半导体激光器P-I特性测试实验
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。
光源的P-I特性测试
光源的P-I特性测试一、实验目的1.了解半导体光源LED与半导体激光器LD的P-I特性。
2.掌握LD光源P-I特性曲线的测试方法。
二、实验内容1.绘制数字光发射机光源的P-I特性曲线。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.FC/PC光纤跳线1根。
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。
半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图13-1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I th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发出光，当电流大于I th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．I(mA)图13-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图五、实验注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
半导体激光器P-I特性测试实验
太原理工大学学生实验报告
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。
(测得电阻为Ω)
2.根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流I th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。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(既利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
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
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。
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。
半导体激光器特性测量实验报告
半导体激光器特性测量一、实验目的：1.通过本实验学习半导体激光器原理。
2.测量半导体激光器的几个主要特性。
3.掌握半导体激光器性能的测试方法。
二、实验仪器：半导体激光器装置、WGD-6型光学多道分析器、电脑等。
三、实验原理：WGD-6 型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD 接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C－T 型，如图M1 反射镜、M2 准光镜、M3 物镜、M4 转镜、G 平面衍射光栅、S1 入射狭缝、S2 光电倍增管接收、S3 CCD 接收。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm 连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1、S1 位于反射式准光镜M2 的焦面上，通过S1 射入的光束经M2 反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束经物镜 M3 成像在S2 上。
四、实验内容及数据分析1.半导体激光器输出特性的测量：a)将各仪器按照要求连接好；b)打开直流稳压电源，打开光多用仪；c) 将激光器的偏置电流输入插头接于稳压电源的电流输出端；d) 将激光器与光多用仪的输入端相连并使探头正好对激光器输出端，打开光多用仪； e) 缓慢增加激光器输入电流（0mA~36mA ），注意电流不要超过ＬＤ的最大限定电流（实验中不超过38mA ）。
从功率计观察输出大小随电流变化的情况； f) 记录数据； g) 绘图绘成曲线。
实验数据及结果分析： I （mA ） 1.02.03.04.05.06.07.0 8.09.010.011.0 12.0 P (uW) 0.40 0.80 1.25 1.75 2.25 2.85 3.54.255.05 5.956.98.0I （mA ） 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 P (uW) 9.310.7512.4514.5517.8522.941.0311.5753.51179.51594.51845.0根据以上实验数据绘制I —P 曲线:半导体激光器输出特性2004006008001000120014001600180020000510152025I(mA)P(uW)实验结果分析：通过半导体激光器的控制电源改变它的工作电流I ，测量对应的发光功率P ，以P 为纵轴，I 为横轴作图，描成曲线。
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
光纤通信实验报告1-光源的P-I特性测试
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
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。
0.018
0.0155
0.013
0.0103
0.0081
0.0049
P(uW)
7.576
1.318
1.040
0.700
0.5120
0.3750
0.1922
u(V)
0.15
0.14
0.13
0.12
0.11
0.09
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：
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…
… 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，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。
…
…
…
… …
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。
…
… …
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
装
… …
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
…
… …
பைடு நூலகம்
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、ZYE43016 型光纤通信原理实验箱
1台
…
… …
2、光功率计
1台
订
… …
3、FC/PC—FC/PC 单模光跳线
1根
…
… 4、万用表
-52,93
…
m)
…
64 84 72 22 26 40 65 03 43 59 85
…
… U(m
装 …
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
…
V)
…
…
… I(mA
12.0 13.3 14.6 16.0 17.3 18.6
… …
10.67
…
)
…
037037
…
… P(μW
…
…
订 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，找出半导体激光器闭值电流，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，是数字驱动电流达到最小
…
线
… 值。
…
…
… 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
…
…
线 反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
6
…
… …
8、慢慢调节电位器 W101，时所测得电压为下表数值，依次测量对应的光功率值，
…
… 并将测量的数据填入下表。
…
…
… 9、做完试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。
…
…
订 10、拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住试验箱半导体激光器光纤输出端口，
…
…
… 将试验箱还原。
…
…
… 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。
…
线
… …
U(m
…
… …
V)
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14
…
… …
I(mA
…
0.67 1.33 2.00 2.67 3.33 4.00 4.67 5.33 6.00 6.67 8.00 9.33
3、根据 P—I 特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。 K=0.036W/A 七、注意事项
5
太原理工大学现代科技学院实验报告
… 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。
…
…
…
… 温度升高时，电流增大，外围分子量效率减小，输出光功率明显下降。
…
…
… 订
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。
…
…
… 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 尽可能小，
…
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
… …
八、 思考题
…
… …
1、试说明半导体激光器发光工作原理。
…
装 …
半导体激光器是向半导体 PN 结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐
…
… 射，利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡。
…
…
… …
2.环境温度的改变对半导体激光器 P—I 特性有何影响？
…
…
激光器的阈值电流随温度升高而增大，外围分子量效率随温度升高而减小，
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
太原理工大学现代科技学院实验报告
…
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
姓名
成绩
…
…
…
… …
实验一 半导体激光器 P—I 特性测试实验
…
… …
一、实验目的
…
… 装
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、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）。
…
…
… 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（1310nmT）防尘帽，用 FC—FC 光纤跳线奖半
…
…
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
33.4 35.7 39.0 42.8 47.0 51.0
… …
30.07
…
)
…
335136
订
… P(dB
-14. -14. -14. -13. -13. -12.
… …
-15.21
…
m)
…
76 47 07 69 32 92
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
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 =2mA
…
…
… 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 I 尽可
…
th
能小，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，
2
太原理工大学现代科技学院实验报告
3
太原理工大学现代科技学院实验报告
…
…
…
… …
档。
…
… …
5、连接导线：将 T502 与 T101 连接。
…
… …
6、连接好试验箱电源，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），并打开光发送模块（K10）和数字信号源（K50）的直流电源。
装
… …
7、用万用表测量 R110 两端电压（红表笔插 T103,黑表笔插 T104）。
1台
…
…
… 5、连接导线
…
20 根
…
… 三、实验原理
…
…
…
半导体激光二极管通过受激辐射发光，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
线
…
… 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
… …
)
…
… …
P(μW 0.0004
11.4 13.6 15.7 17.7 21.9 25.9
…
1.36 3.27 5.36 7.51 9.42
)
99
742463
4
…
…
…