光纤光学与半导体激光器

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1、光纤光学与半导体激光器综合物理实验报告实验人：田应翔，彭超2003.01.04一、背景和理论介绍光纤通信历史激光与光纤的耦合光纤光信号传输基本理论透镜波导和光纤波导的高斯模式激光与光纤的耦合在范围内的光可以进入光纤，为此我们可以定义数值孔径（numericalaperture）同时，在高斯光束近似下，我们可以取光强最大值的地方为数值孔径激光耦合示意图光纤示意图1光纤示意图2光纤示意图3光纤光信号传输基本理论Maxwell’sequationsbessel方程的解传输模式单模光纤（monomodefibre）基本方程二、光纤光学与半导体激光器的电光特性实验实验内容与目的设备

2、成套性设备的安装实验项目及步骤实验内容与目的半导体激光器的电光特性与阈值电流光纤光学1）光纤的端面处理。2）光纤的耦合与耦合效率的测量。3）光纤的激励模式。4）光在光纤中的传输时间的测定，并根据光纤长度推算出光在光纤中的传输速率和纤芯的折射率。5）光纤的数值孔径（需选购件）。6）模拟信号（音频）的调制、在光纤中的传输、接受、放大与解调还原。7）数值孔径的测量设备成套性GX1000光纤实验仪一台光学实验导轨800mm一根半导体激光器+二维调整架一套光纤200m一盘光纤座+磁吸一套光探头+二维调整架一套功率指示计一台光纤刀一把显示屏一个一维位移架+12档光栏头（选购）一套示波

3、器（选购）一台音频信号源（选购）一台设备的安装实验项目及步骤半导体激光器的电光特性1.将实验仪功能档置于“直流”档。用功率指示计探头换下三维光纤调整架。2.打开实验仪电源，将电流旋钮顺时针旋至最大。3.调整激光器的激光指向，使激光进入功率指示计探头，使显示值达到最大。4.逆时针旋转电流旋钮，逐步减小激光器的驱动电流，并记录下电流值和相应的光功率值。5.出电流—功率曲线，即为半导体激光器的电光特性曲线。曲线斜率急剧变化处所对应的电流即为阈值电流。半导体激光器的电光特性光纤的端面处理和夹持1.用光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层（如没有剥皮钳，可用刀片小心的刮去涂覆层），长度约1

4、0mm。2.在5mm处用光纤刀刻划一下。用力不要过大，以不使光纤断裂为限。3.在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。处理过的光纤不应再被触摸，以免损坏和污染。(要特别注意，断面尤其容易损坏，一旦实验中出现光斑发散，或者耦合过小，无法调高时，一定要检查。如果确定断面损坏，及时重切，一保证实验的顺利进行)4.将光纤的一端小心的放入光纤夹中，伸出长度约10mm，用簧片压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁紧。将光纤的另一端放入光纤座上的刻槽中，伸出长度约10mm，用磁吸压住光纤的耦合与模式1.将实验仪功能档置于直流档。2.调整激光的工作电流，使激光不太明亮，（建议30～40mA）3.用

5、一张白纸在激光器前前后移动，确定激光焦点的位置。（激光太强会使光点太亮，反而不宜观察。）4.通过移动三维光纤调整架和调整Z轴旋钮，使光纤端面尽量逼近焦点。5.然后固定x轴旋钮，用其余4个旋钮调节。光纤的耦合与模式6.将激光器工作电流调至最大，通过仔细调整三维光纤调整架上的Y轴、Z轴旋钮和激光器调整架上的水平、垂直旋钮。我们的步骤是：调节x轴的微调旋钮，会看见功率探测器的示数在某一点时达到局部最大，此时不再动x轴。然后调节激光器上的水平、垂直旋钮。可分别调节至局部最大，然后不再旋动。最后调节y,z轴的旋钮，方法同上。使激光照亮光纤端面并耦合进光纤。用功率指示计监测输出光强的

6、变化，反复调整各旋钮，直到光纤输出功率达到最大为止。一般情况下，应该能够调节到200uW以上，如此才能保证后面的实验顺利进行。光纤的耦合与模式7.记下最大功率值。此值与输入端激光功率之比即为耦合效率（不计吸收损耗）。8.取下功率指示计探头，换上显示屏，轻轻转动各耦合调整旋钮，观察光斑形状变化（模式变化）。（若耦合的不错的话，应为高斯光斑，光强为高斯分布。）9.轻轻触动或弯曲光纤，观察光斑形状变化（模式变化，我们作为专门的一部分放在后面）。模拟（音频）信号的调制，传输和解调还原1.按实验（二）（三）1-4步耦合好光纤。2.将实验仪的功能档置于音频调制档。3.将示波器的CH1

7、和CH2通道分别与“输出波形”和“输入波形”相连。4.将示波器“扫描频率”置于10μs/Div档，示波器显示应为近似的稳定矩形波5.从“音频输入”端加入音频模拟信号，这时可观察到示波器上的矩形波的前后沿闪动。模拟（音频）信号的调制，传输和解调还原6.打开实验仪后面板上的“喇叭”开关，应可听到音频信号源中的声音信号。（注意此时音频信号的强弱与耦合的效率成正比，即耦合效率越高，音频信号就越好，反之，则噪音信号越强。）7.可分别观察实验仪发射板“调制”前后的波形和接收板“解调”前后的波形。观察、了解音频模拟信号的调制、传输、解调过程