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大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：2020.5.20 实验成绩：LD特性测量及无线光通信实验【引言】半导体激光器又称激光二极管(laser diode, LD)，是当今最常用的激光器,它被广泛应用于几乎所有的电子设备中。
在光纤通信中之所以用LD,是因为体积小，发光面积与光纤芯径大小相近从而有较高的耦合效率;发射波长适合在光纤中低损耗传播;可以直接进行强度调制，只要将电信号电流注人LD中就可以得到相应的光强输出;可靠性高，成本低廉。
LD的用途很大，但LD又是一个十分娇嫩的器件，稍有使用不当极容易损坏。
要正确地使用LD,就必须对LD的常用特性作-个全面彻底地了解。
本实验主要测量LD的阈值特性和PI特性曲线。
无线光通信是光通信领域除了光纤通信外又一重要方式。
它是一种利用激光来传输高速信号的无线传输技术,以空气为媒质实现点对点或点对多点的方式的连接。
其原理与光纤通信系统类似,因此又有“虚拟光纤”的美誉。
无线光通信结合了无线和光纤的优势具有:①频带宽,速率高，容量大;②架设灵活便捷;③适用任何通信协议;④无需申请频率;⑤传输保密性好;⑥成本低等优点。
这种技术在很多场合得到了广泛的应用，如宽带光接人局城网的互联、基站间互联等。
【实验目的】(1)了解LD的基本特性。
(2)测量LD的阈值电流及工作电流与发射光功率的关系,即I-P特性。
(3)实现LD的调制及无线光通信的演示。
【实验原理】1.LD的一些常用特性LD的基本原理主要包括二部分:一是半导体二极管的原理;二是激光辐射原理。
这些知识点可以在任意一本介绍半导体激光器的书中找到,在这里不再叙述。
1)阂值性质LD是一个阈值器件,它的工作状态随着注人电流的不同而不同。
当注人电流较小时,有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位,LD发射的只是荧光。
随着注人电流的加大,有源区里实现粒子数反转,受激辐射占主导地位。
但是，注入电流小于阈值电流时,谐振腔里的增益不能克服损耗，不能在腔内建立一定模式的振荡,LD发射的只是较强的荧光。
实验一 LD/LED 特性测试实验一、实验目的通过对LD/LED 的光学特性（发射光谱、发射角、发散角）、电学特性（P-I 特性和V-I 特性）、热学特性（温度对阈值电流和输出照度的影响）和光谱特性（发光体的中心波长和线宽）5大特性进行测试，使得对LD/LED 特性有一个清晰认识。
二、实验原理1、LED 工作原理发光二极管大多由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs （砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体制成，其核心是PN 结。
因此，它具有一般P-N 结的I-N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N 区注入P 区，空穴由P 区注入N 区，进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生。
1 LED 发光原理 图2 LED 光谱图假设发光是在P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
把发光的复合量与总复合量的比值称为内量子效率G N r qi /=η，Nr 为产生的光子数，G 为注入的电子-空穴对数。
但是，产生的光子又有一部分会被LED 材料本射吸收，而不能全部射出器件之外。
作为一种发光器件，我们更感兴趣的是它能发出多少光子，表征这一性能的参数就是外量子效率。
发光二极管所发之光并非单一波长，如图2所示。
发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。
理论和实践证明，光的峰值波长λ0与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ0≈1240/Eg（mm），式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
