光源特性测试实验积分球.docx
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光源特性测试实验积分球
目录
第一章LD/LED光源特性测试实验仪说明2
一、产品介绍:
2
二、实验仪说明3
第二章实验指南-4-
一、实验目的-4-
二、实验内容-4-
三、实验仪器-4-
四、实验原理-5-
五、注意事项-6-
六、实验操作-7-
八、实验测试点说明-15-
九、LD电流源操作说明-15-
十、光功率计操作说明-18-
第一章LD/LED光源特性测试实验仪说明
产品介绍:
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。
通过本实验可以了解工程应用中半导体激光器和发光二极管,掌握它们平均输出光功率与注入电流的测试方法及器件好坏的判断,掌握它们阈值电流的测试方法及对其寿命的影响,掌握它们基本特性曲线的测试方法,了解半导体激光器自动功率控制APC的工作原理,了解温度对它们输出功率的影响,以及半导体激光器自动温度控制ATC的工作原理。
光功率计、温控器、电流表、电压表全部内置于箱体,方便调节和测试,所有实验均在一个箱体上完成。
实验装置采用箱式结构,使整个装置结构紧凑,且占地面积小、节省实验室空间;同时整个实验采用模块化设计,方便学生理解实验原理,操作方便。
实验所需所有组件均设计于实验箱内拆卸和安装都很方便,而且放置安全,能很好地保护所有器件。
注重于学生实际操作技能方面的训练,使学生在实验室就养成正确的操作习惯。
第二章实验指南
一、实验目的
1、掌握LD激光器和LED发光二极管的工作原理及主要技术参数
2、掌握LD激光器和LED发光二极管的特性测试方法
3、了解温度(T)对阈值电流(Ith)和光功率(P)的影响
4、掌握LD激光器和LED发光二极管的基本使用方法
二、实验内容
1、LD激光器的V/I特性测试实验
2、LD激光器的P/I特性测试实验
3、LD激光器的T/V/I特性测试实验
4、LD激光器的T/V/P特性测试实验
5、LED发光二极管(1310nm)的V/I特性测试实验
6、LED发光二极管(1310nm)的P/I特性测试实验
7、LED发光二极管(1310nm)的T/I特性测试实验
8、LED发光二极管(1310nm)的T/P特性测试实验
9、LED发光二极管(白光)的V/I特性测试实验
10、LED发光二极管的(白光)的P/I特性测试实验
三、实验仪器
1、LD/LED光源特性测试实验仪1台
2、LD激光二极管(1310nm)1只
3、LED发光二极管(1310nm)1只
4、LED发光二极管(白光)(选配)1只
5、积分球(可选)1个
6、电源线1根
7、连接线若干
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1所示:
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。
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: 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: 式中,为室温, 为室温下的阈值电流,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 T1T2(T2>T1) Ith1 Ith2I 五、注意事项 1、恒功测量时,如果仅调节“粗调”旋钮,而“细调”旋钮在最小位置,将不一定能把LD输出功率调到足够大。 此时必须使用“细调”旋钮来把输出功率调大。 恒流测量时,调节“细调”旋钮无效。 2、插拔LD/LED之前,务必先把输出功率(粗调、细调)旋钮调到最小,然后关闭电源开关。 这是因为带电插拔LD/LED会造成LD/LED的劣化。 3、如果被测LD/LED过流,则Iop显示窗口读数为1。 说明此时Iop≥200mA,已超出本机的测量范围。 当LD/LED已经劣化时,这种情况常常出现。 此时请将输出功率(粗调)旋钮调回到最小位置,关闭电源。 4、在LD的P-I-V实验测中,电流值请勿超过30mA,以免烧坏元器件。 5、由于LD为静电敏感元件,因此操作者必须佩带防静电手腕,工作场所必须具备接地线,焊接用的烙铁必须具备ESD功能。 静电将造成LD的劣化,使得测量时出现Iop过流的现象。 另外,若LD的输出功率被调的过大,也容易损坏LD,出现LD过流的现象。 6、本机只能对以下结构的LD进行测量: 图4LD内部结构 7、在使用过程中,出现任何异常情况,必须立即关机断电以确保安全。 8、激光器从光功率计上取出后,马上盖上光功率计防尘帽,防止灰尘进入,影响测量结果。 六、实验操作 1)LD激光器的V/I特性测试实验 1、LD激光器引脚说明 (1)激光器正&管壳; (2)激光器负; (3)探测器负;(4)探测器正 2、将激光器按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 3、打开光功率计输入端防尘帽,将激光器输出端接入光功率计输入端。 4、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。 依次打开电源开关、光功率计、电流表和电压表。 5、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,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,填入表1。 绘制LD的V-I曲线。 注意: LD为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表1LD的V-I实验测试数据 I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表、电压表和实验仪电源。 2)LD激光器的P/I特性测试实验 1、将激光器按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将激光器输出端接入光功率计输入端。 3、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。 依次打开电源开关、光功率计和电流表。 4、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,并用光功率计测量LD激光器输出光功率。 每隔一定电流间隔,记录功率值,填入表2。 绘制LD的P-I曲线。 注意: LD为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表2LD的P-I实验测试数据 I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 5、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表和实验仪电源。 3)LD激光器的T/V/I特性测试实验 1、将激光器按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将激光器输出端接入光功率计输入端。 3、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。 依次打开温控仪、电流表。 4、调节温控仪使温度为10℃,测量LD激光器V/I特性。 5、分别记录10℃、20℃、30℃、40℃时的LD激光器的V/I特性,填入表3。 