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.docVIP

PAGE PAGE 1 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】 学习把LED光源发射出的光功率直接耦合进光纤中。 测量LED光源的电学和光学特性。 【实验原理】 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成正比（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： （1） 式中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和。辐射角分布可以近似为以下的一般形式： （2） 式中T是垂直方向的功率分布系数。 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： （3） 用分贝来表示的耦合损耗为： （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。 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： （5） 式中，称为二次梯度常数。 实验中使用的是0.29间距梯度折射率棒形透镜，，。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。 图1 实验装置图 【实验内容】 把LED固定在MH-2PM上，再用SP-2和CA-1把它固定在B-1上，再把B-1固定在实验平台上。 在505驱动器电源关闭的情况下，把LED连接到后连接器上。打开电源，此时显示预置电流，不要打开输出。按显示盒内的按钮把显示灯调节到LIMIT位置。用小螺丝起子调节LIMIT SET到120mA。驱动器保持在恒定电流模式（模式I），量程保持在200mA档。把光功率计探头直接放置在LED前面。按显示盒内的按钮把显示灯调节回PRESET位置，调节回0.0mA。按显示盒内的按钮把显示灯调节到CURRENT位置，（将安全钥匙转到ON，）按输出盒内的按钮打开输出。 逐渐调高电流，从零到90mA，每隔5mA记录电流和相应的LED输出功率。逐渐调低电流，从90mA到零，每隔5mA记录电流和相应的LED输出功率。对以上两组数据求平均，做出LED输出功率～电流曲线。 把红外光探测片垂直于LED输出光的方向放置在LED前面，观察LED输出光斑的形状并测量LED输出光的发散角。 把0.29间距梯度折射率棒形透镜固定在耦合器上，透镜伸出耦合器外约1mm。把切割好的光纤固定在耦合器上。把LED输出光耦合进光纤中。 调节耦合最大化，测量耦合损耗。 【实验测量数据】 对光功率计定标。 LED的输出光波长为830nm，由说明书提供的光功率计定标数据得到相应的校准因子为1.942E+3。调节校准因子，完成定表。 表1 驱动电源电流和LED光源功率的特性曲线 I/mA 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 P/mW 0.05 0.12 0.21 0.30 0.39 0.48 0.57 0.66 0.75 I/mA 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 P/mW 0.83 0.92 1.01 1.09 1.17 1.25 1.33 1.41 1.48 根据表1由origin软件可以拟和出LED输出功率～电流曲线如图2： 图2 输出功率P与驱动电流I关系曲线 按照理论上来说，驱动电源为0时，光功率是为0的，则曲线是过原点的，于是曲线拟和的公式有：P＝BI 由origin知道： Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X Parameter Value Error A -0.03503 0.00598 B 0.01714 1.1056E-4 R SD N P 0.99967 0.