实验二-发光二极管P-I特性测试实验

常用光纤器件特性测试实验 实验二 发光二极管P-I特性测试实验

一、实验目的

1、学习发光二极管的发光原理

2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系

3、掌握发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试

二、实验内容

1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线 2、根据P－I特性曲线，计算发光二极管斜率效率

三、预备知识

1、了解发光二极管与半导体激光器的异同点

四、实验仪器

1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 2、FC接口光功率计 3、850nm光发端机（HFBR-1414T） 4、ST/PC-FC/PC多模光跳线 5、万用表 6、连接导线

1台 1台 1个

1根 1台

20根

五、实验原理

半导体光源主要有半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）两种。LD已经在上一个实验介绍过，本实验主要是介绍LED。

发光二极管（LED）结构简单，是一个正向偏置的PN同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发光二极管（LED）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（30～60nm）、发射角较大（≈100°）、与光纤的耦合效率较低。其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。半导体发光二极管（LED）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。

对于发光二极管（LED）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率Iq，其中发射电子的复合率决定于内量子效率?int，光子产生率为

(I?int/q)，因此LED内产生的光功率为

Pint??int(??/q)I

（2-1）

式中，??为光量子能量。假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED逸出的功率内部产生功率的份额为?ext，则LED的发射功率为

Pe??extPint??ext?int(??/q)I

（2-2）

ηext亦称为外量子效率。由2-2式可知，LED发射功率P和注入电流I近似成正比。这说明LED的P-I曲线线性度好，调制时动态范围大，信号失真小。

该实验测量其电光转换特性（P-I特性），工作电流不同的时候，输出功率也不同，基本上是成线性关系。

图2-1 LED发光二极管P-I曲线示意图

实验中发光二极管电流的确定通过测量串联在电路中R110的电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻值之比。实验中先用万用表测出R110的精确值，计算得出发光二极管的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下发出的光功率，从而完成P-I特性的测试。

六、实验注意事项

1、实验中发光二极管驱动电流不可大于60mA，否则有烧毁发光二极管的危险。

2、由于光源、光功率计、光跳线等光器件的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大，不可带电拔插光电器件。

七、实验步骤

1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到头，使数字驱动电流达到最小值。 2、拨动双刀三掷开关，将BM1、BM2选择在中间档，即将R110与电路断开。 3、用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体发光二极管驱动电流之间的关系（V＝IR110）。

4、拨码开关BM1和BM2分别拨到数字和850nm档，选择850nm数字驱动电路。 5、用ST-FC光跳线将850nm光发端与光功率计连接，并将光功率计选择波长850nm档，连接导线T504（数字信号源模块）与T101。

6、接好电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02 (电源模块)，这时电源指示灯全亮。

7、接通光发模块和数字信号源模块直流电源（K10与K50），并将K501，K502，K503拨为全“1”。

8、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。

9、慢慢调节电位器W101使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表2-1，测量精度为0.1uW。

表2-1 LED的P-I特性测试表 U(mV) I(mA) P（uW） P（dBm） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10、做完实验后将拨码开关BM1和BM2拨到中间状态，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。

11、拆下光跳线和光功率计，拆除连线，将实验箱还原，将各实验仪器摆放整齐。

八、实验报告

1、字迹工整，原理分析透彻

2、根据实验记录数据，画出相应光功率与注入电流的关系曲线，分析P-I特性曲线意义。

3、对实验结果以及误差分析正确

九、 思考题

1、说明发光二极管工作原理，比较分析发光二极管与半导体激光器发光原理的区别。 2、环境温度的改变对发光二极管P-I特性曲线有何影响？ 3、发光二极管P-I特性曲线是否严格线性？为什么？

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