实验一半导体激光器及光无源器件测试
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告摘要：本文旨在通过对半导体激光器的实验研究，探索其基本原理、结构和性能，并分析实验结果。
通过实验，我们了解了激光器的工作原理、调制和控制技术以及其应用领域。
在实验过程中，我们测量了激光器的输出功率、光谱特性和波长调制特性等参数，并对实验结果进行了分析和讨论。
1.引言半导体激光器是一种利用半导体材料作为活性介质来产生激光的器件。
由于其小尺寸、高效率和低成本等优点，半导体激光器被广泛应用于通信、光存储、医学和科学研究等领域。
本实验旨在研究不同结构和参数的半导体激光器的性能差异，并通过实验数据验证理论模型。
2.实验原理2.1 半导体激光器的基本结构半导体激光器由活性层、波导结构和光学耦合结构组成。
活性层是激光器的关键部分，其中通过注入电流来激发电子和空穴复合形成激光。
波导结构用于限制光的传播方向，并提供反射面以形成光腔。
光学耦合结构用于引导激光光束从激光器中输出。
2.2 半导体激光器的工作原理半导体激光器利用注入电流激发活性层中的电子和空穴，使其发生复合并产生激光。
通过适当选择材料和结构参数，使波导结构中的光在垂直方向形成反射，从而形成光腔。
当光经过活性层时，激发的电子和空穴产生辐射跃迁，并在激光器中形成激光。
随着光的多次反射和放大，激光逐渐增强，最终从光学耦合结构中输出。
3.实验步骤3.1 实验器材本实验使用的主要器材有半导体激光器装置、电源、光功率计、多道光谱仪等。
3.2 实验过程首先，将半导体激光器装置与电源连接，并通过电源控制激光器的注入电流。
然后，使用光功率计测量激光器的输出功率，并记录相关数据。
接下来，使用多道光谱仪测量激光器的光谱特性，并记录各个波长的输出光功率。
最后，调节激光器的注入电流，并测量波长调制特性。
完成实验后，对实验数据进行分析和讨论。
4.实验结果与分析通过实验测量，我们得到了半导体激光器的输出功率、光谱特性和波长调制特性等数据，并对其进行了分析。
实验结果显示，随着注入电流的增加，激光器的输出功率呈现出递增趋势，但当电流达到一定值后，增长速度逐渐减慢。
半导体激光器实验报告
半导体激光器实验报告半导体激光器实验报告引言：半导体激光器是一种重要的光电子器件，具有广泛的应用领域，如通信、医疗、工业等。
本实验旨在通过搭建实验装置，研究半导体激光器的工作原理和性能特点，并探索其在光通信领域的应用。
实验一：激光器的工作原理激光器的工作原理是基于光放大和光反馈的原理。
在实验中，我们使用一台半导体激光器，通过电流注入激发半导体材料，产生光子。
这些光子在激光腔中来回反射，不断受到增益介质的放大，最终形成激光束。
实验装置中的关键组件包括半导体激光器、激光腔、准直器和光探测器。
半导体激光器通过电流注入，激发载流子跃迁，产生光子。
光子在激光腔中来回反射，经过准直器调整光束的方向，最后被光探测器接收。
实验二：激光器的性能特点在实验中，我们测试了激光器的输出功率、波长和光谱宽度等性能指标。
通过改变注入电流和温度等参数，我们研究了激光器的输出特性。
首先，我们测试了激光器的输出功率。
通过改变注入电流，我们观察到激光器输出功率随电流增加而增加的趋势。
然而，当电流达到一定值后，激光器的输出功率不再增加，甚至出现下降。
这是由于激光器的光子数饱和效应和损耗机制导致的。
其次，我们测量了激光器的波长。
通过调节激光腔的长度，我们观察到激光器的波长随腔长的变化而变化。
这是由于激光腔的谐振条件决定了激光器的输出波长。
最后，我们研究了激光器的光谱宽度。
通过光谱仪测量激光器的光谱分布，我们发现激光器的光谱宽度与注入电流和温度有关。
随着注入电流的增加和温度的降低，激光器的光谱宽度变窄，光纤通信系统中要求的窄光谱宽度可以通过适当的调节实现。
实验三：半导体激光器在光通信中的应用半导体激光器在光通信领域有着重要的应用。
我们通过实验研究了激光器在光纤通信中的应用。
首先，我们将激光器的输出光束通过光纤传输。
通过调节激光器的输出功率和波长，我们实现了光纤通信中的光信号传输。
通过光探测器接收光信号，并通过示波器观察到了传输过程中的光信号波形。
光无源器件参数测试实验
光无源器件参数测试实验光无源器件参数测试实验是光电类实验中的一种重要实验，用于测试和研究光无源器件的性能和特性。
光无源器件主要包括光电二极管、光敏电阻、光敏晶体管等。
实验目的：1.理解光无源器件的工作原理和性能特点；2.学会使用光无源器件测试仪器进行参数测试；3.掌握测试光无源器件的光电特性，如响应特性、光电流特性、电光转换效率等。
实验仪器和材料：1.光无源器件测试仪器：光源、光功率计、电源、模拟电压源、示波器等；2.光无源器件样品：光电二极管、光敏电阻、光敏晶体管等；3.光源：激光器、LED灯等。
实验步骤：1.准备工作：a.将光无源器件样品插入到测试仪器中的测试接口；b.打开测试仪器，进行仪器的预热和校准。
2.测试光线响应特性：a.将光源对准光无源器件，并调节光源的强度。
b.测量光无源器件的输出电流或电压随光源强度变化的关系曲线。
c.记录数据并分析光无源器件的响应特性。
3.测试光电流特性：a.将光源对准光无源器件，并固定光源的强度。
b.根据不同的实验要求，设置不同的电压源输出电压，测量光无源器件的输出电流。
c.记录数据并分析光无源器件的光电流特性。
4.测试电光转换效率：a.选取适当的光源和光无源器件样品。
b.测试光无源器件的光电转换效率，即测量光无源器件输出功率与输入光功率之比。
c.记录数据并分析光无源器件的电光转换效率。
5.分析实验结果：根据实验数据，进行曲线拟合、数据处理和结果分析，探讨光无源器件的性能和特点。
