半导体激光器P-I特性测试
实验二 发光二极管P I特性测试实验
实验二发光二极管P I特性测试实验实验二-发光二极管p-i特性测试实验普通光纤器件特性测试实验Ⅱ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LED的P（平均传输光功率）-I（注入电流）曲线测试二、实验内容1.测量LED的平均输出光功率和注入电流，绘制P-I关系曲线。
2.根据P-I特性曲线计算LED的斜率效率三、预备知识1.了解发光二极管和半导体激光器之间的异同四、实验仪器1套1套1根1台20件五、实验原理半导体光源主要包括半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。
在上一次实验中引入了LD。
本实验主要介绍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），自发辐射产生的功率由正向偏置电压产生的注入电流提供。
当注入电流为I且工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射进行复合，其复合速率等于载流子注入速率IQ，其中发射电子的复合速率由内部量子效率决定？Int，光子产生率为(i?int/q)，因此led内产生的光功率为品脱int（？？/q）i（2-1）哪里是光的量子能量。
假设所有发射光子的能量大致相等，从LED逸出的功率中产生的功率份额为？Ext，则LED的传输功率为pe??extpint??ext?int(??/q)i（2-2）ηext亦称为外量子效率。
由2-2式可知，led发射功率p和注入电流i近似成正比。
半导体激光器P-I特性测试
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 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＝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。
对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为P e ＝)(2th D I I q -ηω （1-1）其中intint a a a mir mir D +=ηη，这里的量子效率ηint ，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。
在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint 接近于1。
1-1式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>I th 时，输出功率与I 成线性关系。
其增大的速率即P-I 曲线的斜率，称为斜率效率D eqdI dP ηω2 = （1-2）P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。
【精品文档】光纤耦合实验报告-word范文 (8页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==光纤耦合实验报告篇一：光纤测量实验报告光纤测量实验报告课程名称：光纤测量实验名称：耦合器光功率分配比的测量学院：电子信息工程学院专业：通信与信息系统班级：研1305班姓名：韩文国学号：131201X1实验日期：201X年4月22日指导老师：宁提纲、李晶耦合器光功率分配比的测量一、实验目的：1. 理解光纤耦合器的工作原理；2. 掌握光纤耦合器的用途和使用方法；3. 掌握光功率计的使用方法。
二、实验装置：LD激光器，1 ×2光纤耦合器，2 ×2光纤耦合器，TL-510型光功率计，光纤跳线若干。
1. LD激光器半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。
.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。
电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。
本实验用的LD激光器中心频率是1550nm。
2. 光功率计光功率计（optical power meter ）是指用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。
在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表；在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。
通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。
用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。
3. 耦合器光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的光纤无源器件，是光纤系统中使用最多的光无源器件之一，在光纤通信及光纤传感领域占有举足轻重的地位。
半导体激光器_实验报告
P(uW)
800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
从拟合图中找出阈值以上的直线部分，单独拟合如下图 2，利用拟合公式求得阈 值电流为 11.73mA；斜率效率为 0.10084W/A.
