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
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
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）。
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LD的P-I曲线、转换效率和温度特性
教学环境
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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
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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
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。
小结：
课堂总结