北航光纖實(shí)驗(yàn)2-半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)與特性測(cè)量

1、光纖傳感系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)（1） 作者姓名： 作者學(xué)號(hào)： 電 話(huà)： 電子郵箱： 學(xué)科專(zhuān)業(yè)：光學(xué)工程 培養(yǎng)院系：儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院2015年 5 月 6一、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)與特性測(cè)量二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解半導(dǎo)體激光器的發(fā)展歷史；（2）了解半導(dǎo)體激光器的基本原理；（3）掌握表征半導(dǎo)體激光器性能的特性參數(shù)；（4）掌握半導(dǎo)體激光器特性參數(shù)的測(cè)試方法；（5）掌握半導(dǎo)體激光器的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）半導(dǎo)體激光器特性測(cè)試平臺(tái)的搭建（2）半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)量以及閾值電流的計(jì)算；（3）半導(dǎo)體激光器光譜特性測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） 功率的測(cè)量：1、 將各儀器按照要求連接好；2、 接入激光器，打

2、開(kāi)驅(qū)動(dòng)儀；3、 將激光器與光功率計(jì)的輸入端相連，打開(kāi)光功率計(jì)；4、 緩慢增加激光器輸入電流（0mA100mA），從功率計(jì)觀察輸出大小隨電流變化的情況；5、 在表1記錄數(shù)據(jù)；6、 通過(guò)半導(dǎo)體激光器的控制電源改變它的工作電流I，測(cè)量對(duì)應(yīng)的發(fā)光功率P，以P為縱軸，I為橫軸作圖，描成曲線繪圖繪成曲線。7、 找出線性部分的切線，并延長(zhǎng)到與I軸相交，交點(diǎn)就是閾值電流Ith。（二） 光譜的測(cè)量：1、 將各儀器按照要求連接好；2、 打開(kāi)電源，打開(kāi)光譜分析儀；3、 逐步調(diào)節(jié)電流值；4、 電流調(diào)至由P-I曲線測(cè)量出的閾值電流以上；5、 測(cè)出各點(diǎn)的中心波長(zhǎng)，在表2記錄數(shù)據(jù)，并保存光譜圖。6、 以中心波長(zhǎng)為為縱軸，I

3、為橫軸作圖，描成曲線。5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1310nmSLD表1 P-I關(guān)系數(shù)據(jù)。1310nmSLD電流(mA)功率(w)電流(mA)功率(w)200.014602.487250.107704.030300.180805.63400.627907.6501.3301009.4表2 SLD峰值波長(zhǎng)、-3dB譜寬與輸入電流的關(guān)系電流(mA)峰值波長(zhǎng)(nm)-3dB譜寬(nm)121348.12153.08181347.44143.2301339.7476.2730401332.7258.4521501323.2653.1410601321.823.2623701320.4661.5915801320.2

4、58.6335901317.3258.61921001317.3223.728980nm激光器980nm激光器電流(mA)功率(mw)電流(mA)功率(mw)50.000069022.8100.00038211032150.0016313039.5200.0049215047.8250.016917055.6301.3619060.2508.08200727016.1電流(mA)中心波長(zhǎng)(nm)3dB譜寬(nm)20dB譜寬(nm)30974.169613.81613050974.40950.18400.468870974.42800.20070.547090974.44940.21600.5

5、876110974.46450.21560.6322130974.4400.20720.6451150974.48830.20700.6799170974.50610.20350.7039190974.52150.20250.7191200974.50760.23960.7477以P為縱軸，I為橫軸作圖，描成曲線繪圖繪成曲線如圖：由切線與I軸交點(diǎn)得閾值電流Ith為48.3mA。以中心波長(zhǎng)為為縱軸，I為橫軸作圖，描成曲線如圖。實(shí)驗(yàn)得到的光譜圖如圖所示六、實(shí)驗(yàn)分析（1）從實(shí)驗(yàn)得出的P-I特性曲線可以看出，當(dāng)激光器的正向偏置有注入電流時(shí)就有光輸出，一開(kāi)始輸出光效率很低，即曲線的斜率很小，注入電流增加

6、到一定值后，發(fā)光效率開(kāi)始增加，P-I曲線開(kāi)始向上彎曲成直線，可見(jiàn)激光器開(kāi)始時(shí)處于自發(fā)輻射發(fā)光階段，電流超過(guò)一定值后受激輻射發(fā)光開(kāi)始起作用并逐漸加大比重，載流子復(fù)合轉(zhuǎn)化為受激光輻射。（2）從實(shí)驗(yàn)得出的-I特性曲線可以看出，輸出光的平均波長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)隨注入電流是增加而下降，注入電流增加到一定值后平均波長(zhǎng)基本達(dá)到穩(wěn)定值。此實(shí)驗(yàn)同樣說(shuō)明了隨注入電流的增加，激光器逐漸從自發(fā)輻射發(fā)光階段轉(zhuǎn)為受激光輻射階段。（3）SLD（超輻射發(fā)光二極管）與LD（激光二極管）最大的區(qū)別在于，LD有諧振腔，主要發(fā)光機(jī)理為受激輻射，而SLD沒(méi)有諧振腔，是一種自發(fā)輻射的單程光放大器件，因而其光譜范圍更寬，相干性更差。七、思考題（1）閾值的物理意義；模式的物理意義？閾值為實(shí)現(xiàn)光放大所要滿(mǎn)足的最小增益值，在數(shù)值上閾值等于光的損耗值，即只有增益大于損耗時(shí)才能實(shí)現(xiàn)光放大，產(chǎn)生激光。模式是激光場(chǎng)中可以穩(wěn)定存在的電磁場(chǎng)分布，每一種分布稱(chēng)為一種激光模式。沿激光傳播方向的穩(wěn)定場(chǎng)分布稱(chēng)為激光的縱模，沿垂直激光傳播方向的穩(wěn)定場(chǎng)分布稱(chēng)為激光的橫模。（2）表征半導(dǎo)體激光器特性的參數(shù)還有哪些？表征半導(dǎo)體激光器閾值特性的有閾值電流；表征半導(dǎo)體激光器效率與輸出功率特性的有功率效率，量子效率；表征半導(dǎo)體激光器輸出模式特性的有線寬，光束發(fā)散角；表征半導(dǎo)體激光器動(dòng)態(tài)特性的有電光延遲時(shí)間，