光纤光学与半导体激光器的电光特性(课题)
实验2光纤光学与半导体激光器的电光特性(精)
实验二光纤光学与半导体激光器的电光特性一、实验内容与目的1、半导体激光器的电光特性与阈值电流用功率指示计测量半导体激光器在不同工作电流下的输出功率，求出阈值电流。
了解掌握半导体激光器的使用方法和电光特性。
2、光纤光学以可见光半导体激光器作为光源，通过一套五维调整机构将激光耦合进光纤，激光在光纤中传输一定距离后从光纤的另一端输出，通过对输出光的测量和观察，了解掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法，进一步理解和巩固光学的基本原理和知识。
对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。
实验内容有：1）光纤的端面处理。
2）光纤的耦合与藕合效率的测量。
3）光纤的激励模式。
4）光在光纤中的传输时间的测定，并根据光纤长度推算出光在光纤在的传输速率和纤芯的折射率。
5）模拟信号（音频）的调制、在光纤中的传输、接受、放大与解调还原。
二、实验仪器1. GX1000光纤实验仪2 .光学实验导轨（800mm ）3 .半导体激光器+二维调整架4.三维光纤调整架+光纤夹5.光纤（200m ）6.光纤座+磁吸7 •光探头+二维调整8•功率指示计9 •光纤刀10.显示屏11•一维位移架+12档光栏头12.示波器13•音频信号源三、设备的安装a将导轨平稳地放置在一个坚固、稳定的平台上。
b在导轨的一端（底角附近）放置半导体激光器调整架和三维光纤调整架，另一端放置光纤座和二维可调光探头。
c粗调各调整架的高度，使其高度大致相等。
d将半导体激光器与实验仪发射板的输出口相连，输出波形通过信号线与示波器CH1通道相连。
二维光探头与接收板上的输入口相连，输出波形（解调前）通过信号线与示波器CH2通道相连。
模拟音频信号接入音频输入端e将功率指示计探头与功率指示计相连，待用。
f将实验仪后面板上的喇叭开关置于关状态。
四、实验项目及步骤（一）半导体激光器的电光特性a将实验仪功能档置于直流”档。
用功率指示计探头换下三维光纤调整架。
b打开实验仪电源，将电流旋钮顺时针旋至最大。
光纤光学与半导体激光器的电光特性实验(精)
光纤光学与半导体激光器的电光特性实验上个世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术取得了突破性的进展。
光纤通信具有容量大、频带宽、光纤损耗低、传输距离远、不受电磁场干扰等优点，因此光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。
半导体激光器是近年来发展最为迅速的一种激光器。
由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。
【实验目的】1．了解半导体激光器的电光特性和测量阈值电流。
2．了解光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。
3．掌握光纤数值孔径概念、物理意义及其测量方法。
4．对光纤本身的光学特性进行初步的研究。
【实验仪器】GX-1000光纤实验仪，导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架+十二档光探头（选购），专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。
如右图所示。
1．设备参数：（1）半导体激光器类型：氮化镓，工作电流：0-70mA ，激光功率：0-10mW ，输出波长：650nm ；（2）总输出电压为3.5-4V ，考虑保护电路分压，所以管芯电压降为2.2V 。
（3）光纤损耗率：每千米70%，实验所用光纤长度：200m ，计算损耗为93.1%，如激光输出功率为10mW ，除去损耗后激光输出的总功率：9.31mW ，（计算耦合效率时用到）。
（4）信号源频率可用范围:10KH Z -300KH Z 。
2．主机功能实验主机面板如下图 GX1000光纤实验仪发射接受北 京 方 式 科 技 有 限 责 任 公 司电流 mA电流调节直流调制脉冲频率输出 波形音频输入 波形输入 波形 波形解调电源开关表头功能状态旋钮主机主要由3部分组成：电源模块、发射模块、接收模块。
(1)电源模块 主要是为半导体激光器和主机其它模块提供电源。
由3部分组成：①表头：三位半数字表头，用于显示半导体激光器的平均工作电流。
该电流可通过表头下的电位器进行调整。
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。
半导体激光器原理及光纤通信中的应用
半导体激光器原理及光纤通信中的应用
半导体激光器是一种利用半导体材料的电子和空穴复合产生光子的器件。
它是一种高效、小型化、低成本的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、医疗、材料加工等领域。
半导体激光器的工作原理是利用半导体材料的PN结，在外加电压的作用下，电子和空穴在PN结的结界面处复合，产生光子。
这些光子被反射回来，形成光的共振，从而形成激光。
半导体激光器的优点是功率密度高、发射波长可调、寿命长、体积小、功耗低等。
在光纤通信中，半导体激光器是一种重要的光源。
