实验一 半导体激光器P-I特性测试实验(含数据)
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
课题半导体激光器实验1．了解半导体激光器的基本工作原理，掌握其使用方法；教学目的 2．掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节；3．学会测量半导体激光器的输出特性和光谱特性。
重难点 1．激光器与光具组的共轴调节；2．输出特性的测量方法。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时 3个学时一、前言光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础，引起世界各国的极大关注。
其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛，它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，用于大气测污和同位素分离等；同时半导体激光器可以成为雷达，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，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，光计算机的发展。
二、实验原理1．半导体激光器的工作原理激光器一般包括三个部分。
（1 ）激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，非常广泛。
（2）激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
（3） 谐振腔有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。
于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。
所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。
一块几乎全反射，一块大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。
偏振光实验数据
半导体激光器器的偏振特性半导体激光器器的偏振特性 ：通过偏振⽚片观察半导体激光器器的偏振特性，记录其功率最⼤大值和最⼩小值，以及所对应的⻆角度，求出半导体激光的偏振度。
实验数据：半导体激光器器最⼤大功率：I（max)=1.608 mW半导体激光器器最⼩小功率：I（min)=10.4μW半导体激光器器的偏振度：P=[I(max)-I(min)]/[I(max)+I(min)]=0.987147800296589⻢马吕斯定律律的验证⻢马吕斯定律律的验证 ：设两偏振⽚片的透振⽅方向之间的夹⻆角为α，透过起偏器器的线偏振光振幅为A0，则透过检偏器器的线偏振光的强度为I 式中I0 为进⼊入检偏器器前（偏振⽚片⽆无吸收时）线偏振光的强度。
实验数据：ø（0）（功率最⼤大时偏振⽚片的⻆角度读数）ø（1）（旋转后偏振⽚片的⻆角度读数）∆ø差值I1功率/mw理理论值/mw误差cos^2∆ø2182180 1.212 1.1210000.081178 1.0000 21822810 1.187 1.0871980.0917980.9698 21823820 1.1090.9898680.1203520.8830 218248300.9660.8407500.1489740.7500 218258400.7680.6578300.1674750.5868 218268500.5340.4631700.1529240.4132 218278600.3140.2802500.1204280.2500 218288700.1530.1311320.1667620.1170 218298800.0370.0338020.0946010.0302 2183089000.00000000.0000 2183181000.0330.0338020.0237350.0302 2183281100.1520.1311320.1591370.1170 2183381200.3420.2802500.2203390.2500 2183481300.5390.4631700.1637190.4132 2183581400.7400.6578300.1249110.5868 21881500.9600.8407500.1418380.7500 21818160 1.1170.9898680.1284330.8830 21828170 1.203 1.0871980.1065140.9698 21838180 1.209 1.1210000.078501 1.00000.350.71.051.40459*******测量量值理理论值1/4偏振⽚片1/4波⽚片的作⽤用 ：设两偏振⽚片的透振⽅方向之间的夹⻆角为α，透过起偏器器的线偏振光振幅为A0，则透过检偏器器的线偏振光的强度为I 式中I0 为进⼊入检偏器器前（偏振⽚片⽆无吸收时）线偏振光的强度。
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。
半导体激光器实验报告
实验13半导体激光器实验【实验目的】1.通过实验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。
2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节。
3.根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用。
4.掌握WGD-6光学多道分析器的使用【仪器用具】半导体激光器及可调电源、WGD-6型光学多道分析器、可旋转偏振片、旋转台、多功能光学升降台、光功率指示仪【实验原理】1、半导体激光器的基本结构半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laser diode，缩写为LD。
