光纤部分实验报告通信工程专业综合实验讲解

通信工程专业综合实验报告

——光通信部分

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班级通信

上课时间周二下午16:20~18:10

第8章 光纤传输系统

实验一 激光器P-I 特性测试实验

1.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

2.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、FC/PC-FC/PC 单模光跳线

1根 4、万用表

1台 5、连接导线 20根

3.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。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。 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th I 尽可能小，th I 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。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

I。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

th

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质量，因此PI特性曲线的测试了解激光器的性能是非常重要的，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上的电压值。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，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测的一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成PI特性的测试，并可根据PI特性得出半导体激光器的斜率效率。

图1 LD半导体激光器P-I曲线示意图

4.实验内容

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。

5.实验步骤

测量半导体激光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1 310 nm光端机发送模块或右上方的1 550 nm光端机发送模块上各自独立进行。

1）电路部分的操作

（1）关闭系统电源，将激光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）将光发送模块中模拟发送部分的电位器 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）的跳线帽拨出，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LD尾纤法兰盘处，小心插入一根光跳线的活动连接器。

（2）光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)，同时打开光功率计申源开关.井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，打开实验箱交流电源开关。

（4）将“模拟偏置”电位器WSOS从最左端位置开始，顺时针方向缓慢调节，使送人激光器的直流偏置电流逐渐增大，在可调范围内观察电流表的电流值变化和光功率计的读数变化过程。

（5）缓慢细致地从头调节电位器WSOS，使所测得的电流从最小值开始，以1mA为间隔取整数填入表格中，依次测量对应的光功率值。

（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。

6.实验结果（1310nm）

（1）分别画出 1 310 nm激光器或 1 550激光器的P—I曲线，并加以分析。

（2）整理所有实验数据，参考图 8-3 画出 P—I曲线。

（3）说明所测试的激光器的阈值电流大约数值。

答：I th=10mA

（4）回答以下思考题。

激光器的阈值电流Ith对光信号传输有何影响？

答：阈值是所有激光器的属性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点，即阈值以后机关器才开始净增益。只有谐振腔内的增益达到能够克服损耗，才能建立起稳定的光震荡，输出谱线尖锐，方向性好的激光，而增大增益的方法就是加大半导体激光器的注入电流，因此阈值的大小决定着器件的功耗，也就决定着器件的连续工作时间和使用寿命：阈值电流低，功耗低，连续工作时间长，使用寿命长，工作稳定性高。如果阈值高，则同时要提高信号中的直流分量，才能减少信号的失真，提高调制性能，而且从功耗的角度来讲，直流成分高的系统其功耗一定高，这样对系统运行的稳定性是一个影响。

实验二光发信机接口指标测试

1．实验准备工作

（1）预习光发信机接口指标。

（2）了解发送光功率和消光比的含义。