它可以将电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端，再将光信号转换为电信号。
半导体激光器的发射波长与光纤的传输窗口相匹配，可以实现高速、长距离的光纤通信。
同时，半导体激光器的小型化和低功耗也使得光纤通信设备更加紧凑和节能。
除了光纤通信，半导体激光器还被广泛应用于激光打印、医疗、材料加工等领域。
在激光打印中，半导体激光器可以实现高速、高分辨率的打印，同时也可以实现彩色打印。
在医疗领域，半导体激光器可以用于激光治疗、激光手术等，具有精准、无创、无痛等优点。
在材料加工领域，半导体激光器可以用于切割、焊接、打孔等，具有高效、精准、无污染等优点。
半导体激光器是一种重要的光源，被广泛应用于光通信、激光打印、
医疗、材料加工等领域。
随着科技的不断发展，半导体激光器的性能和应用也将不断提升和拓展。
光纤光学与半导体激光特性实验指导书
光纤光学与半导体激光特性实验指导书光纤光学与半导体激光器的电光特性20世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术的突破性发展，光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。
本实验利用通信用单模光纤和可见光（红光）半导体激光器对光通信过程进行了一个开放的、原理性的模拟，以期通过实际操作，对光纤本身的光学特性和半导体激光器的电光特性进行一个初步的研究。
使学生对光纤和半导体激光器有一个基本的了解和认识。
一．实验目的1．理解和巩固光学的基本原理和知识；2．了解掌握光纤的使用技巧和处理方法；3．了解掌握半导体激光器的使用方法和电光特性；4、了解掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法。
二．基本原理光纤通信的光学理论是建立在光的全反射理论和波导理论上的。
现代光通信中使用的光纤一般分为单模光纤和多模光纤两种。
它们在结构上的区别主要在于纤芯的几何尺寸上，图1是光纤结构图。
它由三层结构构成：（1）纤芯：由掺有少量其他元素的石英玻璃构成（为提高折射率），对于单模光纤，直径约9.2 mm，而对于多模光纤，纤芯直径一般为50 mm。
这是它们在结构上的最主要区别。
（2）包层：由石英玻璃构成，但由于成分的差异它的折射率比纤芯的折射率略微低一些，以形成全反射条件。
直径约为125 mm。
（3）涂覆层：为了增加光纤的强度和抗弯性、保护光纤，在包层外涂覆了塑料或树脂保护层。
其直径约245 mm。
激光主要在纤芯和包层中传播。
图1 光纤结构示意图1．光纤端面的处理为了使激光在输入光纤和输出光纤时有一个理想的状态，如较高的耦合效率，均匀对称的光斑和模式。
一般均需要对光纤的端面进行较为细致的处理。
一般光纤端面的处理有两种主要方法。
一种是使用专用刀具进行切割。
另一种为研磨处理。
在本实验中，采用较为简单的手工刀具切割，以使光纤端面较为平整。
2．光纤的耦合和耦合效率在本实验中，光纤的耦合是指将激光从光纤端面输入光纤，以使激光可沿着光纤进行传输。
在这里采用了一套有五个自由度的调整机构来进行光纤的耦合。
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。
半导体激光器特性及调制特性实验
实验三半导体激光器特性及调制特性实验一、实验目的1.掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理，测量泵浦LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线；2.用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光；3.选用不同透过率腔镜，测试不同LD电流下的激光输出功率，结合LD的功率-电流关系，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
二、实验仪器半导体激光器、耦合系统、Nd:YAG晶体、输出镜、功率计、探测器三、实验内容1、LD安装及系统准直将LD电源接通。
通过上转换片观察LD出射光近场和远场的光斑。
测量LD经快轴压缩后的阈值电流和输出特性曲线。
2、半导体泵浦固体激光器实验用大功率的808nmLD泵浦Nd：YAG晶体，通过不同输出镜并调节腔镜产生1064nm的红外光。
测试不同LD电流下的激光输出功率；根据实验数据和曲线，计算两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率，并作简要分析。
四、实验结果（1）数据结果：电流（A）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8功率（mw）0 0 0 0 0 0.019 0.048 0.077 电流（A）0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6功率（mw）0.113 0.150 0.202 0.267 0.330 0.373 0.406 0.432 电流（A） 1.7 1.8 1.9 2 2.1功率（mw）0.461 0.485 0.506 0.525 0.555（2）激光输出功率-泵浦功率曲线：（3）根据数据和图像可知：故，转换效率：%04.38=η五、实验总结通过本次实验，掌握了半导体泵浦固体激光器的工作原理，学会了测量泵浦LD 经快轴压缩后的阈值电流和绘制了输出特性曲线，实现了用辅助激光器法，构造固体激光器谐振腔，并使其发光，选用了不同透过率腔镜，测试了不同LD 电流下的激光输出功率，结合LD 的功率-电流关系，计算出来两种耦合输出下的激光斜效率和光光转换效率。