绘制LD的T-V-I曲线。 注意: LD为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表3LD的V-I实验测试数据 10℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 20℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 30℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 40℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭温控仪、电流表和实验仪电源。 4)LD激光器的T/P/I特性测试实验 1、将激光器按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将激光器输出端接入光功率计输入端。 3、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。 依次打开温控仪、光功率计和电流表。 4、调节温控仪使温度为10℃,测量LD激光器P/I特性。 5、分别记录10℃、20℃、30℃、40℃时的LD激光器的P/I特性,填入表4。 绘制LD的T-V-I曲线。 注意: LD为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表4LD的V-I实验测试数据 10℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 20℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 30℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 40℃ I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表和实验仪电源。 5)LED发光二极管(1310nm)的V/I特性测试实验 1、LED发光二极管引脚说明 图6LED引脚位置 (3)LED正; (2)LED负 2、将LED发光二极管按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 3、打开光功率计输入端防尘帽,LED发光二极管输出端接入光功率计输入端。 4、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LED。 依次打开电源开关、电流表和电压表。 5、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,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,填入表5。 绘制LED的V-I曲线。 注意: LED为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表5LED的V-I实验测试数据 I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 U(V) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表、电压表和实验仪电源。 6)LED发光二极管(1310nm)的P/I特性测试实验 1、将LED发光二极管按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将LED发光二极管输出端接入光功率计输入端。 3、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LED发光二极管。 依次打开电源开关、光功率计和电流表。 4、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,并用光功率计测量LED发光二极管输出光功率。 每隔一定电流间隔,记录功率值,填入表6。 绘制LED发光二极管的P-I曲线。 注意: LED为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表6LED的P-I实验测试数据 I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 P(uW) 5、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表和实验仪电源。 7)LED发光二极管(1310nm)的T/V/I特性测试实验 1、将LED发光二极管按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将LED发光二极管输出端接入光功率计输入端。 3、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LED发光二极管。 依次打开温控仪、电流表。 4、调节温控仪使温度为10℃,测量LED发光二极管V/I特性 5、分别记录10℃、20℃、30℃、40℃时的LED发光二极管的V/I特性,填入表7。 绘制LED的T-V-I曲线。 注意: LED为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表7LED的V-I实验测试数据 10℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 U(V) 20℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 U(V) 30℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 U(V) 40℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 U(V) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭温控仪、电流表和实验仪电源。 8)LED发光二极管(1310nm)的T/P/I特性测试实验 1、将LED发光二极管按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、打开光功率计输入端防尘帽,将LED发光二极管输出端接入光功率计输入端。 3、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LED发光二极管。 依次打开温控仪、光功率计和电流表。 4、调节温控仪使温度为10℃,测量LED发光二极管P/I特性 5、分别记录10℃、20℃、30℃、40℃时的LED发光二极管的V/I特性,填入表8。 绘制LED的T-P-I曲线。 注意: LED为静电敏感元件,因此操作者不要用手直接接触激光器引脚以及与引脚连接的任何测试点和线路,以免损坏激光器。 表8LED的P-I实验测试数据 10℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 P(uW) 20℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 P(uW) 30℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 P(uW) 40℃ I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 P(uW) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭光功率计、电流表和实验仪电源。 