实验器材：
1、实验器材：主控&信号源模块、2号、25号模块各一块
实验接线与结果显示图：
在主控&信号源模块，选择光纤通信菜单，在其中选择选择第一个实验，光源的P-I特性测试。
2实验结果记录
测得参数填入表格如下：
P(uW)
413.7
387.0
309.6
239.8
172.5
97.84
13.62
u(V)
0.64
0.60
0.51
0.43
0.34
0.27
0.16
I(A)
0.019
2、23号模块（光功率计）一块
3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干
4、万用表一个
实验内容：
激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是通过测量输出功率和电流关系，对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系。最后根据实验数据，绘出光源P-I特性曲线。

光纤通信答案

1.1.光纤通信：以光波为载频，以光纤为传播媒介的通信方式。

2.工作区域：近红外区，波长0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。

3.光纤通信的优点：传输频带宽，通信容量大；损耗低，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；保密性好；光纤细，光缆轻；资源丰富，节约有色金属和能源；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。

4.光纤通信系统结构图及各部分作用：电端机对来自信源的信号进行处理，如模/数变换、多路复用处理。

光发送机吧输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

光纤光缆把来自光发送机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

2.1光纤结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。

2.光纤的分类及每类光纤的特点：按光纤中传输的模式数量，分为多模光纤（芯径大，容易注入光功率，可以使用LED 作为光源。

但存在模间色散，只能用于短距离传输）和单模光纤（单模光纤只能传输基模，它不存在模间时延差，色散小，这对于高码速长途传输是非常重要的。

但是芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使用半导体激光器LD 激励）。

按光纤截面上折射率分布，阶跃型（光纤纤芯及包层的折射率都为一常数，为满足全反射条件，纤芯的折射率高于包层的）和渐变型（减少了模式色散，提高光纤带宽，增加传输距离）。

按ITU-T 建议分类，G.652光纤：在1310 nm 工作时，理论色散值为零。

在1550 nm 工作时，传输损耗最低。

G.653：零色散点从1310 nm 移至1550 nm ，同时1550 nm 处损耗最低。

G.654：纤芯纯石英制造，在1550 nm 处衰减最小(仅0.185dB/km)，用于长距离海底传输。

G.655：引入微量色散抑制光纤非线性，适于长途传输。

3.制造光纤的两种方法：直接熔化法、汽相氧化法。

4.光纤的两种传输原理方法：波动理论法，射线法。

5.光纤的光学特性：光纤的光学特性有折射率分布、最大入射角、最大理论数值孔径、模场直径及截止波长等。

光纤通信实验报告

XX学号时间地点实验题目半导体激光器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、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线 20根四、实验步骤1、用导线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。

2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。

3、旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）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。

4、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（V＝IR110）。

5、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转到底。

6、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮7、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98）。

8、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），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表格中，精确到0.1uW。

9、做完实验后先关闭交流电开关。

10、拆下光跳线与光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。

五、实验报告结果1、根据测试结果，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。

2、根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流的大小。

光纤通信复习（各章复习要点）

光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。

LD的P-I曲线、转换效率和温度特性

教学章节
LD的P-I曲线、转换效率和温度特性
教学环境
多媒体机房
教学
内容
1.半导体激光器的P-I曲线
2.半导体激光器的转换效率
3.半导体激光器的温度特性
教学
目标
1．掌握半导体激光器的P-I曲线相关内容
2．了解半导体激光器的转换效率
3．了解半导体激光器的温度特性
重点
难点
1、半导体激光器的P-I曲线
教学
方法
讲授、讨论、总结
教学
过程
讲授：
1.P-I曲线
了解阈值电流的概念，通过P-I曲线的学习，掌握LD的发光特性。
2.转换效率
了解转换效率的概念，知道转换效率在参数表中如何体现。
3.温度特性
半导体激光器的温度会影响激光器的阈值和输出光功率，了解这一特性。
小