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学号：姓名：班级：日期：【摘要】激光器的三个基本组成部分是：增益介质、谐振腔、激励能源。
本实验通过测量半导体激光器的输出特性、偏振度和光谱特性，进一步了解半导体激光器的发光原理，并掌握半导体激光器性能的测试方法。
【关键词】半导体激光器、偏振度、阈值、光谱特性一、实验背景激光是在有理论准备和实际需要的背景下应运而生的。
光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础之一。
受激辐射的概念是爱因斯坦于1916年在推导普朗克的黑体辐射公式时提出来的, 从理论上预言了原子发生受激辐射的可能性，这是激光的理论基础。
直到1960年激光才被首次成功制造（红宝石激光器）。
半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功发明，在1970年实现室温下连续输出。
半导体激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式，制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE) 等多种工艺。
由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 使得它目前在各个领域中应用非常广泛。
半导体激光器已经成功地用于光通讯和光学唱片系统，还可以作为红外高分辨率光谱仪光源，用于大气检测和同位素分离等；同时半导体激光器成为雷达，测距，全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。
半导体激光器与调频器、放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通讯和光计算机的发展。
半导体激光器主要发展方向有两类，一类是以传递信息为目的的信息型激光器，另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。
本实验旨在使学生掌握半导体激光器的基本原理和光学特性，利用光功率探测仪和CCD光学多道分析器，测量可见光半导体激光器输出特性、不同方向的发散角、偏振度，以及光谱特性，并熟悉光路的耦合调节及CCD光学多道分析器等现代光学分析仪器的使用，同时进一步了解半导体激光器在光电子领域的广泛应用。
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- 59 - 光纤光学与半导体激光器的电光特性
1970年美国康宁玻璃公司Kapron 博士等人研制出低损耗的光纤，同年贝尔研究所的林严雄等人研制出能在室温下连续工作的半导体激光器，这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变为可能，引起各国电信科技人员竞相研究和实验。
至今，应用光纤通信系统已经多次更新换代，通信容量和传输距离迅速增长，光纤通信系统已成为通信线路的骨干。
预习要求
1．了解半导体激光器的输出特性。
2．查阅资料，了解光纤的结构和分类、光纤的耦合、光纤中光信号的传输理论（光纤中的模式），知道数值孔径的定义及其测量方法。
课题任务及部分实验方案参考
1． 仔细阅读说明书，了解主机面板功能。
2． 研究半导体激光器的电光特性，绘制电流—功率曲线，曲线斜率急剧变化处所对应的电流即为阈值电流。
注：为防止半导体激光器因过载而损坏，实验仪中含有保护电路，当电流过大时，光功率会保持恒定，这是保护电路在起作用，而非半导体激光器的电光特性。
3．测量耦合效率，然后取下功率指示计探头，换上白屏，轻轻转动各耦合调整旋钮，或轻轻弯曲光纤，观察光斑形状变化（模式变化）。
注：此实验务必认真处理光纤端面，并将光纤小心地放入光纤夹中，处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏和污染。
4．光斑法测量数值孔径。
提示：仔细调整各耦合旋钮，尽量使输出成为明亮、对称、稳定，附件的探头光栏置于Φ6.0档，并使之紧贴光纤输出端面，以保证输出光可全部进入探头，公式 2200sin r l r i n NA +==
5．正确连线、观察、了解音频模拟信号的调制、传输、解调过程和情况。
6．测量光纤中的光速和光纤材料的平均折射率。
7.(选作)光斑扫描法测量数值孔径。
耦合状态同任务4，探头光阑置于直径0.5-1mm 档，距光纤输出端面前40~80mm 处，找到高斯光斑的中心位置，沿径向平移探测器至接收到的光功率最小，绘出光强分布曲线，应近似为高斯曲线，以该曲线的最高点的1/e 2处的尺寸作为光斑直径2r ，计算数值孔径。
实验注意事项
1． 请勿直视激光 。
2． 如在使用过程中，光纤断在光纤夹中，请务必剔除光纤断头，在安装新的光纤，否则可能损坏光纤夹压片。
思考题
1．在远距离光纤传输时，为什么一般采用单模光纤？光纤模式是如何影响带宽的？
2．光纤中传输的信息可以被窃听吗？设计一种比较简单的方法！。