姓名：易常瑞 学号：5502211043 专业班级：应物111班 实验时间：2014.3.3 13:30 成绩： LD 特性测量摘要 本实验通过直接调制的方法，测量LD 的工作电流I ，通过接收器将光转化为电压的变化，从而直接得到电压U ，继而得到光功率P ，从而利用MATLAB 拟合得到P-I 特性曲线和阈值电流 。
关键字 阈值电流 P-I 特性曲线一、 实验目的● 了解LD 的基本特性；● 测量LD 的阈值电流及工作电流与发射光功率的关系即P-I 特性；二、 实验原理1. LD 的基本原理包括两部分：①半导体激光管的原理；②激光辐射原理。
在这里不予详述。
2. LD 的一些常用特性2.1 阈值性质LD 是一个阈值器件，它的工作状态随着注入电流的不同而不同。
当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射①占主要地位，LD 发射的只是荧光。
有源区里实现粒子数反转，受激辐射②占主导地位。
但注入电流小于阈值电流时，谐振腔里的增益不能克服损耗，不能在腔内建立一定模式的振荡，LD 发射的只是较强的荧光。
只有当注入的电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐，模式明确的激光，这时发射功率突然增大，如图1.LD 是把激励的电功率转化成光功率发射出去，因此用 来衡量激光器的转换效率， 定义为激光器每秒钟发射的光子数激光器每秒钟注入的电子与空穴对数 其中P 为辐射出的光功率， 为电子电荷量。
由于 ，式中 是能级的禁带宽度，V 是LD 的PN 结上 P I P 图1姓名：易常瑞学号：5502211043 专业班级：应物111班实验时间：2014.3.3 13:30 成绩：由于LD是一个阈值器件，当发射功率几乎为0，而当，P随I线性增大，定义一个外微分量子效率一般，为阈值电流时，LD辐射的光功率，简称阈值功率，所以外微分量子效率对应P-I曲线阈值以上线性部分功率，在实际应该用中得到广泛的应用。
2.2 LD的温度特性LD是一个对温度很敏感的器件，其原因主要是外微分量子效率和阈值电流随温度而变化。
一、实验目的1. 了解光纤的基本结构和光学特性。
2. 学习测量光纤的数值孔径、截止波长等关键参数。
3. 掌握光纤的光学特性实验方法及数据分析。
二、实验原理光纤是一种利用光的全反射原理进行信息传输的介质。
光纤的光学特性主要包括数值孔径（NA）、截止波长、衰减系数等。
本实验主要测量光纤的数值孔径和截止波长。
三、实验仪器与设备1. 光纤测试仪2. 氦氖激光器3. 光纤耦合器4. 光纤切割机5. 光纤剥皮器6. 光纤微弯器7. 光纤测试软件四、实验步骤1. 光纤制备：将待测光纤两端分别进行剥皮、切割和清洁处理，确保光纤端面平整。
2. 光纤连接：将激光器输出端连接到光纤耦合器，光纤耦合器另一端连接到待测光纤。
3. 数值孔径测量：- 调整激光器输出功率，使光斑在光纤端面中心。
- 将光纤微弯器放置在光纤另一端，调整微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。
- 记录光斑移出光纤端面的角度，即为光纤的数值孔径。
4. 截止波长测量：- 将激光器输出波长设置为一定值。
- 调整光纤微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。
- 逐渐减小激光器输出波长，直至光斑不再从光纤端面中心移出，记录此时的波长，即为光纤的截止波长。
五、实验结果与分析1. 数值孔径测量结果：本实验测得光纤的数值孔径为0.22。
2. 截止波长测量结果：本实验测得光纤的截止波长为1550nm。
六、讨论1. 数值孔径是光纤的重要参数之一，它决定了光纤的色散和模场直径。
本实验测得光纤的数值孔径为0.22，符合普通单模光纤的数值孔径范围。
2. 截止波长是光纤的一个重要参数，它决定了光纤的传输带宽。
本实验测得光纤的截止波长为1550nm，说明该光纤适用于1550nm波段的光通信。
七、结论通过本次实验，我们成功测量了光纤的数值孔径和截止波长，掌握了光纤的光学特性实验方法。
实验结果表明，该光纤符合普通单模光纤的特性，可用于1550nm波段的光通信。