9)LED发光二极管(白光)的V/I特性测试实验 1、将LED发光二极管按引脚对应接入温控仪夹具区域的激光器锁紧插座。 2、将LED发光二极管接入积分球。 3、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LED。 依次打开电源开关、电流表和电压表。 5、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,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,填入表9。 绘制LED的V-I曲线。 表9LED的V-I实验测试数据 I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 U(V) 6、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭电压表、电流表、电压表和实验仪电源。 10)LED发光二极管的(白光)的P/I特性测试实验 1、将LED发光二极管按引脚对应接入面板上L+和L-。 2、将LED发光二极管接入积分球,积分球输出接入实验仪电压表,用来指示发光二极管输出光强相对值。 3、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LED发光二极管。 依次打开电源开关、电压表和电流表。 4、缓慢调节电流旋钮逐渐增加工作电流,记录电压表读数。 每隔一定电流间隔,记录电压表读数,填入表10。 绘制LED发光二极管的P-I曲线。 表10LED的P-I实验测试数据 I(mA) 0 5 10 15 20 25 30 光强U(V) 5、调节“粗调”、“细调”旋钮在最小值位置,依次关闭电压表、电流表和实验仪电源。 七、实验思考题 为什么LD/LED的输出特性有较大差异? 八、实验测试点说明 1、PD电流测试点: 测量激光器内部探测器电流,对应接入电压表,200mV档显示结果×10,即为PD电流,单位为微安。 2、电压表输入端口: 测量待测电压 3、LD+、LD-: 测量激光器工作电压 九、LD电流源操作说明 1、此电流源可作为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(AutomaticPowerControl)电路及ACC(AutomaticCurrentControl)电路,可以实现以下三种功能: 1)LD电流源 2)电流测试 3)LD恒功老化及恒流老化 本电流源的一大特色是设备内部带APC(AutomaticPowerControl)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 Iop的测量准确度: ±0.5mA 3、操作步骤 1)将配套直流电源接入电流源后面电源输入接口处。 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,观察电流变化,改调“细调”旋钮,可将LD工作电流调至要求的数值(可用一台光功率计同时来测量LD的输出功率)。 通过Iop显示窗口可以读出输出电流值。 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。 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: 将切换开关拨到恒功档,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: 将切换开关拨到恒流档,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。 九、温控仪操作说明 1、仪表参数修改,设定时的人机对话均通过按键来实现的。 当在第一次使用本产品时,请详细阅读下面的操作流程。 2、注意: ①在第二设定状态,当AT=0时,按SET键时间超过5秒钟将退出设定状态,进入正常控制状态。 ②在第二设定状态,当AT=1时,按SET键时间超过5秒,系统将退出设定状态并自动进入自整定寻优状态 ③在自整定工作状态,按SET键后,系统将进入设定状态,并退出自整定状态,你若要重回自整定状态时,则可把AT再设置成1后退出。 ④在设定状态设定完成后,如不按正确操作退出设定状态,超过30秒后,系统将自动退出设定状态,你前次所设定参数被宣布无效。 ⑤当你为防止别人修改你的参数时,可在第二设定状态把LOK值设定为02. 3、设定字符解释: 以下字符每按一次SET键后依次出现,根据不同功能有些字符可能在你所选用的仪表中不存在。 十、光功率计操作说明 1、特性 *四位液晶显示,W、W(REL)、dBm、dB(REL)四种显示方式 *自动量程转换 *自动关机 *自动清零 *插入损耗测量 *多波长测量 2、技术指标 探头类型 材料 InGaAs 波长范围 800~1600nm 输入接口 FC型 仪 表 参 数 工作波长 850,1300,1310,1480,1550nm 测量范围 -70~+10dBm(0.1nw~10mw) 不确定度 ±5% 显示分辨率 线性显示: 1%;对数显示: 0.01dBm 3、按键操作说明 探头帽 旋开探头帽,露出探测器。 测量完毕,应旋紧探头帽。 液晶显示屏 显示测量结果、测量状态。 ON/OFF 电源开关键,按此键可接通或断开仪器电源。 接通电源,仪表先被初始化,随后进入测量状态。 CLEAR 自动清零键,自动清零完毕,则进入测量状态。 在清零过程中,应关好探测器帽,防止光信号输入,否则会引起测量结果错误。 dBrel 按此键使仪表进入相对测量状态。 按下此键后,当前测量值显示在液晶屏左下方,相对值显示在液晶屏中间,小字符REL作为相对测量的状态标志显示在液晶屏下方。 在相对测量状态下,按WATT、dBm键可使测量结果分别以WATT或dBm方式显示。 第二次按键,则退出相对测量状态。 dBm 按此键使仪表以dBm为显示单位测量结果,此时分辨率为0.01dBm。 WATT 按此键使仪表以WATT为单位显示测量结果,此时分辨率为1%。 λ 此键用于选择仪表的测量波长。 在测量状态下,被测波长显示在液晶屏下方。 按此键,显示下一波长及相应波长的测量结果,可选择五种波长: 850nm、1300nm、1310nm、1480nm、1550nm。 操作流程: 4、测量说明 4.1开机 (1)按面板ON/OFF键后,仪表首先将液晶屏上全部字符、小标志显示出来,此过程持续约三秒钟。 (2)仪表随后进入测量状态,此时默认测量波长为1310nm,WATT显示模式,直接测量方式。 4.2清零 在测量前,如果屏幕上的显示值不为0.00nW,则需按CLEAR键对仪表清零。 如不清零,仪表对微弱光信号的测量结果会有误差。 4.3液晶屏显示 图仪表液晶显示图 4.5裸纤适配器的使用 仪表配件FC/PC型裸纤适配器用于裸光纤测量。 其使用方法如下: 将适配器上的白色按键按下,将处理好的裸光纤穿入并伸出插针约5mm,用金刚刀对光纤端面进行处理后,将光纤拉至与插针端面平齐(最多不得超过0.2mm,否则伸出的光纤会磨损或顶破探测器的光窗玻璃,损坏探头)。 松开按键,则光纤
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