LD激光二极管重要参数与特征

发光二极管(LED Light Emitting Diode)
•
发光二极管是最早被用来作光纤通讯传输的光源，传输用的
光源波段主要有有780、850及1300nm等，最常用来设计为短距
离(数十至数百公尺)的数据传输如G-Ethernet、Fire-wire，作为短
距通讯主要原因除了制程简单、价格便宜外，另外是因为二极管
在低驱动电流时，只存在自发辐射现象。在受激辐射阈值点附近，曲线形状会有一个显著的变化，光功率随电流的增加而急剧增大。
阈值电流是激光二极管开始振荡的正向电流。
阈值与消光比
从理想状态讲，当数字电信号为“0”时，光发送机应该不发光；只有当数字电信号为“1”时光发送机才发出一个传号光脉冲。但实际上这是不可能的。以LD为例，由于要对它进行予偏置，且使其偏置电流IB略大于阈值电流Ith。因此即使在数字电信号为“0”的情况下， LD也会发出极微弱的光（莹光）。当然这种发光越小越好，于是就引出了消光比的概念。
第一种类型(a)为受激吸收。能量为hv=E2- E1的光子对拥有一个能量为E1的电子的原子产生冲击时，光子就会被吸收，并且原子中的该电子能量从E1跃迁到E2，这种现象就称之为受激吸收。
第二种类型(b)为自发发射。能量为E2的电子为非稳定态，它很快会回到基态，当拥有一个能量为E2的电子的原子释放出一个光子（hv）时，原子中的该电子能量从E2跃迁到E1，这种现象就称之为自发发射。
1. 临界电流（Ith）在室温附近为最小，升高或降低环
VCSEL
最小
小
中
境温度，都会使得Ith 增加。 2. Slope Efficiency 在室温附近为最大，升高或降低环
境温度，都会使得斜率下降。

实验一半导体激光器P-I特性曲线测量

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.了解PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)的工作原理和相关特性；4.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。

光纤 12

一、填空1、目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是（1310nm）和（1550nm）。

2、色散位移单模光纤是指工作波长为（1.55微米）的单模光纤,可获得最小衰减和最小色散。

3、当半导体激光器的温度的增加时，其输出光功率会随之（降低）。

4、光电检测器是利用材料的（光电效应）来实现光电转换。

5、为了使APD正常工作，需要在其P-N结上应加（高向反偏压）。

6、光纤通信是以（光波）为载频，以（光纤）为传输介质的通信方式。

7、光纤通信系统的短波长窗口为（0.8um），长波长窗口为（1.8um）。

8、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越（高）。

9、获得诺贝尔奖并被国人尊为“光纤之父”的是华裔科学家（高锟）。

10、DWDM的中文名称是（密集波分复用）。

11、构成光纤的主要化学成分是（SiO2）。

12、光纤的色散分为（模式色散），（材料色散），和（波导色散）三类。

13、光纤通信使用的光器件分为（有源）光器件和（无源）光器件。

有源光器件主要包括（光检测器）和（光放大器），它们是光端机的核心器件。

14、目前国际上主要有两大复接体系：（准同步数字复接PDH）和（同步数字复接SDH）。

15、欧洲各国和中国采用的PCM30/32路数字基群速率为（2）Mbit/S 。

16、SDH的基本速率为155.520Mb/S,用STM-1表示，称为同步传输模块，如用4个STM-1同步复用成一个STM-4，则STM-4的速率为（155.520）Mb/S.TM-4的速率为STM-1的4倍。

17、光纤中纤芯的折射率必须（大于）包层的折射率。

18、光纤的传输特性是指（损耗）和（带宽）（色散）19、EDFA称为（掺饵光纤放大器），其实现波长放大的范围是（1448nm和1550nm）。

20、光与物质作用时有（受激辐射）、（自发辐射）和（受激吸收）三个物理过程。

21、SDH的主要复用步骤是（映射）、（定位）和（复用）。

LED和LD的光源特性测试实验

LD/LED光源特性测试实验1. 实验目的通过测量LED发光二极管和LD半导体激光器的输出功率－电流（P-I）特性曲线和P-I特性随器件温度的变化，理解LED发光二极管和LD半导体激光器在工作原理及工作特性上的差异。