2/7
半导体激光器
图 2
阈值以上的直线部分
10
误差产生的原因可能是读数时示数不稳定所带来的偏差，也有可能是测量光 功率时存在一些额外的损耗而没有很好的避免。 通过对表格 4、表格 5 的直观分析，可以看出：当电流一定时，随着温度的增 加，DFB 光谱的中心波长增加，功率谱密度减小；当温度一定时，随着电流 的增加，DFB 的中心波长增加，功率谱密度也增加。
功率谱密度/dBm -2.642 -0.963 0.381 1.168 1.925 2.621
中心波长 1546.139nm
功率谱密度 -0.154dBm
纵模间隔 1.374nm
-20dB 单模带宽 0.174nm
6/7
半导体激光器
二、 实验结果分析
当温度为 20.1℃时，通过对 DFB 的 P-I 曲线拟合（图 1 图 2） ，得到的阈值 电流为 11.73mA， 当温度为 24.9℃时 （图 3 图 4） ， 得到的阈值电流为 12.15mA. 通过对 F-P 的 P-I 曲线拟合（图 5 图 6）,得到的阈值电流为 9.19mA,与理论 值的相对误差为 ε=| 9.19 10 | 100 % 8.1%
功率谱密度/dBm -2.642 -2.834 -2.936 -3.129 -3.283 -3.334
固定温度改变电流(t=20℃)
表格 5
半导体激光器实验报告
实验13半导体激光器实验【实验目的】1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。
2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。
3.根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用。
4.掌握WGD-6光学多道分析器的使用【仪器用具】半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振片、旋转台、多功能光学升降台、光功率指示仪【实验原理】1、半导体激光器的基本结构半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laser diode，缩写为LD。
大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。
P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所示，P-N结通常在N型衬底上生长P型层而形成。
在P区和N区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。
图13-1（a）半导体激光器结构图13-1（b ） 半导体激光器工作原理图2、半导体激光器的阈值条件阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的一个表达式：)]1ln(21[8202R a Den J Q th +∆=ληγπ这里， Q η是内量子效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率， γ∆是自发辐射线宽，e 是电子电荷，D 是光发射层的厚度， α是行波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。
图13-2半导体激光器的P-I特性图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性3、伏安特性伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表示。
V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。
与伏安特性相关联的一个参数是LD的串联电阻。
对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。
对LD而言总是希望存在较小的串联电阻。
图13-4典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线3、横模特性半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。
[讲解]实验一半导体激光器P-I特性曲线测量
![[讲解]实验一半导体激光器P-I特性曲线测量](https://img.taocdn.com/s3/m/eed9502266ec102de2bd960590c69ec3d5bbdbcd.png)
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。
光纤通信实验报告光源的PI特性测试
plot(x,y)
xlabel('I/mA');ylabel('P/uW');
title('实验得LD半导体激光器P-I特性曲线')
gridon;
对实验结果曲线图的阈值电流部分进行局部放大，如图所示：
实验结果及分析：
通过进行了光源的P-I特性测试实验，结合了书本上的知识，我对半导体激光器LD的P-I特性有了进一步的了解，同时也掌握了光源P-I特性曲线的测试方法。
（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。
2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”，即数字光发送。
3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。
在做实验的过程中，也因为是初次接触，还有些不习惯，从这第一个实验开始对实验箱的每个模块进行熟悉，中间在读数的时候，我们测得的数据波动的很厉害，不能稳定地读数，所以只能取中间值进行采集。
在实验的过程中，我们对多组数据进行了测量。我们首先由u=(V)测量至u=(V)，发现了P-I大致的规律，后又估计在u=(V)左右对应有阈值电流，故又在此范围附近多测量了几组，使最终结果更精确。最后根据我们的数据绘出了实验测得的LD光源P-I特性曲线，曲线与理想情况还有些偏差，我认为造成误差的原因，主要可能有实验温度的影响和测量过程中读数与记录的误差等，但在误差允许的范围内，实验结果与理论基本吻合。可以从曲线上看出，阈值电流在左右，阈值功率在左右。
实验步骤：
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。
半导体激光器光学特性测量实验报告
半导体激光器光学特性测量实验报告【摘要】激光是20世纪一项重大的发明，被广泛应用于生活之中。
