目 录
实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试 实验二 光电管光照特性测试 实验三 单模光纤衰减系数的测试 实验四 单模光纤几何参数测量 实验五 OTDR测量仪应用 实验六 单模光纤模场半径测量 实验七 微孔直径的衍射测量 实验八 图像信息处理的光电实现 实验九 光纤传感的温度测量实验 实验十 光纤传感的压力测量实验
说明：
一次实验3课时，分两批实验，周一晚6：00，周五晚6:00 实验一、二、三，比较基础,同学都要做。
实验四~十相对专业一点，需花费较多的时间。为保证质量,采用分组主攻一个或两个实验，同时适当了解其他实验的方式来做。
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实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线
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 2台
三． 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。
P LD LED Ith
图2 LD/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的功率与电流的
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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。
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??I?I??V??fthD 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： I式中， th(T)?Ith(Tr)exp[(T?Tr)/T0] r0Tr为室温， I(T)为室温下的阈值电流，Tth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。 P T1 T2 Ith1 Ith2 图3 LD的温度特性曲线 (T2>T1) I 四． 实验步骤 1． 按图示线路连接LD/LED，注意不要将极性接反！若没有配积分球，可直接将LD与光功率计连接，将LED在暗室内放入光功率计的接口处。实验时，若不使用积分球，将只会影响到LED各参数的测量精度，对LD各参数的测量不会影响。 2． LD/LED电流源光功率计 图4 没有使用积分球和温控器的连接框图 3 LD/LED电流源光功率计温控器 3． 若实验中用到温控器，启动温控器电源，并将温度调到200C。 4． 开启LD的驱动电源，缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流。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) P(dB) 0 5 10 15 20 25 35 表格 1 LD的P-I-V实验测试数据 5． 开启LED的驱动电源，缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流。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) P(dB) 0 10 20 30 40 50 60 表格2 LED的P-I-V实验测试数据 6． 调节温控器，升高LD的工作温度，重复实验步骤3，记录LD的P-I曲线和V-I曲线。比较在不同温度下，LD的特性曲线变化。 T(℃) I(mA) U(V) P(uW) P(dB) 0 20 25 40 60 表格 3 温度特性测试数据 五． 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？ 4 实验二 光电管光照特性测试 一.实验目的 1. 掌握光电二极管的工作原理和使用方法。 2. 了解光电二极管的光照特性和伏安特性。 二.实验仪器 1.照度计 1台 2.积分球（可选） 1个 3.光电探测器 1只 4.卤素灯光源 1台 5.万用表 2台 10. 照度计 1台 三.实验原理 光电二极管是结型半导体光伏探测器。当入射光子能量大于材料禁带宽度时，半导体吸收光子能量将产生电子空穴对，在PN结区的电子空穴对被内建电场（加在光电二极管上的电压是反向偏压）分离，形成光生电势，产生光生电流。光电二极管与普通二极管相比，有许多共同之处， 它们都有一个P-N结。因此，他们都属于单向导电的非线性元件。但是光电二极管是一种光电器件，在结构上有其特殊的地方。光电二极管目前度采用硅或者锗为原料，但锗器件暗电流的温度系数远大于硅器件，工艺不如硅器件成熟。下面着重介绍硅光电二极管。 1. 硅光电二极管的结构和工作原理 硅光电二极管的结构如图所示： 图 1 环形光电二极管结构示意图 为了消除表面漏电流，在器件的SiO2表面保护层中间扩散一个环形P-N结，称为环极。在有环极的光电二极管中，通常有三根引出线。对于N+P结构器件，N侧电极称为前极，P侧电极称为后极。环极接电源正极，后极接电源负极，前极通过负载接电源正极。由于环极电位高于前极，在环极形成阻挡层阻止表面漏电流的通过。可以使得负载R的漏电流很小（一般小于0.05μA）。若不用环极也可以将其悬空。 硅光电二极管的封装刻采用平面镜和聚焦透镜作为入射窗口。采用凸透镜有聚光的作用，有利于提高灵敏度。由于聚焦位置与入射光方向有关，因此能减小杂散背景光的干扰，但也引起灵敏度随入射光方向而变化。采用平面镜作窗口，虽然没有对准的问题，但易受到杂散光的干扰。 2. 伏安特性 5
光纤测量实验指导书2015
