光纤光学与半导体激光器的电光特性实验

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1、光纤光学与半导体激光器的电光特性实验上个世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术取得了突破性的进展。光纤通信具有容量大、频带宽、光纤损耗低、传输距离远、不受电磁场干扰等优点，因此光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。半导体激光器是近年来发展最为迅速的一种激光器。由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。【实验目的】1．了解半导体激光器的电光特性和测量阈值电流。2．了解光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。3．掌握光纤数值孔径概念、物理意义及其测量方法。4．对光纤本身的光学特性进行初步的研究。【实验仪器】GX-100

2、0光纤实验仪，导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架+十二档光探头（选购），专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。如右图所示。1．设备参数：（1）半导体激光器类型：氮化镓，工作电流：0-70mA，激光功率：0-10mW，输出波长：650nm；（2）总输出电压为3.5-4V，考虑保护电路分压，所以管芯电压降为2.2V。（3）光纤损耗率：每千米70%，实验所用光纤长度：200m，计算损耗为93.1%，如激光输出功率为10mW，除去损耗后激光输出的总功率：9.31mW，（计算耦合效率时用到）。（4）信

3、号源频率可用范围:10KHZ-300KHZ。2．主机功能实验主机面板如下图GX1000光纤实验仪发射接受北京方式科技有限责任公司电流mA电流调节直流调制脉冲频率输出波形音频输入波形输入波形波形解调电源开关表头功能状态旋钮主机主要由3部分组成：电源模块、发射模块、接收模块。(1)电源模块主要是为半导体激光器和主机其它模块提供电源。由3部分组成：①表头：三位半数字表头，用于显示半导体激光器的平均工作电流。该电流可通过表头下的电位器进行调整。②电源开关：220VAC电源开关。③电流调节旋钮：半导体激光器的工作电流调整钮。(2)发射模块主要功能为半导体激光器工作状态和

4、频率参数的控制。内含一频率可调的矩形波发生器、一个频率固定的矩形波发生器和模拟信号调制电路。①功能状态选择钮：用于选择半导体激光器的工作状态。直流档：半导体激光器工作在直流状态。脉冲频率档：半导体激光器工作在周期脉冲状态下。输出的激光是一系列的光脉冲，且频率可调。调制档：激光器工作在周期脉冲状态下，但频率固定，脉冲宽度受外部输入的音频信号调制。②脉冲频率旋钮：用于调节脉冲信号的频率。③输出插座：三芯航空插座。连接半导体激光器。④输出波形插座：Q9插座。接示波器，用于观察驱动激光器的波形。⑤音频输入插座：3.5mm耳机插座。连接音频信号源——单放机。⑥音频输入波

5、形插座：Q9插座。接示波器，可用于观察音频信号波形。(3)接收模块主要功能为光信号的接受、放大、解调和还原。内含光电二极管偏置驱动、高频放大、解调、音频功放电路和扬声器等。①输入插座：Q9插座。连接光电二极管。用于探测光脉冲信号。②波形插座：两个Q9插座。可分别接示波器，观察波形。前一个为解调前的脉冲信号波形，后一个为解调后的模拟音频信号波形。③扬声器开光：用于控制内置扬声器的开和关。在主机后面板上。实验导轨导轨滑块半导体激光器三维光纤调整架光纤座光电二极管探头光学机械一般结构：3.激光功率计使用说明OPT-1A型激光功率指示计是一种数字显示的光功率测量仪器，

6、采用硅光电池作为光传感器，针对650nm波长的激光进行了标定，用于测量该波段的激光功率。如图：(1)前面板①表头：3位半数字表头，用于显示光强的大小。②量程选择钮：分为200uW、2mW、20mW、200mW四个标定量程和可调档；测量时尽量采用合适的量程，如测得的光强为1.732mW，则采用2mW量程。可调档显示的是光强的相对值。③调零：调零时应遮断光源，旋动调零旋钮，使显示为零，调零完毕。(2)后面板①电源开关按钮：电源开关（220VAC）。-2-②LD插座：本功率指示计可作为我公司生产的半导体激光器的电源。③光探头插座：与光探头相连接。(3)功率计探头①该

7、光探头在硅光电池前加上一多结构光栏，可用于光斑定位，光强分布、光斑结构测量等。②结构分别为圆孔和细缝；圆孔直径为0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0mm，缝宽0.2、0.3、0.4、0.8、1.2mm。③在使用时，用此探头与OPT-1A型激光功率指示计连接即可，用户根据实际测量需要，采用相应的采光档位（硅光电池置于光栏正上方）。④探头：内置硅光电池，与光探头插座相连接。前面板后面板-3-12档光栏盘探头【实验原理】1.半导体激光器的电光特性当半导体激光器电流小于某值时，输出功率很小，一般我们认为输出的不是激光，只有当电流大于一定值（I0），使半导体增

8、益系数大于阈值时，才能产生激光，电流I