2. 实验原理2.1 LD工作原理从激光物理学中我们知道，半导体激光器的粒子数反转分布是指载流子的反转分布。

正常条件下，电子总是从低能态的价带填充起，填满价带后才能填充到高能态的导带；而空穴则相反。

如果我们用电注入等方法，使p-n结附近区域形成大量的非平衡载流子，即在小于复合寿命的时间内，电子在导带，空穴在价带分别达到平衡，如图1所示，那么在此注入区内，这些简并化分布的导带电子和价带空穴就处于相对反转分布，称之为载流子反转分布。

注入区称为载流子分布反转区或作用区。

结型半导体激光器通常用与p-n结平面相垂直的一对相互平行的自然解理面构成平面腔。

在结型半导体激光器的作用区内，开始时导带中的电子自发地跃迁到价带和空穴复合，产生相位、方向并不相同的光子。

大部分光子一旦产生便穿出p-n结区，但也有一部分光子在p-n结区平面内穿行，并行进相当长的距离，因而它们能激发产生出许多同样的光子。

这些光子在平行的镜面间不断地来回反射，每反射一次便得到进一步的放大。

这样重复和发展，就使得受激辐射趋于占压倒的优势，即在垂直于反射面的方向上形成激光输出。

图1半导体激光器的能带图2.2 LED 工作原理发光二极管是大多由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN 结。

因此它具有一般P-N 结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。

由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。

固体激光原理与技术综合实验

固体激光原理与技术综合实验半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped solid-state Laser，DPL），是以激光二极管（LD）代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。

本实验的目的是了解并掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理、构成和调试技术，以及调Q、倍频等激光技术的原理和应用。

实验一半导体泵浦光源特性测量实验【实验目的】1．掌握半导体泵浦激光器的原理2．掌握半导体泵浦激光器的使用方法【实验仪器】半导体泵浦激光器、激光功率计、机械调整部件【实验原理】上世纪80年代起，生长半导体激光器（LD）技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL技术的发展。

与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL的效率大大提高，体积大大减小。

在使用中，由于泵浦源LD的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换（耦合）。

泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。

侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。

本实验采用端面泵浦方式。

端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式，如下：（图1）直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。

直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。

间接耦合：指先将半导体激光器输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。

本实验采用间接耦合方式，间接耦合常见的方法有三种，如下：a 组合透镜系统耦合：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。

b 自聚焦透镜耦合：由自聚焦透镜取代组合透镜进行耦合，优点是结构简单，准直光斑的大小取决于自聚焦透镜的数值孔径。

试验二半导体激光器P―I特性曲线的绘制

实验二半导体激光器P―I特性曲线的绘制一、实验目的1、学习半导体激光器的发光原理。

2、了解半导体激光器输出光功率与注入电流的关系。

3、掌握半导体激光器P-I特性曲线的测试及绘制方法。

二、实验内容测量半导体激光器的输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。

三、实验原理半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图2-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用I th表示。

在阈值电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光，光功率很小。

在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，光功率随驱动电流迅速上升，基本成线性关系；激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性，如图2-2所示。

图2-1 激光器的功率特性图2-2 激光器的伏安特性阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。

设受激发射所产生的光介质的平均增益系数(单位长度上的增益)为g，光介质的平均损耗系数为a，则光谐振腔产生和维持光振荡的条件为光子在光谐振腔中来回反射一次所产生的光能增益大于或等于光能的损耗，用公式表示为：(2-1)式中L 为光谐振腔的长度，r1、r2分别为光谐振腔两端镜面的反射系数(O<rl<1;O<r2<1)。

门限状态下的增益系数为th g 为：（2-2）式中J th 为门限状态下注入有源区的电流密度,β为平均增益因子，其值取决于激光器的材料与结构,从电流密度J th 按下式可决定门限电流I th 为：（2-3）式中b 为有源区宽度，ξ>1为电流侧向扩展因子,可使ξ接近1，故能获得小的门限电流。

激光器功率特性的线性程度对模拟光纤传输系统的非线性失真指标影响很大。

半导体激光二极管(LD)或简称半导体激光器与发光二极管LED 不同，它通过受激辐射发光，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，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。

光纤通信实验1 实验报告光源的 P-I 特性测试实验

课程名称：光纤通信实验名称：实验1光源的P-I 特性测试实验姓名：班级：电17-3学号：实验时间：指导教师：得分：序号:42实验1光源的P-I 特性测试实验一、实验目的1、了解半导体激光器L D 的P-I 特性。

