2. Инжекционный лазер с резонатором Фабри-Перо

3. Инжекционный лазер с распределенной обратной связью

1. Схема включения лазерного диода: а) на низких или высоких частотах, б) в СВЧ диапазоне

1. 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 (Рис. 4.1.). Для стабилизации температуры и мощности излучения инжекционного лазера внутри металлического корпуса устанавливается элемент Пельте с терморезистором и фотодиод обратной связи (Рис. 4.2.). 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. Внешний вид волоконно-оптического лазерного модуля

2. Конструкция волоконно-оптического лазерного модуля

5. Описание лабораторной установки и методов измерения

Рис. 5.1. показывает блок-схему лабораторной установки, в состав которой входят:

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

• вольтметр универсальный портативный В7-58/2;

• персональный компьютер с COM-портом и с интерфейсной программой, управляющей работой стенда.

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

1. Блок-схема лабораторной установки

Лабораторная установка позволяет измерять мощность P_optизлучения лазерного модуля в зависимости от установленного интерфейсной программой тока накачкиI_LD и температурыT_LD. Излучение лазера по одномодовому волоконно-оптическому кабелю поступает на фотодиод с известным темновым токомI_dи монохроматической токовой чувствительностьюSна длине волны излучения лазера. НапряжениеU_outна сопротивлении нагрузкиR_Lфотодиода измеряется с помощью вольтметра. Так как потери в оптическом волокне для длины волны 1550 нм 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_Lфотодиода равняется 56.2 Ом, чувствительностьS фотодиода на длине волны 1550 нм равняется 1.1 А/Вт, темновой токI_dфотодиода при напряжении смещения -5 В равняется 5 пА.

Лабораторная установка включается в следующем порядке:

2. Заземлить стенд, вольтметр и персональный компьютер.

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

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

5. Подключить блок питания стенда к электрической сети 100-240 В, 50/60 Гц.

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

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

8. 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 сCOMxустановлено”, где “х” – номерCOM-порта, к которому подключен стенд.

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

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

6. Порядок выполнения работы

   1. Ознакомиться с составом лабораторной установки.

   2. Включить приборы в указанном выше порядке.

   3. Ознакомиться с работой интерфейсной программы.

   4. Установить при помощи интерфейсной программы температуру лазерного диода 20°С и напряжение питания фотодиода -5 В.

   5. Установить при помощи интерфейсной программы ток накачки лазерного диода 0 мА. Подождать пока не установится постоянное значение напряжения на сопротивлении нагрузки фотодиода.

   6. Измерить напряжение U_outна сопротивлении нагрузкиR_Lфотодиода с помощью вольтметра. Записать результат измерения напряжения.

   7. Повторить измерение по пп.Рис. 6.5.-Рис. 6.6. для различных токов накачки в диапазоне от нуля до максимального значения, установленного интерфейсной программой.

   8. Повторить измерения по пп.Рис. 6.5.-Рис. 6.7. для значений температур 30, 40 и 50°С.

   9. Для уменьшения ошибок измерений повторить измерения не менее 5 раз.

   10. Произвести обработку экспериментальных данных и оценить случайную погрешность измерения мощности P_optизлучения лазерного диода, рассчитываемую по формуле 1.5(1.1), для доверительной вероятностиP= 0.95, при этом значения сопротивления нагрузкиR_L, чувствительностиS и темнового токI_dфотодиода считать постоянными величинами.

   11. Построить ватт-амперные характеристики лазерного диода для температур 20, 30, 40 и 50°С.

   12. Построить зависимость крутизны ватт-амперной характеристики лазерного диода от температуры.

   13. Построить зависимость порогового тока лазерного диода от температуры.

7. Содержание отчета

Отчет о проделанной лабораторной работе должен содержать:

• название работы, ф.и.о. студента и номер группы;

• таблицы с экспериментальными данными;

• обработку экспериментальных данных;

• ватт-амперные характеристики инжекционного лазера при различных температурах;

• график зависимости крутизны ватт-амперной характеристики лазерного диода от температуры;

• график зависимости порогового тока лазерного диода от температуры;

• выводы.