八、实验心得本次实验让我们对光纤的光学特性有了更深入的了解，也提高了我们的实验操作技能。
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)- 1 - / 23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（I th）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。
光纤的光学特性实验报告光纤的光学特性实验报告引言：光纤是一种用于传输光信号的细长柔软的玻璃或塑料线材。
它具有高速传输、大容量、抗干扰等优点，在通信、医学、工业等领域得到广泛应用。
本实验旨在探究光纤的光学特性，了解其传输特性、损耗和色散等参数。
一、实验原理光纤的传输原理是基于全反射的现象。
当光线从光密度较高的介质射入光密度较低的介质时，会发生全反射。
光纤由两部分组成：芯和包层。
芯是光的传输通道，包层则用于保护芯。
光纤的传输特性与芯和包层的折射率有关。
二、实验设备和材料1. 光纤：包括单模光纤和多模光纤。
2. 光源：如激光器或LED。
3. 光功率计：用于测量光纤的光功率。
4. 光纤衰减器：用于调节光纤的损耗。
5. 光纤色散分析仪：用于测量光纤的色散。
三、实验步骤1. 准备工作：将实验设备连接好，确保光源的稳定输出和光功率计的准确测量。
2. 测量光纤的损耗：将光纤连接到光源和光功率计之间，记录不同长度下的光功率值，并计算损耗。
3. 测量光纤的色散：将光纤连接到光源和光纤色散分析仪之间，调节光纤的长度，记录不同长度下的色散值。
四、实验结果与分析1. 光纤的损耗：根据测量数据，绘制光功率与光纤长度的关系曲线。
从曲线中可以观察到光纤的损耗随着长度的增加而增加，这是由于光纤材料的吸收和散射引起的。
同时，可以计算出单位长度的损耗值，评估光纤的传输质量。
2. 光纤的色散：根据测量数据，绘制色散值与光纤长度的关系曲线。
色散是指光信号在光纤中传输过程中不同波长的光速度差异引起的现象。
从曲线中可以观察到色散值随着光纤长度的增加而增加，这是由于光纤的折射率剖面引起的。
通过计算色散系数，可以评估光纤对不同波长光信号的传输性能。
五、实验结论通过本实验，我们了解到光纤的光学特性与其折射率、长度等因素密切相关。
光纤的损耗和色散是影响光纤传输质量的重要参数。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的光纤类型和长度，以达到最佳的传输效果。
光信息专业实验报告：LED 光源特性测量及其与多模光纤的耦合【实验目的】1． 学习把LED 光源发射出的光功率直接耦合进光纤中。
2． 测量LED 光源的电学和光学特性。
【实验原理】3． LED 光源用于光纤系统的两种基本LED 结构是面发光二极管和边发光二极管。
从面发光二极管中发出的各向同性光束称为朗伯光。
在这种光辐射方向图中，从各个方向观察光源时其亮度都相同，因为在观察方向上光功率和发光面积的投影都与cos θ成正比（θ是观察方向与发光面法线之间的夹角）。
朗伯光源的发射方向图使用下面的关系式来表示：0(,)cos B B θφθ= （1） 式中0B 是沿辐射面法线方向的辐射强度。
边发光二极管有更复杂的发射方向图，在它的pn 结平面的水平方向和垂直方向分别有不同的辐射角分布(,0)B θ和(,90)B θ。
辐射角分布可以近似为以下的一般形式：22001sin cos (,)cos cos T B B B φφθφθθ=+（2） 式中T 是垂直方向的功率分布系数。
4． 耦合效率直接耦合是不经过透镜系统直接把光纤端面正对着光源的耦合，其耦合效率为：2/(/2)F S P P NA ηαα==+ （3）用分贝来表示的耦合损耗为：1010log (/)F S L P P =- （4） 要使耦合效率达到最大值，必须使光源的直径－数值孔径积和光纤的纤芯直径－数值孔径积相匹配。
5． 用梯度折射率棒形透镜耦合梯度折射率棒形透镜是一根玻璃棒，直径1.0到3.0mm ，折射率由下式描述：20()(1/2)n r n Ar =- （5）式中22/A a =∆实验中使用的是0.29间距梯度折射率棒形透镜，0 1.599n =10.332mm -=。
因为透镜稍微比四分之一间距长，所以从点光源发射出的光会变成汇聚光，而不是平行光。
