光电子技术实验讲义
PT1T2(T2>T1)
Ith1Ith2I 图5 LD温度特性曲线
3、ZY-YSLD3125型激光器
我们所用ZY-YSLD3125型半导体激光器是具有多量子阱F-P腔激光器LD，内置背景光探测器PD，这种激光器使用时具有下图所示四种型式：
图6 LD激光器的四种形式
图中，LD为激光器，PD为背景光探测器。PD-N side dwon的管是探测器PD的负（N）与激光器LD的负（N）或正（P）相连，PD-P side dwon的管是探测器PD的正负（P）与激光器LD的负（N）或正（P）相连，与激光器LD的负（N））相连的称为DVD型管，与激光器LD的正（P）相连的称为POINT型管。所用ZY-YSLD3125型激光器为PD-N side dwon的POINT型管，单模光纤同轴封装，带尾纤FC连接。性能指标如下表所示
参数 额定功率 中心波长 光谱宽度 阈值电流 工作电流 探测器电流 探测器暗电流 符号 Pout λ Δλ Ith Iop Im Id 测试条件 Iop=Ith+20 CW CW CW CW CW CW 最小值 0.2 1290 － － － 100 － 典型值 － 1310 2 10 Ith+20 － － 最大值 1 1330 5 15 － － 0.1 单位 mW nm nm mA mA μA nA 表中CW表示连续。管脚图如下
3
424
1
图7 LD引脚说明：1.激光器正&管壳； 2.激光器负；3.探测器负；4.探测器正。
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4、ZY-YSLED3215型LED发光二极管
ZY-YSLED3215型LED发光二极管的性能指标如下表所示： 参数 额定功率 中心波长 光谱宽度 工作电压 符号 测试条件 最小值 Pout IF =60mA λ Δλ Vop CW CW CW CW 10 1280 － － － 典型值 － 1310 － 1.2 － 最大值 － 1350 170 1.7 3 单位 μW nm nm V ns 上升下降时间 Tr/Tf 管脚说明如下： 3
2 1
图8 LED引脚说明：1.管壳； 2.LED负；3.LED正
5、ZY606型LD/ LED电流源
本机为激光二极管（LD）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：1） LD电源；2） Iop及Im电流测试；3） LD恒功老化及恒流老化。
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9 仪器前面板
操作说明
1) 本机只能对PD-N side down的LD进行测量，不能用来测量PD-P side down安装的激光器，否则会损坏激光器。
2) 本机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。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。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。没有APC电路的设备，则不能实现上述功能。
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操作步骤
1）通电之前，确保“粗调”“细调”旋钮在最小值位置。这样可防止冲击电流损坏LD。 2）确认LD或LED已经插接良好后，打开电源开关。此时电源输出为零，LD或LED尚未发光。 3）恒功测量：将切换开关拨到恒功档，顺时针缓慢调节输出功率“粗调”旋钮，LD射出激光。改调“细调”旋钮，可将LD输出调至要求的数值（用一台光功率计来测量LD的输出功率）。通过Iop显示窗口可以读出输出电流值，通过Im显示窗口可以读出探测电流值。注意：LED内部没有探测器，故不能用恒功档测试，只能用恒流档进行测试。
4）恒流测量：将切换开关拨到恒流档，该方式下“细调”旋钮无效，Im窗口显示读数也无效。只需要调节输出功率“粗调”旋钮即可，通过Iop显示窗口可以读出输出电流值。
5）恒功老化：将被测LD调到固定的功率输出（这个值由用户根据需要确定），并保持不断电，记录该LD在通电一定时间后工作电流的变化量，从而反映出LD产品在实际应用中的稳定性。
6）恒流老化：将被测LD调到固定的电流输出（这个值由用户根据需要确定），并保持不断电，记录该LD在通电一定时间后输出功率的变化量，从而反映出LD产品在实际应用中的稳定性。
五、实验步骤
1、按图10所示线路连接LD或LED，其引脚说明见图7和图8。本实验没有采用积分球，可直接将LD或LED与光功率计连接，将LD或LED在暗室内放入光功率计的接口处