2、掌握光源P-I 特性曲线的测试方法。

二、实验器材1、主控&信号源模块2、2 号数字终端&时分多址模块3、25 号光收发模块4、23 号光功率计模块5、示波器三、实验内容光源的P-I 特性测试四、实验原理数字光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平均光功率的测试。

接下来的三个实验我们将对这三个方面进行详细的说明。

I(mA)LD 半导体激光器P-I 曲线示意图半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。

在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100pW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。

激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性。

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Ith 尽可能小，Ith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，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

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，则会山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，激光二极管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，也即启动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Ith，当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系。

光通信导论-作业1-4章(修改后)

光通信导论第一章1、某甲从南开车向北，到十字路口，他看见了红灯；某乙从东到西到这个路口，她看见的是绿灯，故甲获得a比特的信息，乙同样获得a比特的信息。

于是信号灯输出的是2a比特的信息。

这种看法对吗？为什么？答：不对。

该情况下（假定同一时刻）两个子事件（南北为红灯，东西为绿灯）不相互独立，且两个子事件反应的是的同一信息，所以不能相加；同时，由于信息的共享性，才使得甲和乙分别能够接收到a比特的信息，从而知道信号灯输出信息为a比特。

或者答：信息量是以事物所处的状态出发的，它既是客观的，又是不依赖于接收者的。

在该情况下，信号灯南北红灯，东西绿灯正是它特定的一个状态，这时这个状态的信息量是客观的，不会因为接受者的多少就有加减；至于甲和乙能同时分别获得a比特信息，是因为信息的共享性，而当前状态的信息正好有a比特。

（两种答案综合答最好，当然如果有人要分同时与不同时两种情况更好）2、测不准原理和信息论之间的关系？答：测不准原理又名不确定性原理，该原理表明：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。

测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数h/2π（h 是普朗克常数）是海森伯在1927年首先提出的，它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中又一条重要原理。

信息论中所说的信息是从事物的可能性转换为现实性的体现，也就是说如果一个事物在事前可能发生很多的状态，而事后确定了一个状态，那么排除的确定性就越大，所处的状态包含的信息量也就越大，所以说，信息论主要研究的是一个物体所带信息从可能性到现实性的过程。

3、请对信息的基本特征发表一点看法。

什么是信息的共享性？解释并举例说明。

答：信息的基本特征主要有三个，第一个是共享性，第二个特征是信息可以被传递，即信息的可传递性，第三个特征是信息的控制作用。

信息的共享性即信息可以从一个承载体传递到另一个承载体，但传递过程不会使原有承载体信息减少，例如，一本书里面承载了大量的星系，某人阅读之后，他获得了很多信息。

光纤复习题34

光纤复习题34一、填空题：1、光源的作用是，光检测器的作用是2、光与物质作用时，光子的能量作为一个整体被吸收或发射，将发生三种物理过程，它们是、、3、自发辐射光是光，受激辐射光是光。