实验注意事项：1.实验时应注意光无源器件的灵敏度，避免直接光照到器件。
2.使用仪器和光源时要遵守相关的安全操作规程，避免产生辐射伤害。
3.实验过程中的参数设置和测试条件应根据实际需要进行调整。
通过光无源器件参数测试实验，可以深入了解光无源器件的性能和特性，为光电器件的设计、研究和应用提供了有力的支持。
同时，此实验也可以帮助学生掌握光电技术的基本原理和实验技能，培养实验观察、数据处理和问题分析解决能力。
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。
半导体激光器_实验报告
半导体激光器_实验报告【标题】半导体激光器实验报告【摘要】本实验主要通过实际操作和测量，研究半导体激光器的工作原理和性能特点。
通过改变电流和温度等参数，观察激光器的输出功率和波长、发散角度等特性的变化，并分析其与激光器内部结构和材料特性之间的关系。
【引言】半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优点，在光通信、激光加工、医疗等领域有广泛应用。
了解半导体激光器的工作原理和特性对于深入理解其应用具有重要意义。
【实验内容】1. 实验器材与仪器准备：准备半导体激光器、电源、温度控制器、功率测量仪等实验设备。
2. 实验步骤：a. 连接电源和温度控制器，调节温度至设定值。
b. 调节电流，记录相应的激光器输出功率。
c. 测量激光器的输出波长和发散角度。
d. 分析激光器输出功率、波长和发散角度等特性随电流和温度变化的规律。
【实验结果】1. 实验数据记录：记录不同电流和温度下的激光器输出功率、波长和发散角度数据。
2. 实验结果分析：a. 输出功率与电流和温度的关系。
b. 输出波长与电流和温度的关系。
c. 发散角度与电流和温度的关系。
【讨论】根据实验结果，结合半导体激光器的内部结构和材料特性，讨论激光器输出功率、波长和发散角度等特性与电流和温度的关系。
分析激光器的工作原理和性能特点，并讨论其在实际应用中的优缺点。
【结论】通过实验，我们深入了解了半导体激光器的工作原理和性能特点。
通过调节电流和温度等参数，可以控制激光器的输出功率、波长和发散角度等特性。
半导体激光器具有体积小、功耗低、效率高等优点，但也存在一些限制，如温度敏感性较强。
最后，我们对半导体激光器的应用前景进行了展望。
半导体激光器测试方法
半导体激光器测试方法
半导体激光器是一种常见的光电器件，通过将电能转化为光能产生激光。
为了确保半导体激光器的性能和质量，需要进行各种测试。
以下是常见的半导体激光器测试方法：
1.激光器波长测试：使用光谱仪进行激光器波长的检测，以确保激光器的波长符合要求。
2.光功率测试：测量激光器的输出功率，以确保激光器的输出功率符合要求。
这可以使用功率计或功率传感器进行测量。
3.光电特性测试：通过测量激光器的光电流和光谱特性等参数，来确定激光器的光电特性。
4.稳定性测试：对激光器进行长时间的稳定性测试，以确保激光器的性能和可靠性。
5.阈值电流测试：测试激光器的阈值电流，以确定激光器的启动电流和电压。
6.温度测试：测试激光器在不同温度下的性能，以确定激光器在各种环境下的工作条件。
半导体激光器测试是半导体激光器制造过程中非常重要的一环，只有通过严格的测试可以确保激光器的性能和质量。
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半导体激光器特性测试实验
太原理工大学现代科技学院光纤通信课程实验报告专业班级学号姓名指导教师实验名称 半导体激光器P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 2 姓名 成绩一、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.ZYE4301G 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。
）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（△λ=0.1～1.Onm)，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。
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。
[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。
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实验一半导体激光器及光无源器件测试
Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
图7.1.1 电话用户A 、B 结构示意图
图7.1.2 电话用户A 、B 模拟光传输结构示意图（A 到B 单工）
光纤 1310nmLD+单模 PCM
编
光 电
电 光
光发
光接
P201
P202
光纤 1550nmLD+单模 电 光
光
光接
光发
PCM
编 P204
P203
电话
用户
电话
用户
P601 用户
用户
P804
激光/探测
P201
P205
PCM
PCM
TP801
P801
P802
P804
用户B ：49
P803
PCM
PCM
P601 P602
P603 P604
TP601
用户A ：48
（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter ）在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。