LD/LED光功率计 电流源 图10连接框图
2、通电之前，确保“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置。这样可防止冲击电流损坏LD。实验中用到的LD是POINTER管，电流源要选择使用POINTER档位。开启LD的驱动电源，缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流，并用万用表测试LD两端的电压值。每隔一定电流间隔，记录LD的电压值和光功率值。绘制LD的P-I曲线和V-I曲线。 I(mA) U(V) P(uW) 0 3 6 9 12 15 18 表1
4、开启LED的驱动电源（恒流档测量），缓慢调节“粗调”旋纽逐渐增加工作电流，并用万用表测试LED两端的电压值。每隔一定电流间隔，记录LED的电压值和光功率值。绘制LED的P-I曲线和V-I曲线。 I(mA) U(V) P(uW) 0 10 20 30 表2 40 50 60 六、思考题
1、串联电阻R对于LD/LED的应用性能有何影响？ 2、为什么LD/LED的输出特性有较大差异？
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实验二 光纤数值孔径测量实验
一、实验目的
1、熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义； 2、掌握测量光纤数值孔径的方法。
二、实验内容
1、测量光纤数值孔径（强度数值孔径）。
三、实验仪器
1、ZY12226B型光纤数值孔径测试实验仪 1套
四、实验原理
1、光纤的几何构造
一般裸光纤具有纤心，包层及敷层（外套）的三层结构，芯和包层由硅玻璃组成，典型单模光纤的芯径为4-8μm，多模光纤为50-100μm，几何形状为圆对称，包层直径一般达百微米以上，敷层是一个保护外套，直径一般达百微米或几百微米，由塑料制成，也有用极薄的清漆或丙烯酸制作。本实验用的光纤为塑料光纤，纤芯的直径为1mm，保护外套直径为约2.2mm。 2、光纤的数值孔径
假设光线以入射角?进入纤芯，如果纤芯的折射率ncore比包层折射率ncladding稍大，则进入纤芯的光线在纤芯与包层界面上有可能发生全反射，设这个临界角为?crit，应有
sin?crit?nclncore
设数值孔径角?c，由Snells定理
因此
nisin?c?n这与上式同义，故有
2core?n2cl
光纤的数值孔径如同对微透镜或成像透镜的数值孔径定义一样，是入射介质的折射率与最大收光角正弦的乘积
NA?nisin?max
22NA?ncore?ncl
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光电子技术实验讲义
定义分数折射率差
??(ncore?ncl)/ncore
弱导时有???1
NA?(ncore?ncl)(ncore?ncl)?(2ncore)(ncore?)?ncore2?此即为弱导近似下，阶跃型光纤数值孔径理论公式。
EIA（Electronic Industries Association）建议，?c根据接收光功率最大值的5% 取值。 以上是对于理论而言，实际测量的是有效数值孔径，有效数值孔径分强度数值孔径和功率数值孔径：
强度数值孔径：用实验的方法测出光纤远场中角强度的分布，把5%最大强度所对应的半角正弦做为强度数值孔径NA。
功率数值孔径：用实验的方法测出光纤出射光锥总功率90%所对应的半角正弦，称功率数值孔径NA。
强度数值孔径测量示意图如图1所示：
图1 强度数值孔径测量示意图
五、实验步骤
1、本实验装置的旋转调节台的细调角度为0-35°，先顺时针旋转旋转调节至底部，然后逆时针约5°，此时使用旋转粗调，调整发射与接收光纤的对准位置，目测使其准直。
2、按照实验一的步骤准直装置组件，驱动电流调至5mA，发射与接受光纤之间的间距调至6mm。
3、记录此时最大的输出电压V1和旋转台上的标注的角度值Φ1，计算最大输出电压的5%所对应的最小输出电压V2。
4、逆时针调节旋转调节旋钮，不断观察输出显示电压，当输出电压达到最小输出电压的时候停止调节。
5、读取旋转调节架上的角度读数Φ2，计算孔径角θ=Φ2-Φ1，计算光纤数值孔径NA=sinθ。 6、重复步骤1、2、3，顺时针调节旋转调节旋钮，每0.5°记录一组数据（角度和输出电压），绘制角度与输出电压的关系曲线。
7、恒流驱动调至最小，关闭电源，还原实验装置。
六、思考题
1、本实验中影响光纤数值孔径测量精度的因素主要有哪些？
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