4、光耦合器的作用是将光信号进行和5、光接收电路的性能指标有、和6、光端机中能完成光/电之间的转换的是和部分。

7、LED是，APD是8、光衰减器有,两种。

9、光纤与光纤的连接方法有两大类，一类是，另一类是10、光发送机的作用是将，转化为，并将生成的信号注入11、LD是通过发光的，LD输出的光是光。

12、APD与PIN相比有较高的，但要用较高的，且会产生较大的13、半导体激光器的输出大，小。

14、LD的阈值电流达到初始值的倍是寿命告终。

15、半导体光检测器主要有和两种，基本原理是通过过程实现二、判断题1、LD与LED都是利用受激辐射状态发光。

2、自发辐射状态时，光信号可以被放大。

3、白炽灯、日光灯发的光是荧光。

4、LD发光时，发出的是激光。

5、光纤的线路码型有CMI码、HDB3码、扰码。

6、扰码的功能是减少传输码流中的长连‘0’和长连‘1’。

7、连接器分为有源、无源两种。

8、接收机要求的最小平均功率就是接收机的灵敏度。

()9、若PN结在结两边使用相同的半导体材料，则称为同质结。

()10、光纤通信系统的光源一般釆用半导体发光二极管LED,APD雪崩二极管和半导体分布反馈激光器DFB。

（）11、LD工作时在P-N结上施加负偏压。

（）12、光纤耦合器的插入损耗指穿过耦合器某一光通道所引入的功率损耗。

（）13、若P-N结在结两边使用相同的半导体材料，则称双异质结。

（）14、自发辐射输出的是非相干光，受激辐射输出的是相干光。

（）三、选择题1、半导体激光器的功率—电流曲线是以下哪个是（）。

A、B、C、D、2、半导体激光器对应于下列哪种缩写形式（）。

A、LEDB、PINC、DWDMD、LD3、下列器件中不属于有源光器件的是（）。

A、LEDB、PINC、DWDMD、LD4、下列哪个器件是有源光器件（）。

半导体激光器P-I特性测试实验

实验二半导体激光器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、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线1根4、万用表1台5、连接导线20根四、实验原理光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。

性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。

光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。

其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。

第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。

第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。

第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。

第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。

第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。

作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD，又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。

但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。

本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。

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，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，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。

第3章练习题（答案）

第3章练习题（答案）第三章练习题（答案）⼀、填空题1.常⽤光源LD是以受激辐射为基础发相⼲（激）光，LED以⾃发辐射为基础发⾮相⼲（荧）光。

2.光与物质的粒⼦体系的相互作⽤主要有三个过程是：受激吸收，⾃发辐射，受激辐射；产⽣激光的最主要过程是：受激辐射。

3.激光器由⼯作物质、激励源（泵浦源）和光学谐振腔三部分组成。

4.激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔。

5.LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升⾼⽽升⾼，当其增⼤⾄原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。

6.在半导体激光器P－I曲线中，⼯作电流⼩于阈值电流的范围对应于荧光区，⼯作电流⼤于阈值电流的范围对应于激光。

7.光电检测器的作⽤是进⾏光/电转换，PIN管本质上是外加反向（或负）偏压的PN结。

8.常⽤的导体光电检测器主要有 PIN光电⼆极管（PIN-PD）和雪崩光电⼆极管（APD）两种，基本原理是通过受激吸收（光电效应）过程实现光电转换。

9.⽆源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光隔离器、光波分复⽤器、和光波长转换器、光开关等。

10.光纤连接器的主要性能指标有插⼊损耗（介⼊损耗）、回波损耗、互换性、插拔寿命、重复性、稳定性等。

11.表⽰光纤耦合器性能指标的参数有隔离度、插⼊损耗和分光⽐等。

⼆、选择题1.光纤通信系统中使⽤的光器件主要有：(D )A 激光器、发光⼆极管；B 分布反馈激光器、PIN光电⼆极管；C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器；D 光源、光检测器、光放⼤器。

2.光纤通信系统中常⽤的光检测器主要有：(B )A. 激光器、发光⼆极管B. PIN光电⼆极管、APD雪崩光电⼆极管C.分布反馈激光器、PIN光电⼆极管D. PIN光电⼆极管、半导体激光器LD3.光源的作⽤是：(B )A 产⽣输⼊光波信号；B 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；C 产⽣输⼊光功率；D 光波对电信号进⾏调制，使其载荷信息在光纤中传输。

光纤通信试题04254

1.光纤通信一般采用的电磁波波段为（ ).A 。

可见光B 。

红外光C. 紫外光 D 。

毫米波2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( )。

A ．0.85 μm，1。

27 μm,1。

31 μmB ．0.85 μm，1。

27 μm，1。

55 μmC ．0.85 μm，1.31 μm,1.55 μmD ．1。

05 μm,1.31 μm,1.27 μm3.限制光纤传输容量(BL 积）的两个基本因素是（ )和光纤色散。

A ．光纤色散B ．光纤折射C ．光纤带宽D ．光纤损耗 4.一光纤的模色散为20ps/km ，如果一瞬时光脉冲（脉冲宽度趋近于0)在此光纤中传输8km ，则输出端的脉冲宽度为( ）A 。