通常采用PCM 编码器（Coder ）与解码器(Decoder)来完成,，统称为CODEC 。
相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz ）带宽，编码速率为64kb/s 。
（6）混合（H —Hyhird ）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM 发送，接收数字四线单向信号之间的连接。
过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。
（7）测试（T —Test ）对用户电路进行测试。
图7.1.4 模拟用户线接口功能框图
用户线接口电路:
在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL 387 10。
PBL 387 10是2/4线厚膜混合用户线接口电路。
它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。
PBL 387 10用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB ，供电电源为+ 5 V 和﹣5 V ，PBL 387 10还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求，即达到+75V 的有效值。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
（1）该电路的基本特性
PBL 387 10 TP3067 铃流发馈电电
模拟
过压保护
测试开关
振铃继电
馈电电路
混合电路
编码
器解
低平
低发送码
接收码
(编码信a b
测试总线 振铃
用户线
回铃音：（Echo tone ）1秒送，4秒断的5秒断续的500Hz 信号。
忙音： （busy tone ）秒送，秒断的秒断续的500Hz 信号。
B ．振铃信号（铃流）：一般采用频率为25Hz ，幅度为75V ±15V 的交流电压，以1秒送，4秒断的5秒断续方式发送。
图7.1.8 工作原理框图
记发器电路是记发器模块（CPU 主处理器）及外围电路，主要由CPU 芯片U501 （AT89C51）、CPLD 可编程器件EPM240、锁存器74HC573等组成，它们在系统软件的作用下，完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出的控制、电话号码的识别、交换命令发送等功能。
见图7.1.9，具体叙述如下：
1.用户状态检测电路：接收各个用户线接口电路输出的用户状态检测信号DETX （X 是话路的序号），可以是A 、B ，例如DETA 是电话Ａ话路的用户状态检测信号（下面文字说明中标号的X 含义与此处相同），信号直接送入CPU 的P1口，以识别主、被叫用户摘挂机状态。
2.信号音控制电路：主要由单片机U501及4066的电子开关组成，由CPU 经EPM240口输出的拨号音控制信号（SELA1）、忙音控制信号（SELA2）、回铃音控制信号（SELA3）的作用下，分别分时地将上述三种信号通过电子开关送入主叫用户的电话收端(听筒)。
3．铃流控制电路：由上述的单片机U501、EPM240和用户线接口芯片PBL 38710的有关电路等组成。
自动交换时，在单片机U501控制作用下，EPM240口输出的振铃音信号（RING ），铃流音控制信号(CA)送给PBL38710，RING 信号由PBL38710提升功率后，使其有效值达到75V 左右，在CA 的控制下送往电话机，驱动振铃。
接收控制电路：主要由EPM240可编程器件和CPU 的中断端口组成，当MT8870收到电话号码后，便发出使能信号（12EN 或34EN ）向CPU(U501芯片)申请中断，接收电话号码数据（D1～D4）送给CPU （U501）和EPM240进行处理。
然后，CPU （U501）译成交换命令（COMM 字节表示）送往交换单元。
程控
交换机
用户状态信息
各种可闻信号
图7.1.9 记发器工作过程示意框图 （四）双音多频（DTMF ）检测 DTMF 接收器包括DTMF 分组滤波器和DTMF 译码器，其基本原理如图7-1所示。
DTMF 接收器先经高、低群带通滤器进行f L / f H 区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF 的两路f L 、f H 信号输出。
该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF 信号音对的4比特二进制码（D1～D4）。
图7.1.10
典型DTMF 接收器原理框图 本实验系统采用MT8870进行号码检测的，MT8870的译码表见7.1.1所示，图为双音多频实验系统的电原理框图。
其中，数据输出允许端EN 和D1～D4见平台上记发器模块的左边测试过孔。
表7.1.1 MT8870译码表
f L （Hz ）
f H (Hz)
NO.
EN
D 04
D 03
D 02
D 01
697 1209 1 H L L L H
697 1336 2 H L L H L
用户接口CPLD 信号产生单元 话音、信号音切换电
交换控制单拨号回铃SELA 控
振铃音
振铃控
语音D4
DTMF 信
语音信各种可
主处理器
89C51
忙音
D2 D3 D1 交换控
控制
摘机信12EN
DTMF 号码检输
高频带通过零 码
变
换
锁存
与
缓
过零
低频带通
信号输。