光纤通信实验讲义电子教案.doc

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光纤通信实验讲义

实验一P-I特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用

实验目的
学习半导体激光器发光原理
了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系
掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法
了解光纤熔接机的操作方法
实验内容
测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。
实验仪器
示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。
基本原理
半导体激光器的功率特性及伏安特性

图1-1激光器的功率特性图1-2激光器的伏安特性

半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图1-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图1-2所示，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。

图1-3LD半导体激光器P-I曲线示意图

半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．
在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的R516上电压值。由于R516=1Q，电路中的驱动电流在数值上等于R516两端电压。
实验步骤
第一部分：P-I特性曲线的绘制：
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
1、电路部分操作：
1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。
2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻R277逆时针旋转到头（即箭头最小端），将输入模拟信号衰减调节电阻R258逆时针旋转到头（即箭头最小端），使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。
3）将单刀双掷开关S200拨向模拟传输方向（右边），短接跳线J200，使光发模块传输模拟信号。
2、光路部分操作：
1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。
2）在1310nmTX端用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。（注意操作要小心）
3、打开交流电源开关。
4、调节电位器R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。
5、慢慢调节电位器R277使所测得的电流为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表。

序号12345678910111213141516I（mA）P（uW）P（dBm）6、完实验后关掉各交流电开关。
7、拆下光跳线及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。
8、将各仪器摆放整齐。

第二部分：光纤熔接机的使用：

取出光纤熔接机，接上电源。
开机
取下监视器的保护盖板
将监视器翻转上来，调整好角度
打开电源开关。使用交流电时开关拨向“-”；使用直流电时开关拨向“0”。
预热20分钟
按“清洁”键，观察显示屏
选择模式，根据光纤的不同，可选择SM（单模）和MM（多模）模式以及OTH（自选模式）
制作光纤
将任一光纤用酒精擦拭以后从热缩套管中穿过，用剥线钳除去光纤涂覆层，再次采用酒精擦拭
使用熔接机的光纤切割器进行光纤的切割，以避免光纤断面出现缺口、裂缝、尖角或角度偏差对熔接产生影响。
放置光纤
拨动手轮，使X、Y微动台处于中间位置。
打开防风罩，打开左右光纤夹板，并检查光纤有没有发生扭曲。
将两根光纤小心放入左右V型槽底部
关闭防风罩
光纤对准
调节Z向手轮，移动光纤使之进入屏幕中央
检查光纤端面是否垂直、平整。
按“CLEAN”清除灰尘和残留物
移动光纤至打火点，使两端面向距1-2mm
调节X,Y测微头，使两根光纤相互靠拢
反复按“X/Y”切换画面，调节X,Y微测头，使光纤相互靠拢
光纤对准后，观察其端面是否在打火点，并使两光纤的端面间隔在0.5-1mm之间
光纤熔接
按下熔接键，进