实验1光纤光学与半导体激光器的电光特性实验

- 1 - 光纤光学与半导体激光器 的电光特性实验 实 验 说 明 书 北 京 方 式 科 技 有 限 责 任 公 司 - 2 - 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。 一 半导体激光器的电光特性 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。因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激光器的一些基本特性和使用方法。 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），使半导体增益系数大于阈值时，才能产生激光，电流 I0 称之为阈值电流。半导体激光器的电流与光输出功率的关系如右图，当电流大于 I0 时，激光输出功率急剧增大。激光输出功率急剧增大。半导体激光器的电流与输出功率的关系如图1 所示。激光工作时电流大于 I0，但也不可过大，以防损坏激光管（本实验加了保护电路，防止功率过载）。对激光器的调制电流应在 I0 附近，此时光功率对电流变化的灵敏度较高 二 光纤的结构与分类 一般裸光纤具有纤芯、包层及涂敷层（保护层）的三层结构，如图2 所示。①纤芯：由掺有少量其他元素（为提高折射率）的石英玻璃构成，对于单模光纤。直径约为 9.2 微米。而对于多模光纤，纤芯直径一般为 50 微米。②包层：由石英玻璃构成，但由于成分的差异它的折射率比纤芯的折射率略微低一些，以形成全反射条件。直径约为 125 微米。③涂覆层：为了增加光纤的强度和抗弯性、保护光纤，在包层外涂覆了塑料或树脂保护层。其直径约245 微米。激光主要在纤芯和包层中传播。 按纤芯径向介质折射率分布的不同，可将光纤分为均匀和非均匀两类。如图3，均匀光纤的纤芯与包层介质的折射率分别呈均匀分布，在分界面处折射率有一突变，故又称阶跃型光纤；非均匀光纤纤芯的折射率沿径向成梯度分布，而包层的折射率为均匀分布，故又称为梯度折射率型光纤。按照传输特性的不同，又可将光纤分为单模和多模两种。单模光纤较细， b 阶跃型多模光纤 c 梯度折射率型光纤 n nna 阶跃型单模光纤 图2 图3 I0 图1 I P - 3 - 只允许一种传播状态（...