【实验用具】实验平台，LED及驱动器，光功率计，0.29间距梯度折射率棒形透镜，耦合器，光纤、探片等。
北京交通大学电子信息工程学院实验报告实验十三激光器谱特性实验光纤通信系统由光发射机、光接收机和光纤链路构成，光发射机中最重要的光电子器件就是半导体激光器。
半导体激光器的谱特性曲线关系到光纤通信系统的性能，因此，对其测试十分重要。
一、实验目的（1）掌握半导体激光器谱特性曲线测试方法；（2）加深对光载理解；（3）加深对激光器输出为CW（连续波）的理解；（4）了解激光器光谱宽度与光纤通信系统色散的关系；（5）熟悉光谱分析仪的使用方法。
二、实验内容半导体激光器谱特性测试。
三、基本原理根据现代光谱仪器的工作原理,光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的.根据色散组件的分光原理,光谱仪器可分为:棱镜光谱仪,衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多通道分析仪OMA (Optical Multi-channel Analyzer)是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器,它集信息采集,处理, 存储诸功能于一体.使用OMA分析光谱,测量准确迅速,方便,且灵敏度高,响应时间快,光谱分辨率高,测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机,绘图仪输出。
它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量,分析及研究工作中,特别适应于对微弱信号,瞬变信号的检测.四、实验步骤（1）如下图用光纤跳线连接激光器和Q8344A光谱仪；（2）打开激光器后面板开关；（3）把激光器前面板上的驱动电流调整旋钮逆时针轻轻旋转，使激光器输出功率最小；（3）打开光谱仪开关，等待光谱仪自检通过；（4）用<center>键，选择仪器测量中心波长到被测激光器发光波长附近；用<Ref level >键，选择仪器参考电平与被测激光器输出匹配；（5）按下<Repeat >键，仪器开始测量；（6）用< Spectral width >键，使仪器测量该激光器的3dB谱宽、中心波长等参数；如图所示中心波长0.977761nm；而图的3db带宽为图中的两条竖直的曲线对应的横坐标的宽度，为0.978129um用公式c=计算对应的频率为：fλF=3×10＾8/[0.978129×10＾（-6）]≈3.067×10＾8MHZ（7）拍摄测试曲线输出光功率0.146 输出光功率0.639输出光功率1.040 输出光功率1.570（8）由测量得到的中心波长，以及c=的关系计算该激光器的fλ载波频率（忽略了光纤折射率的影响）；中心波长980nm用公式cf=计算得载波频率：λF=3×10＾8/980×10＾（-9）≈3.06×10＾6GHZ（9）假设有一条100公里的光纤链路，光纤的色散系数为D=17ps/(nm.km)，对于上述光源构成的光发射机，该链路的总色散大约是多少？色散D=17ps/(nm.km)×980nm×100km=1.666us五．实验总结通过本次的实验，我对激光器和Q8344A光谱仪有了更进一步的了解，同时也对激光光谱有了很大的认识，它的大概的波形，中心拨长，以及大概的3DB带宽在什么位置，相信这个是激光器的输出激光的特性好坏决定的，运用一定的基础的公式，就可以很方便的快捷地计算其他的参量。
实验一 LD光源的P-I特性曲线
本实验将所测电流数据作为横坐标，功率作为纵坐标，利用MATLAB编程，得到下图所示的P-I曲线：
实验结果分析：
通过比较在不同步长下的P-I特性曲线，我们发现，步长越小，曲线越趋于直线，即相对精度越高。
同理，步长越大，曲线失真度越严重。
实验二透射式横（纵）向光纤位移传感本实验采用发射光纤不动，接收光纤移动的办法，实现光纤被横向位移和纵向位移调制。
当z固定时，得到的是横向位移传感特性参数，当r取定（r=0）,则得到纵向位移传感特性函数。
下图是光纤芯径-相对光强图和强度调制图：
上图（1），纵坐标为相对光强，横坐标为r/D. D为光纤直径,其值为D=0.5nm
上图（2），纵坐标为相对光强，横坐标为z.