20psB 。

40psC 。

80psD 。

160ps5.下列说法正确的是（ )A ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率B ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率C ．为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须小于纤芯的折射率D ．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂层的折射率6.对于工作波长为1.31μm 的阶跃折射率单模光纤，纤芯折射率为1。

5,包层折射率为1。

003(空气)，纤芯直径的最大允许值为( )。

A 。

0.34μmB.0.90μm C 。

3.0μmD.4。

8μm 7.在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( )A ．V ＞0B ．V ＞VcC ．V ＞2.405D ．V ＜Vc 8.下列现象是光纤色散造成的，是（）.A 。

光散射出光纤侧面B 。

随距离的增加，信号脉冲不断展宽 C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（）。

A.折射B 。

在包层折射边界上的全内反射C 。

纤芯—包层界面上的全内反射D.光纤塑料涂覆层的反射 10. 1mW 的光向光纤耦合时，耦合损耗为1。

0dB ，而在光纤输出端需要0.1mW 的信号，则在衰减为0.5dB/km的光纤中，可以将信号传输多远？（）.A.1.8kmB 。

实验二发光二极管P-I特性测试实验含数据)

实验二发光二极管P-I 特性测试实验一、实验目的1、学习发光二极管的发光原理2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握发光二极管P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试二、实验内容1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I 关系曲线2、根据P －I 特性曲线，计算发光二极管斜率效率三、预备知识1、了解发光二极管与半导体激光器的异同点四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC 接口光功率计 1台3、850nm 光发端机（HFBR-1414T ） 1个4、ST/PC-FC/PC 多模光跳线 1根5、万用表 1台6、连接导线20根五、实验原理半导体光源主要有半导体发光二极管（LED ）和半导体激光器（LD ）两种。

LD 已经在上一个实验介绍过，本实验主要是介绍LED 。

发光二极管（LED ）结构简单，是一个正向偏置的PN 同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。

发光二极管（LED ）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（30～60nm ）、发射角较大（≈100°）、与光纤的耦合效率较低。

其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。

半导体发光二极管（LED ）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。

对于发光二极管（LED ）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率int η，光子产生率为)/(int q I η，因此LED 内产生的光功率为Iq P )/(int int ωη =（2-1）式中，ω 为光量子能量。

假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率内部产生功率的份额为ext η，则LED 的发射功率为Iq P P ext ext e )/(int int ωηηη ==（2-2）ηext 亦称为外量子效率。

光纤特性及传输试验

光纤特性及传输试验光纤特性及传输实验在现代通信技术中，为了避免信号之间的相互干扰，提高通信质量和通信容量，通常用信号调制载波，用载波传输信号，并在接收端解调和恢复所需的信号。

无论采用何种调制方式，被调制的载波都应该占用一定的带宽。

例如，音频信号应占据数千Hz的带宽，模拟电视信号应占据8 MHz的带宽。

如果载波的频率间隔小于信号带宽，则不同的信号会相互干扰。

可用于无线电通信的频率资源非常有限。

通信频率在国内外统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。

通信容量与载波频率成正比，与波长成反比。

目前，微波波长可达厘米量级。

毫米波和亚毫米波的开发和应用难度很大。

光波长比微波短得多。

以光波为载体的潜在通信容量是微波通信无法比拟的。

光纤通信是以光波为载波，用光纤传输光信号的通信方式。

与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大、传输距离长、价格低廉、重量轻、易敷设、抗干扰、保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。

实验目的1.2.3.4.5.6.7.了解光纤通信的原理和基本特性。

测量半导体激光器的伏安特性，电光转换特性。

测量光电二极管的伏安特性。

基带（幅度）调制传输实验。

频率调制传输实验。

音频信号传输实验。

数字信号传输实验。

实验原理1.光纤光纤是由纤芯、包层和保护层组成的同心圆筒。

横截面如图1所示。

纤芯和包层材料大多是直径为5~50μM的高纯度石英玻璃纤芯，通过掺杂，纤芯的折射率大于包层，形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。

若纤芯的包层，直径约125μm折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变，防护层，直径约250μm称为阶跃型光纤；若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘图1光纤的基本结构与包层的折射率一致，称为梯度光纤。

如果芯直径小于10μm，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。

若纤芯直径50μm左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。