激光的产生原理是受激辐射，需要满足粒子数反转、谐振腔反馈和阈值三个条件。
激光的工作介质有很多类型，其中的半导体激光器具有体积小、质量轻、稳定高效、可调制等特点。
本文使用激光器、光功率指示仪、透镜、偏振器等器件测量了可见光波段的半导体激光器的输出特性曲线、发散角、偏振度和光谱等特性，对半导体激光器的光学特性进行了总结。
【关键字】激光，半导体，偏振，发散角，光谱，定标Experiment report of Semiconductor laser optical characteristic measurementAbstract : The theory of laser generation is stimulated radiation, which needs to meet the three conditions of particle number conversion,resonant cavity feedback and threshold. There are many types of laser working media, among which semiconductor lasers have the characteristics of small size, light weight, stable and efficient, and can be modulated. This article use lasers, optical power indicators, lenses, polarizer and other devices to measure the output characteristic curve, divergence angle, alignment and spectrum of visible light semiconductor lasers, and summarize the optical characteristics of semiconductor lasers.Key words: laser, semiconductor, polarization, divergence, spectrum, calibration1. 引言继相对论、量子物理、原子能技术、计算机技术之后，激光技术成为了20世纪又一大重大科学技术新成就。
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。
pi特性测试
半
导
体
光
电
器
件
实
验
实验名称：LD/LED光源特性测试实验姓名：陈礼锐（2010030030031）
LD/LED光源特性测试实验
一、实验仪器
LD/LED光源特性实验仪
LD3115型半导体激光二极管（带尾纤输出，FC型接口）
LED3215型发光二极管（带尾纤输出，FC型接口）
手持光功率计
二、实验目的
通过测量LD半导体激光器域值电流、LED发光二极管和LD半导体激光器的输出功率－电流（P-I）特性曲线和电压－电流（V-I）特性曲线，计算阈值电流（Ith）。
从而对LED发光二极管和LD半导体激光器工作特性有个基本了解。
了解温度（T）对阈值电流（Ith）和光功率（P）的影响。
三、实验内容
1、LED的p-I特性测试
室温下（7 ℃）下：
LED的P-I实验测试数据
20 ℃条件下：
LED 的P-I 实验测试数据
LED 在不同温度下的P-I 特性曲线：
2、LD 的p-I 特性测试 室温下（7 ℃）下：
LD 的P-I 实验测试数据
T=7℃
T=20℃
I(mA)
P(u W)
20 ℃条件下：
LD 的P-I 实验测试数据
LD 在不同温度下的P-I 特性曲线：
四、实验结论
LED 的P-I 特性受温度影响较小，LD 的P-I 特性受温度影响较大，且存在明显的阈值电流。
T=7℃
T=20℃
I(mA)
P(u W)。
LED光源P-I特性测量实验
LD/LED光源P-I特性测量实验处理一.实验结果分析1.数据处理A. 自动光功率控制实验表1 自动光功率控制数据表根据表1画出曲线图：图1 自动光功率控制I-P曲线由上图1可知，在自动光功率控制测量实验中，当打开自动补偿控制的时候，注入电流I变化的时候输出功率P1几乎无变化，自动补偿控制关闭的时候电流I变化，输出功率P2也会发生剧烈的变化。
B.光发射机P-I特性实验表2 光发射机P-I特性数据表根据表2画出曲线图2：图2 光发射机P-I特性曲线图根据图2可知，半导体发射机的门限电流为I th=7mA，当注入电流I<7mA 时，电流变化时输出功率几乎无变化，一旦I>7mA时候，电流I与功率P成正比关系，并且迅速增长。
C.消光比测量实验消光比EXT＝−10lg P00P11=10lg317.1×10−3527.3=32.2 dBD.平均光功率测量P̅=284.8 uw2.实验现象分析A.在功率自动控制实验里面，自动控制主要是利用反馈机制，从而控制注入的电流保持基本稳定，这样对应的输出的功率也就基本不变了，当然也不是绝对不变，略有稍微的浮动；当自动控制OFF时，这样无法控制注入电流的变化，功率就会随着I的变化而发生剧烈变化。
B.光发射机I－P特性测量实验，主要是验证实验。
半导体激光器有一个门限电流I th，当注入电流I低于I th时功率就不会有大的变化，当注入电流I大于I th时功率就发生线性剧烈变化。
3.实验影响因素讨论本次实验是一个验证性实验，实验数据都是通过仪表直接读来，仪表精度影响实验误差，另外在读取光功率计的时候，须待读数稳定后再读取。
二.实验小结本次实验加深了对半导体激光器门限电流I th的理解，通过测量和画图，加深了对门限电流的理解。
另外，对自动光功率控制的作用有了了解，模电中的反馈机制在这个控制电路里有了直观的反映，掌握了一种控制稳定变量的方法。
对于本实验，操作正确，实验现象符合理论要求，测量数据画得的曲线图符合本质特性，总的来说，实验室正确的成功的。
光纤通信实验报告1-光源的P-I特性测试
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
LD半导体激光器P-I曲线示意图
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。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，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，激光器工作于自发辐射，输出（荧光）光功率很小，通常小于100pW；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，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类似于正向二极管的特性。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。