实验三反射式光纤位移传感
本实验是利用光纤传感实验系统构成的反射式光纤位移传感器，对微小位移量进行测量。
下图是反射式调制特性曲线图：
实验结果分析：
本实验由发射光纤发出的光照射到反射材料上，通过检测反射光的强度变化，就能测出反射体的位移。
光纤光学与半导体激光器的电光特性实验上个世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术取得了突破性的进展。
光纤通信具有容量大、频带宽、光纤损耗低、传输距离远、不受电磁场干扰等优点，因此光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。
半导体激光器是近年来发展最为迅速的一种激光器。
由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。
【实验目的】1．了解半导体激光器的电光特性和测量阈值电流。
2．了解光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。
3．掌握光纤数值孔径概念、物理意义及其测量方法。
4．对光纤本身的光学特性进行初步的研究。
【实验仪器】GX-1000光纤实验仪，导轨，半导体激光器+二维调整，Array三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架+十二档光探头（选购），专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。
如右图所示。
1．设备参数：（1）半导体激光器类型：氮化镓，工作电流：0-70mA，激光功率：0-10mW，输出波长：650nm；（2）总输出电压为3.5-4V，考虑保护电路分压，所以管芯电压降为2.2V。
（3）光纤损耗率：每千米70%，实验所用光纤长度：200m，计算损耗为93.1%，如激光输出功率为10mW，除去损耗后激光输出的总功率：9.31mW，（计算耦合效率时用到）。
（4）信号源频率可用范围:10KH Z-300KH Z。
2．主机功能实验主机面板如下图主机主要由3部分组成：电源模块、发射模块、接收模块。
(1)电源模块主要是为半导体激光器和主机其它模块提供电源。
由3部分组成：①表头：三位半数字表头，用于显示半导体激光器的平均工作电流。
该电流可通过表头下的电位器进行调整。
②电源开关：220VAC电源开关。
③电流调节旋钮：半导体激光器的工作电流调整钮。
(2)发射模块主要功能为半导体激光器工作状态和频率参数的控制。
内含一频率可调的矩形波发生器、一个频率固定的矩形波发生器和模拟信号调制电路。
①功能状态选择钮：用于选择半导体激光器的工作状态。
直流档：半导体激光器工作在直流状态。
脉冲频率档：半导体激光器工作在周期脉冲状态下。
输出的激光是一系列的光脉冲，且频率可调。
调制档：激光器工作在周期脉冲状态下，但频率固定，脉冲宽度受外部输入的音频信号调制。
②脉冲频率旋钮：用于调节脉冲信号的频率。
③输出插座：三芯航空插座。
连接半导体激光器。
④输出波形插座：Q9插座。
接示波器，用于观察驱动激光器的波形。
⑤音频输入插座：3.5mm耳机插座。
连接音频信号源——单放机。
⑥音频输入波形插座：Q9插座。
接示波器，可用于观察音频信号波形。
(3)接收模块主要功能为光信号的接受、放大、解调和还原。
内含光电二极管偏置驱动、高频放大、解调、音频功放电路和扬声器等。
①输入插座：Q9插座。
连接光电二极管。
用于探测光脉冲信号。
②波形插座：两个Q9插座。
可分别接示波器，观察波形。
前一个为解调前的脉冲信号波形，后一个为解调后的模拟音频信号波形。
③扬声器开光：用于控制内置扬声器的开和关。
在主机后面板上。
： 3.OPT-1A型激光功率指示计是一种数字显示的光功率测量仪器，采用硅光电池作为光传感器，针对650nm波长的激光进行了标定，用于测量该波段的激光功率。
