《2006光电子技术实验》实验指导书 - 图文

《光电子技术实验》指导书

编者：洪建勋 葛华 李成军 吴友宇

武汉理工大学信息工程学院

2007年7月

1

目录

实验一 光源特性测试 ................................................................................................... 1 实验二 光电探测原理实验.............................................................................................. 7

实验（一） 光照度测试 .......................................................................................... 8

实验（二） 光电二极管光电特性测试 ................................................................... 10 实验（三） 光电二极管伏安特性测试 ................................................................... 14 实验（四） 光电池光电特性测试 .......................................................................... 16 实验（五） 光电池伏安特性测试 .......................................................................... 19 实验三 光电探测器直流特性测试 ................................................................................... 22 实验四 光电倍增管特性参数测试 ................................................................................... 25 实验五 电光调制实验 .................................................................................................... 29 实验六 光电报警系统设计实验 ...................................................................................... 34 实验七 位移的激光干涉测量 .......................................................................................... 38 实验八 光学系统的PSF及MTF评价 ............................................................................. 42 实验九 缝宽或间隙的衍射测量 ...................................................................................... 45 实验十 光纤传感实验 .................................................................................................... 48

第一部分：反射式光纤位移传感实验....................................................................... 48 第二部分：光纤微弯传感实验 ................................................................................. 50

第三部分 透射式光强无极衰减实验....................................................................... 52 实验十一 学系统设计软件Zemax应用——单透镜设计................................................. 56 实验十二 巴俾特原理及细丝直径测量 .......................................................................... 58 实验十三 变形的全场衍射测量..................................................................................... 60 实验十四 散斑测试技术的综合应用.............................................................................. 62 实验十五 三维形貌的共焦测量..................................................................................... 65 实验十六 纳米测量新技术............................................................................................ 68 实验十七 光发射机与光接收机实验.............................................................................. 71 实验十八 光纤传输综合实验 ........................................................................................ 79 实验十九 光纤通信系统二次开发实验 .......................................................................... 88 实验二十 导波光学系统设计－运用Beamprop软件设计光纤 ........................................ 90 实验二十一 导波光学系统设计－运用Beamprop软件设计光栅 ...................................... 95

I

实验一 光源特性测试

一、实验目的

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，计算阈值电流（Ith）和外微分量子效率。

2、了解温度（T）对阈值电流（Ith）和光功率（P）的影响。

二、实验内容

1、测试在LD/LED的功率－电流（P-I）特性曲线和电压－电流（V-I）特性曲线。 2、测试LD温度特性。

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、温控器（可选） 1台 5、光功率计 1台 6、积分球（可选） 1个 7、万用表 1台

四、实验原理

激光二极管LD和发光二极管LED是光通讯系统中使用的主要光源。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，如图所示：

V VT

I 图1 LD/LED的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。

在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐振腔。因此，LD和LED的功率与电流的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线性直线。

1

P LD LED Ith 图2 LD/LED的P-I特性曲线

I 从图中可以看出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

对于LD可以根据其P-I曲线可以求出LD的外微分量子效率ηD。其具有如下关系：

P??If?Ith??V??D

因此在曲线中，曲线的斜率表征的就是外微分量子效率。 由于光电子器件是由半导体材料制成，因此温度对其光电特性影响也很大。随着温度的增加，LD的阈值逐渐增大，光功率逐渐减小，外微分量子效率逐渐减小。阈值与温度的近似关系可以表示为：

Ith(T)?Ith(Tr)exp[(T?Tr)/T0]

式中，Tr为室温，Ith(Tr)为室温下的阈值电流，T0为特征温度。不同温度下，LD的P-I曲线如图，根据此图可以求出LD的特征温度。

Ith1 Ith2I P T1 (T2>T1) T2 图3 LD的温度特性曲线 LD/LED电流源使用说明：

1、本机为LD/LED专用测试设备，可广泛用于650nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等各种中小功率LD的电流测试及老化测试。设备内部带APC(Automatic Power Control)电路及ACC(Automatic Current Control)电路，可以实现以下三种功能：

2

1） LD电流源

2） Iop及Im电流测试

3） LD恒功老化及恒流老化

本产品的一大特色是设备内部带APC（Automatic Power Control）电路，这种电路是LD在实际应用时通常采用的一种恒功控制电路，可以控制LD输出恒定的光功率。因此，一只LD在本机上所表现的直流特性，将与它在实际应用时的直流特性完全一致。有了这种恒功控制电路，就可以长期通电对LD进行寿命及稳定性考核。比如，可将被测LD调到5mW输出，记录该LD在通电1小时后、1天后、1月后、3月后工作电流（Iop）的变化量，从而反映出LD在应用产品（如光通信模块、DVD激光头等）中工作时的稳定性。 2、其主要性能指标为： 供给电流（Iop）max：150mA 反馈电流(Im)max：2000uA Iop的测量准确度： ±0.5mA Im测量准确度：±5uA 电源规格：

输入：190V-250V ，50/60Hz 输出：直流+5V ，500mA 3、仪器面板结构图如图4：

ZY606LD/LED电流源

1Iop mA Im uA DVDPD负2细调粗调

3PD正LD正LD负恒功POINTER恒流8输出功率调节POWER4567

图 4 ① LD/LED电流显示 ② 激光器背向探测电流显示 ③ 电源开关

④ LD/LED电流输出 ⑤ DVD管、POINTER管切换开关（DVD管则按下开关，POINTER管则弹起） ⑥ 恒功、恒流切换开关 ⑦ 输出电流粗调旋钮 ⑧ 输出电流细调旋钮

3