大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。
P-N结激光器的基本结构和基本原理如图13-1所示，P-N结通常在N型衬底上生长P型层而形成。
在P区和N区都要制作欧姆接触，使激励电流能够通过，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。
图13-1（a）半导体激光器结构图13-1（b ） 半导体激光器工作原理图2、半导体激光器的阈值条件阈值电流作为各种材料和结构参数的函数的一个表达式：)]1ln(21[8202R a Den J Q th +∆=ληγπ这里， Q η是内量子效率，0λ是发射光的真空波长，n 是折射率， γ∆是自发辐射线宽，e 是电子电荷，D 是光发射层的厚度， α是行波的损耗系数，L 是腔长，R 为功率反射系数。
图13-2半导体激光器的P-I特性图13-3 不同温度下半导体激光器的发光特性3、伏安特性伏安特性描述的是半导体激光器的纯电学性质，通常用V-I曲线表示。
V-I曲线的变化反映了激光器结特性的优劣。
与伏安特性相关联的一个参数是LD的串联电阻。
对V-I曲线进行一次微商即可确定工作电流（I）处的串联电阻（dV/dI）。
对LD而言总是希望存在较小的串联电阻。
图13-4典型的V-I曲线和相应的dV/dI曲线3、横模特性半导体激光器的共振腔具有介质波导的结构，所以在共振腔中传播光以模的形式存在。
LED和LD的光源特性测试实验
LD/LED光源特性测试实验1. 实验目的通过测量LED发光二极管和LD半导体激光器的输出功率－电流（P-I）特性曲线和P-I特性随器件温度的变化，理解LED发光二极管和LD半导体激光器在工作原理及工作特性上的差异。
2. 实验原理2.1 LD工作原理从激光物理学中我们知道，半导体激光器的粒子数反转分布是指载流子的反转分布。
正常条件下，电子总是从低能态的价带填充起，填满价带后才能填充到高能态的导带；而空穴则相反。
如果我们用电注入等方法，使p-n结附近区域形成大量的非平衡载流子，即在小于复合寿命的时间内，电子在导带，空穴在价带分别达到平衡，如图1所示，那么在此注入区内，这些简并化分布的导带电子和价带空穴就处于相对反转分布，称之为载流子反转分布。
注入区称为载流子分布反转区或作用区。
结型半导体激光器通常用与p-n结平面相垂直的一对相互平行的自然解理面构成平面腔。
在结型半导体激光器的作用区内，开始时导带中的电子自发地跃迁到价带和空穴复合，产生相位、方向并不相同的光子。
大部分光子一旦产生便穿出p-n结区，但也有一部分光子在p-n结区平面内穿行，并行进相当长的距离，因而它们能激发产生出许多同样的光子。
这些光子在平行的镜面间不断地来回反射，每反射一次便得到进一步的放大。
这样重复和发展，就使得受激辐射趋于占压倒的优势，即在垂直于反射面的方向上形成激光输出。
图1半导体激光器的能带图2.2 LED 工作原理发光二极管是大多由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN 结。
因此它具有一般P-N 结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。
半导体激光器实验
半导体激光器实验目录一、实验目的 1 （一）、了解半导体激光器的发明和发展（二）、掌握半导体激光器的基本原理（三）、掌握半导体激光器性能的测试方法二、实验原理 1 （一）、半导体激光器的产生和发展 1 （二）、研究半导体激光器的功率、光谱及消光比等性能的意义 2 （三）、半导体激光器的发光原理 3 三、实验内容和方法 5 （一）、半导体激光器的输出功率与电流的关系 5 （二）、光谱特性 6 （三）、光谱的测量7 （四）、消光比的定义9四、半导体激光器的功率、光谱及消光比的测量方法9五、实验结果的处理与分析101、发光功率的测量（P-I曲线）2、光谱的测量（λp- I曲线）3、消光比的测量（E R-I曲线）六、实验结论12七、参考文献13一、实验目的通过实验，要求达到如下目的：（一）、了解半导体激光器的发明和发展。
（二）、了解半导体激光器的基本原理。
1、半导体激光器的结构2、半导体受激光发射放大的条件（三）、掌握半导体激光器性能的测试方法。
1、发光功率的测量（P-I 曲线）2、消光比的测量（E R -I 曲线）3、光谱的测量（λp - I 曲线）二、实验原理（一）、半导体激光器的产生和发展半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激光器，亦称为半导体二极管或激光二极管（简写为SLD ——Semiconductor Laser Diode ），是六十年代初发展起来的一种新型固体激光光源。
它是通过正向偏压下p-n 结中空间电荷区附近形成的载流子（电子）反转分布的“激活区”的自发发射感应受激辐射而发出相干光。
发射波长在0.33-100 μm 的范围。
激励方式有p-n 结注入电流激励、电子束激励、光激励和碰撞电离激励等4种。
我们最常用的p-n 结注入式，这是最为成熟的。
使用的工作物质有GaAS 、InGaAsP 直接带隙半导体材料等。
半导体激光器由于构成材料的不同分为同质结半导体激光器和异质结半导体激光器。
半导体激光器光纤损耗测量
数据记录及数据处理
数据分析：短光纤的输出功率随电流的增大而增大，达到一定的值以后慢慢达到饱和，增大的趋势减缓，基本趋于不变，并且短光纤较长光纤的输出功率更大一些。
数据分析：长光纤的输出功率随电流的增大而增大，达到一定的值以后慢慢达到饱和，增大的趋势减缓，基本趋于不变，基本和短光纤的变化一致，并且长光纤较短光纤的输出功率更小一些。
数据分析：半导体泵浦光源激光器的输出功率随注入电流的增加而增大。
数据分部基本呈现线性变化趋势，刚开始随电流增大功率变化较小可能是没有达到阈值电流，当达到阈值以后基本呈线性变化趋势。
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实验一 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、预备知识
1、光源的种类
2、半导体激光器的特性、内部结构、发光原理
