1.2.2. Основные характеристики и параметры лазерных диодов

Излучение лазерного диода характеризуется длиной волны ₀, на кото­рой лазерный диод излучает наибольшую мощность, шириной спектра _1/2 излучения на уровне -3 дБ от мощности на максимальной длине волны (Рисунок 1.4). Типичные значения ширины спектра _1/2 излучения для со­временных лазерных диодов с резонатором Фабри-Перо составляют 0.33 нм, для лазерных диодов с распределенной обратной связью - 0.0010.01 нм.

Рисунок 1.4. Спектральная характеристика лазерного диода

Наиболее важной характеристикой лазерного диода является ватт- амперная характеристика (Рисунок 1.5). При малых токах накачки лазерный диод генерирует слабое спонтанное излучение, работая как малоэффектив­ный светодиод. При превышении определенного тока накачки, называемого пороговым током I_th, излучение лазера становится индуцированным, что при­водит к резкому росту мощности излучения. Кривизна  ветви ватт-амперной характеристики лазерного диода, расположенной правее порогового тока, определяет эффективность модуляции лазерного излучения током накачки:

 = dP_opt/dI (1.1)

Типичные значения крутизны ватт-амперной характерстики для совре­менных лазерных диодов лежат в пределах 0.050.3 Вт/А. С ростом темпера­туры пороговый ток увеличивается, а крутизна ватт-амперной характеристи­ки уменьшается. Изменение температуры приводит также к незначительному изменению длины волны излучения. Для уменьшения зависимости характеристик лазерного диода от температуры применяют специальные меры по стабилизации его температуры.

Рис. 1.5. - Ватт-амперные характеристики инжекционного лазера при различных температурах

1.3. Объект исследования

В данной лабораторной работе исследуется волоконно-оптический лазерный модуль, который представляет собой кристалл инжекционного квантоворазмерного InGaAsP/InP лазера с распределенной обратной связью, соединенный с одномодовым оптическим волокном и помещенный в герметичный металлический корпус (). Для стабилизации температуры и мощности излучения инжекционного лазера внутри металлического корпуса устанавливается элемент Пельте с терморезистором и фотодиод обратной связи (Error: Reference source not found). Центральная длина волны излучения волоконно-оптического лазерного модуля равна 1550 нм. Резонатор на основе распределенных брэгговских отражателей обеспечивает одномодовый режим работы лазера с подавлением побочных мод более 40 дБ и шириной спектра излучения менее 0.01 нм. Исследуемый волоконно-оптический лазерный модуль предназначен для волоконно-оптических систем связи и измерительных систем.

1.6. Внешний вид волоконно-оптического лазерного модуля

1.4. Описание лабораторной установки и методов измерения

показывает блок-схему лабораторной установки, в состав которой входят:

• стенд для измерения ватт-амперных характеристик полупроводникового лазера при различных температурах;

• вольтметр универсальный портативный В7-58/2;

• персональный компьютер с COM-портом и операционной системой Win9x/2k/XP/Vista.

1 – порт управления стендом

2 – клемма заземления

3 – разъем питания

4 – входной ВЧ разъем лазерного диода

5 – выходной электрический разъем фотодиода

6 – выходной оптический разъем лазерного диода

7 – входной оптический разъем фотодиода

Рис. 1.7. – Блок-схема лабораторной установки

Лабораторная установка позволяет измерять мощность P_opt излучения лазерного модуля в зависимости от установленного интерфейсной 10рограмммой тока накачки I_LD и температуры T_LD. Излучение лазера по одномодовому волоконно-оптическому кабелю поступает на фотодиод с известным темновым током I_d и монохроматической токовой чувствительностью S на длине волны излучения лазера. Напряжение U_out на сопротивлении нагрузки R_L фотодиода измеряется с помощью вольтметра. Так как потери в волоконно-оптическом кабеле пренебрежимо малы (длина кабеля 12 м, а для длины волны 1550 нм потери в волоконно-оптическом кабеле составляют величину менее 0.2 дБ/км), то при длине кабеле в несколько метров ими можно пренебречь. В этом случае мощность излучения лазерного модуля может быть определена по следующей формуле:

1. . (1.1)

В стенде лабораторной установки сопротивление нагрузки R_L фотодиода равняется 56.2 Ом, чувствительность S фотодиода на длине волны 1550 нм равняется 1.1 А/Вт, темновой ток I_d фотодиода при напряжении смещения -5 В равняется 5 пА.

Лабораторная установка включается в следующем порядке:

1. Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.

2. Подсоединить стенд к COM-порту компьютера с помощью ноль модемного кабеля.

3. Подключить блок питания к стенду при нахождении кнопки включения стенда в положении “Выкл.”.

4. Подключить блок питания стенда к электрической сети 220 В, 50-60 Гц.

5. Включить стенд (перевести кнопку включения стенда в положение “Вкл.”). Индикатор на кнопке включения стенда указывает на наличие напряжения питания на стенде.

6. Включить компьютер и запустить интерфейсную программу, управляющую стендом.

7. Выбрать в интерфейсной программе номер COM-порта, к которому подключен стенд, и произвести соединение интерфейсной программы со стендом нажатием кнопки “F9” на клавиатуре компьютера. Интерфейсная программа произведет диагностику работы стенда и при успешном соединении выведет сообщение “Соединение с COMx установлено”, где “х” – номер COM-порта, к которому подключен стенд.

8. Если самодиагностика стенда не выявила ошибок, то включить вольтметр и подключить его к выходному электрическому разъему фотодиода на стенде.

9. Соединить выходной оптический разъем лазерного диода с входным оптическим разъемом фотодиода с помощью одномодового волоконно-оптического кабеля.