如图：(1)前面板①表头 ：3位半数字表头，用于显示光强的大小。
②量程选择钮：分为200uW、2mW、20mW、200mW四个标定量程和可调档；测量时尽量采用合适的量程，如测得的光强为1.732mW，则采用2mW量程。
可调档显示的是光强的相对值。
③调零：调零时应遮断光源，旋动调零旋钮，使显示为零，调零完毕。
(2)后面板①电源开关按钮：电源开关（220VAC）。
②LD插座：本功率指示计可作为我公司生产的半导体激光器的电源。
③光探头插座：与光探头相连接。
(3)功率计探头①该光探头在硅光电池前加上一多结构光栏，可用于光斑定位，光强分布、光斑结构测量等。
②结构分别为圆孔和细缝；圆孔直径为0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0mm，缝宽0.2、0.3、0.4、0.8、1.2mm。
③在使用时，用此探头与OPT-1A型激光功率指示计连接即可，用户根据实际测量需要，采用相应的采光档位（硅光电池置于光栏正上方）。
④探头：内置硅光电池，与光探头插座相连接。
前面板后面板【实验原理】1.半导体激光器的电光特性 当半导体激光器电流小于某值时，输出功率很小，一般我们认为输出的不是激光，只有当电流大于一定值（I 0），使半导体增益系数大于阈值时，才能产生激光，电流I 0称之为阈值电流。
半导体激光器的电流与光输出功率的关系如右图，当电流大于I 0时，激光输出功率急剧增大。
激光输出功率急剧增大。
半导体激光器的电流与输出功率的关系如图1所示。
激光工作时电流大于I 0，但也不可过大，以防损坏激光管（本实验加了保护电路，防止功率过载）。
对激光器的调制电流应在I 0附近，此时光功率对电流变化的灵敏度较高。
图1 2.光纤的结构与分类一般裸光纤具有纤芯、包层及涂敷层（保护层）的三层结构，如图2所示。
①纤芯：由掺有少量其他元素（为提高折射率）的石英玻璃构成，对于单模光纤。
直径约为9.2微米。
而对于多模光纤，纤芯直径一般为50微米。
②包层：由石英玻璃构成，但由于成分的差异它的折射率比纤芯的折射率略微低一些，以形成全反射条件。
直径约为125微米。
③涂覆层：为了增加光纤的强度和抗弯性、保护光纤，在包层外涂覆了塑料或树脂保护层。
其直径约245微米。
激光主要在纤芯和包层中传播。
图2 按纤芯径向介质折射率分布的不同，可将光纤分为均匀和非均匀两类。
如图3，均匀光纤的纤芯与包层介质的折射率分别呈均匀分布，在分界面处折射率有一突变，故又称阶跃型光纤；非均匀光纤纤芯的折射率沿径向成梯度分布，而包层的折射率为均匀分布，故又称为梯度折射率型光纤。
按照传输特性的不同，又可将光纤分为单模和多模两种。
单模光纤较细，只允许一种传播状态（模式）；多模光纤较粗，可允许同时存在多种传播状态（模式）。
3.光纤的数值孔径及其测量由于全反射临界角i c 的限制，光纤对自其端面外侧入射的光束相应的存在着一个最大的入射孔径角，参考图4。
假设光纤端面外侧介质的折射率为n 0，自端面外侧以i 0角入射的光线进入光纤后，其到达纤芯与包层分界面处的入射角i 1刚好等于临界角i c 。
那么当端面外侧光线的入射角大于i 0时，进入光纤时将不满足全反射条件。
因此，i 0就是能够进入光纤且形成稳定光传输的入射光束的最大孔径角。
可以证明，对于阶跃型光纤，有：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=022210arcsin n n n i一般用光纤端面外侧介质折射率与最大孔径角正弦的乘积n 0sin i 0,表征允许进入光纤纤芯且能够稳定传输的光线的最大入射角范围，称为光纤的数值孔径。
对于阶跃型光纤数值孔径大小为：00sin i n NA ==1/e 2处的半角的正弦值，如图5所示。
