光通信实验系统实验指导书

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1、目录实验一：实验5&实验9………………………………………………2实验二：实验7…………………………………………………………11实验三：实验8&实验11……………………………………………13实验四：实验25………………………………………………………19注：按住Ctrl并单击实验序号可快捷访问22/22实验一：返回目录实验5半导体光源P-I特性曲线测试一、实验目的：1.了解光源和光发送机的电光转换原理；2.了解半导体光源的发光特性；3.比较LD和LED的P-I特性的区别。二、实验原理：1.激光二极管的基本结构和工作原理：在半导体激光器重要形成激光，需要具备以

2、下两个基本条件，一是有源区里产生足够的粒子数反转分布，二是存在光学谐振腔机制，并在有源区里建立起稳定的震荡。图5.1示出的是双异质结（DH）激光器的条形结构，这种结构由三层不同类型的半导体材料组成，不同材料发射不同的光波长。结构中间有一层厚窄带隙P型半导体，称为有源层；两侧分布为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。三层半导体置于基片（衬底）上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗（F-P）谐振腔。图5.2所示为DH激光器的工作原理。由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对

3、注入的电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚22/22的有源层内形成粒子束反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增加而提高效率。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而光电转换效率很高，输出激光的阀值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。2.发光二极管的基本结构和工作原理：在光纤通信中使用的光源，除了半导体激光器（LD）以外，还有半导体发光二级管（LED）。LED与LD的工作原理不同，LD发射的是受激辐射光

4、，LED发射的是自发辐射光。LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结（DH）芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔，没有阀值。LED是由GaAsAl类的P型材料和N型材料制成，在两种材料的交界处形成了PN结。若在其两端加上正偏置电压，则N区中的电子与P区中的空穴会流向PN结区域并复合。复合时电子从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，并释放出能量约等于禁带宽变（导带与价带只差）的光子，即发出荧光。发光电二极管有两种类型，如图5.4所示：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED。两者相比较而言，侧面发光型LED驱

5、动电流较大，输出光功率较小，但由于光束辐射角较小，与光纤的耦合效率较高，因而入纤光功率比正面发光型LED大。22/22LED的P-I特性曲线如图5.5所示，在低注入电流范围内其线性程度比LD好，且不存在，所以LED适合用在光纤模拟通信系统中。LED光功率的温度稳定性也比LD好，其功率温度系数约为（称为负温度系数），即LED光功率随温度上升而缓慢减小。LED的输出光功率最大可达几个mW。三、实验步骤：本实验项目为：半导体光源（LD）的P-I特性曲线测试，其中P为平均发送光功率，I是注入电流，测试框图如图5.6所示，其中S、R为活动连接器，RP103为可变电

6、阻，位于数字光发送电路的上方。本实验具体的实验步骤为：1.码型发生器自A点（实验箱TP102）给光发送机送方波信号作为测试信号。实验时，通过键盘选择方波信号（平台加电后，先按下“复位”键复位系统，待出现“请选择”提示后，选择“方波”并按下“确认”），此时，TP102处应该能够测到方波信号。为了把数字信号发往线路，除了要用开关KP101选择数字信号输入（开关推向“数字”22/22），还需要通过KP102选择模拟光源和数字光源驱动电路，本实验中选择数字光源驱动电路（开关推向“数字”即可）。2.用光纤跳线连接光发送模块A的光输出与光功率计，此时从光功率计读出的

7、功率就是光端机的平均发送光功率P。3.此时，测LD负载电阻（R=R105+RP103）电压的方法，将万用表电压量程拨至2.5V档，万用表黑表笔接测试点（A单元TP103、B单元TP203），红表笔接VCC电源正极或（A单元N101(D)8脚、B单元N201(D)8脚），模/数检测切换可将（A单元KP102、B单元KP203）拨至对应位置，V/R=I。R可用万用表档直接测得，测得的电压除以电阻值R=R105+RP103（注：测电阻值时应该将平台供电切断），其中R105是51Ω的固定电阻，RP103阻值为TP103与VCC之间的阻值，这样便可以得到注入电流I

8、。改变RP103的阻值，得到一组数据，我们便可以绘制P-I特性曲线。说明：试验中