光纤通信实验报告

光纤通信实验报告

课程名称光纤通信实验

实验一

光源的P-I特性、光发射机消光比测试

一、实验目的

1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。

2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块

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

三、实验原理

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。

1、半导体光源的P -I 特性

I(mA)

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I th 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。

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，没有扭折点， P -I 曲线的斜率适当的半导体激光器：I th 小，对应P 值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；没有扭折点，不易产生光信号失真；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。

2、光发射机消光比 消光比定义为：00

11

10lg

P EXT P 。 式中P 00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P 11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流（I ）和输出功率（P ）的关系，即P -I 特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。

由图可知，当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P 00，它将由直流偏置电流I b

来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。但是，应该指出，当I b 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑I b 的影响，一般取I b = (0.7～0.9)I th （I th 为激光器的阈值电流）。在此范围内，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过-1dB 。在光源为LED 的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流I b ，电信号直接加到LED 上，无输入信号时的输出功率为零。因此，只有以LD 作光源的光发射机才要求测试消光比。

四、实验步骤

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”。

（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。

5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：先将万用表打到直流电压档，然后将红

ΔP

EXT

ADP

PIN

消光比对灵敏度的影响

表笔接TP3，黑表笔接TP2）。读出万用表读数U ，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω, 读出光功率计读数P 。

调节功率输出W4，将测得的参数填入下表：

6、将25号光收发模块的电位器W4顺时针旋至底；设置主控模块菜单，选择【光功率计】功能。

7、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON ”，使输入信号为全1电平。测得此时光发端机输出的光功率为P 11。

8、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF ”，使输入信号为全0电平。测得此时光发端机输出的光功率为P 00。

9、代入公式00

11

10lg

P EXT P ，即得光发射机消光比。 10、调节W4，重复7~9步骤，并将所测数据填入下表。

五．实验记录及结果分析

绘制光源P -I 特性曲线：

消光比：

实验结果及分析：

1.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特性的影响：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.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是：当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。，激光器发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时才能产生功率很强的激光。

4.阈值电流随着温度的升高而增大，外微分量子效率减小，输出光功率明显下降。

5.当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。激光器发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时才能产生功率很强的激光。

6.对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率p0和全“1”时平均光功率p1之比，可用EXT表示，定义式如EXT=10lg(p1/p0)(dB)，消光比的不足容易引起对码元的误判等一系列问题。

在实际生产中，由于设备及环境差异的问题，消光比很难控制，只能将消光比控制在某一范围。

通过本实验，我学习了解半导体激光器发光原理和激光光源工作原理，掌握了半导体激光器P-I曲线的测试方法，同时了解数字光发射机平均输出光功率和消光比的指标要求，通过动手操作，掌握了数字光发射机平均输出光功率和消光比的测试方法，为以后的学习奠定了基础。

实验二