《光电子技术实验》讲义VIP专享VIP免费

《光电子技术实验》实验讲义光信息教研室2012年9月光电子技术实验讲义目录实验一LD/LED的P-I-V特性曲线测试.............................................-2-实验二光纤数值孔径测量实验..............................................................-8-实验三光源调制与解调实验.....................................................................10实验四电光调制实验.............................................................................15实验五声光调制实验.............................................................................19实验六、APD特性参数的测量..................................................................251光电子技术实验讲义实验一LD/LED的P-I-V特性曲线测试一、实验目的1、通过测试LD/LED的功率－电流（P-I）特性曲线和电压－电流（V-I）特性曲线，计算阈值电流（Ith），掌握LED发光二极管和LD半导体激光器的工作特性。二、实验内容1、测试LD/LED的功率－电流（P-I）特性曲线和电压－电流（V-I）特性曲线。三、实验仪器1、LD激光二极管（带尾纤输出，FC型接口）1只2、LED发光二极管1只3、LD/LED电流源1台4、光功率计1台5、万用表1台四、实验原理激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。激光，其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（受激辐射的光放大）的缩写。1、半导体激光器的结构半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成能级连续分布的能带，如下图（a）所示，能量低的能带称为价带，能量高的能带称为导带，导带底的能量Eu和价带顶的能量El之间的能量差Eu−El=Eg称为禁带宽度或带隙，不同的半导体材料有不同的带隙。本征半导体中导带和价带被电子和空穴占据的几率是相同的，N型半导体导带被电子占据的几率大，P型半导体价带被空穴占据的几率大。如下图（b）、（c）所示。图1半导体激光器的电子和空穴分布半导体激光器的结构多种多样，基本结构是下图所示的双异质结平面条形结构。这种结构由三层不同类型半导体材料构成，中间层通常为厚度为0.1～0.3μm的窄带隙P型半导体，称为有源层，作为工作介质，两侧分别为具有较宽带隙的N型和P型半导体，称为限制层。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结。有源层与右侧的N层之间形成的是P--N2光电子技术实验讲义异质结，而与左侧的P层之间形成的是P--P异质结，故这种结构又称N-P-P双异质结构，简称DH结构。图2半导体激光器的基本结构施加正向偏压后，就能使右侧的N层向有源层注入电子，左侧的P层向有源层注入空穴，但由于左侧的P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，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0.1～0.3μm的有源层内，形成了粒子数的反转分布。前后两个晶体解理面作为反射镜构成谐振腔。给半导体激光器施加正向偏压，即注入电流是维持有源层介质的原子永远保持粒子数的反转分布，自发辐射产生的光子作为激发光子诱发受激辐射，受激辐射产生的更多新光子作为新的激发光子诱发更强的受激辐射。2、半导体激光器的主要特性（1）输出电压特性LD和LED都是半导体光电子器件，其核心部分都是P-N结。因此其具有与普通二极管相类似的V-I特性曲线，如下图所示：图3激光器输出V-I特性曲线由V-I曲线我们可以计算出LD/LED总的串联电阻R和开门电压VT。（2）输出光功率特性激光器光功率特性通常用输出光功率与激励电流I的关系曲线，既P—I曲线表示。3光电子技术实验讲义图4LD/LED的P-I特性曲线在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐振腔。因此，LD和LED的功率－电流的P-I关系特性曲线则有很大的差别。LED的P-I曲线基本上是一条近似的直线。从图5中可以看出LD的P-I曲线有一阈值电流Ith，只有在工作电流If>Ith部分，P-I曲线才近似一根直线。而在If