到最大值的1/e 2处的半张角的正弦值，n 0为空气中的折射率，n 0≈1。
2200sin r l r i n NA +== （3）4.模式根据光的波导理论，光在光纤中的传播，应可用电磁波的麦克斯韦方程来描述，在一特定的边界条件下麦克斯韦方程有一些特定的解，这些解代表着一些可在光纤中长期稳定传输的光束，这些光束或解即被我们称为模式。
理论可以证明，对于波长为1310nm 或1550nm 的光波当纤芯小于10um 时，我们所使用的光线中只有一个基模可以稳定传输。
它沿径向的光强分布为高斯分布。
这种光纤被我们称为单模光纤。
光纤中的模式除了与光纤本身的参数折射率、直径有关外，还与光的波长有关。
在本实验中采用的是单模光纤，但此“单模”是针对1310-1550nm 波长的，而本实验采用的是650nm 的可见激光，因此有时光纤中耦合模式将不是单模，而是一个简单的多模（如梅花状），各模式间可能有不同的传输路径和偏振态。
不同的传输路径将导致光信号的脉冲展宽（色散）。
5.光纤的耦合和耦合效率光纤的耦合是指将激光从光纤端面输入光纤，以使激光可沿光纤进行传输。
一般来说，将激光的不对称发射光束与圆对称的光纤进行最优耦合，需要在光纤和光源之间插入透镜，即所谓的直接耦合。
直接耦合技术上比较简单，但耦合效率比较低。
在这里采用了一套有五个自由度的调整机构来进行光纤的耦合。
（半导体激光器被固定在一个二个自由度的角度调整架上，光纤固定在一个三自由度的直线调整架上）。
首先，我们通过五个自由度的反复、细致的调整，使经过聚焦的激光焦点尽量准确地、垂直地落在光纤端面上，以使尽量多的激光进入光纤。
由于激光焦点和光纤的端面过于明亮和细小，因此我们无法用肉眼来判断耦合的情况。
我们从光纤的另一端（输出端）通过观察输出光的强弱（光功率）和光斑的情况来判断耦合情况。
当我们将激光耦合进光纤后，我们会在输入端面后的一段光纤壁上看到一些泄漏的激光（光纤成红色）这是一些不满足光纤全反射条件的光，从光纤壁上泄漏出来的结果。
我们也可在光纤的任何一段通过强烈弯曲光纤来观察到这种泄漏情况。
这是由于强烈的弯曲破坏了该处光纤的轴方向，使一部分光线的全反射条件被破坏，激光从光纤芯中泄漏出来进入了涂覆层中。
光纤的弯曲会改变光纤中光的传输模式、光强和偏振状态。
可以通过观察输出端的光斑来观察这些现象。
这也是光纤扰模的理论依据。
耦合效率η反应了进入光纤中的光的多少。
定义如下：%10001×=P P η （4） 其中P 1为进入光纤中的光功率，P 0为激光的输出功率。
η在理论上与光纤的几何尺寸，数值孔径等光纤参数有着直接的关系，在实际操作中它还与光纤端面的处理情况和调整情况有着更直接的关系。
在本实验中我们采用光功率计直接测出P 1和P 0来求出η。
η同操作者的操作情况有很大关系。
6.光纤中光速和光纤材料平均折射率的测量由于光在透光介质中的传播速度反比于介质的折射率1−=kn c n （5）因此可以断定光在光纤中的传播速度小于在空气中的传播速度c 0=3.0×108m/s 。
本实验通过测量一串光脉冲信号在一个特定长度光纤中的传播时间，来求出光在光纤中的传播速度，从而算出光纤的平均折射率。
在光纤的一端输入一连串稳定的光脉冲信号，并在光纤的输出端接收这些信号，由于光纤的长度L 引起一个脉冲信号的时间延迟T 0，若光在光纤中的速度为c n ，则0T L c n =（6） 再由c n / c 0= n 0/ n 求出光纤的平均折射率00n c c n n=（7） 7.光纤通信光纤通信的大致过程是：将要传输的信息（语言、图像、文字、数据）加载到载波上，经发送机处理(编码、调制)后，载有信息的光波被耦合到光纤中，经光纤传输到达接收机，接收机将收到的信号处理（放大、解码、整形）后，还原成原来发送的信息（语言、图像、文字、数据），如图6所示，本实验将观察通过光纤传输声音信号的整个过程。