5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接TP3，黑表笔接TP2）。读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω, 读出光功率计读数P。
调节功率输出W4，将测得的参数填入表格。
P(uW)
u(V)
I(A)
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。
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。
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。
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。
实验一半导体激光器P-I特性曲线测量(常用版)
Δν=c/2ngL (7)
式中，λ为激射波长；c为光速；ng为有源材料的群折射率。
一般的半导体激光器其纵模间隔为0.5～1nm，而激光介质的增益谱宽为数十纳米，因而有可能出现多纵模振荡。然而传输速率高(如大于622Mb／s)的光纤通信系统，要求半导体激光器是单纵模的。这一方面是为了避免由于光功率在各个纵模之间随机分配所产生的所谓模分配噪声；另一方面纵模的减少也是得到很窄的光谱线宽所必须的，而窄的线宽有利于减少在高数据传输速率光纤通信系统中光纤色散的影响。即使有些激光器连续工作时是单纵模的，但在高速调制下由于载流子的瞬态效应，而使主模两旁的边模达到阈值增益而出现多纵模振荡，因此必须考虑纵模的控制。为了得到单纵模，应弄清纵模的模谱，影响单纵模存在的因素，才能设法得到所要求的单纵模激光器。
图2 有多侧模的半导体激光器的近场和远场
由于半导体激光器发光区几何尺寸的不对称，其远场呈椭圆状，其长、短轴分别对应于横向与侧向。在许多应用中需用光学系统对这种非圆对称的远场光斑进行圆化处理。
如果半导体激光器发射的是理想的高斯光束，应有如下的光强分布:
I(r)=Imaxexp(-2(r/w)2) （1）
(4)在直接调制下张弛振荡频率降低。
一般来说，半导体激光器有比气体和固体激光器高约5个数量级的自发发射因子(10-4)。由图8看出，纵模谱随γ变化很大。当γ＝10-5时，几乎所有的激光功率集中在一个纵模内，即单纵模工作；当γ＝10-4时，只有约80％的光功率集中在主模上，而其余的由旁模所分配；当γ＝10-3时，则有更多的纵模参与功率分配。另一方面，若自发发射因子γ→1(如在微腔情况)，则出现量变到质变的情况，此时每一个自发发射光子引发出一个受激发射光子，却能得到很好的单纵模。
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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 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＝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。
对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为
P e ＝)(2th D I I q -ηω （1-1）
其中int
int a a a mir mir D +=ηη，这里的量子效率η
int ，表征注入电子通过受激辐射转化为光
子的比例。
在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint 接近于1。
1-1式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，
当注入电流I>I th 时，输出功率与I 成线性关系。
其增大的速率即P-I 曲线的斜率，称为斜率效率
D e
q
dI dP ηω2 = （1-2）
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 th 尽可能小，
I th 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（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 th ，当输入电流小于I th 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出的光，当电流大于I th 时，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。
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
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）。
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（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。
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），
以及交流电开关。
I(mA)
图1-1 LD 半导体激光器P-I 曲线示意图
10.拆下光跳线及光功率计，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。
11.将各仪器设备摆放整齐。
六、实验报告
1.根据实验记录数据，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Ith的大小。
3.根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。
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。
八、思考题
1.试说明半导体激光器发光工作原理。
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？
3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输
性能的影响。