四、实验仪器
1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台
2、FC 接口光功率计 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
五、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，是一种阈值器件。
处于高能级E 2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E 1，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。
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（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。
阈值电流是非常重要的特性参数。
图1-1上A 段与B 段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流th I 。
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。
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th I 。
P-I 特性是半导体激光器的最重要的特性。
当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到th I 之前半导体激光器输出荧光，到达th I 之后输出激光，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比见式1-1。
(
)()d P I e P
hv e hv I
η∆∆∆==⋅
∆ （1-1） P I ∆∆就是图1-1激射时的斜率，h 是普朗克常数（6.625*10-34 焦耳秒），ν为辐射
跃迁情况下，释放出的光子的频率。
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th I 尽可能小，th
I 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（测试方法见实验四）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。
图1-1 LD 半导体激光器P-I 曲线示意图
在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm ，带尾纤及FC 型接口。
其典型参数如
表1-1 本实验半导体激光器的部分参数参考表
六、实验注意事项
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。
七、实验步骤
1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。
2、拨动双刀三掷开关，将BM1、BM2选择在中间档，即将R110与电路断开。
3、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 ＝IR110）。
4、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。
5、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。
6、连接导线：将T502与T101连接，将数字信号码型拨成10101010，10101010，
10101010。
7、连接好实验箱电源，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)，并打开光发模块和数字信号源的直流电源（K10与K50）。
8、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。
9、慢慢调节电位器W101，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下表1-2，精确到0.1uW。
10、做完实验后先关闭光发模块和数字信号源的直流电源（K10与K50），然后依次关掉各直流开关（电源模块），以及交流电开关。
11、拆下光跳线及光功率计，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。
13、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线如下图1-2所示
图1-2
14、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。
答：由P－I特性曲线，可以看出半导体激光器阈值电流为2mA,半导体激光器的斜率为
0.036uW/mA。
实验结果分析：应选择阈值电流尽可能小，对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样激光器的工作电流小，工作稳定性高。
消光比大，而且不容易产生信号失真。
九、思考题
1、试说明半导体激光器发光工作原理。
答：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，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡。
2、环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？
答：激光器的阈值电压随温度的升高而增大，外围分子量效率随温度升高而减小，温度升高时电流增大，外围电子量效率减小，输出光功率明显降低。
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。
答：当I小于阈值电流Ith时，激光器发出的是自发辐射光；当大于Ith时，发出的是受激辐射光，此时激光器才正常工作，光功率随驱动电流增大而增大。