光电材料与器件实验指导书

半导体光电器件实验指导书实验一半导体光电探测材料的吸收系数和光学禁带宽度的计算1．实验目的1）通过对半导体材料透射光谱的测试，理解半导体材料对入射光子的吸收特性，计算半导体材料的光吸收系数随波长的变化；2）理解如何通过调整材料的组分实现在特定波段对光子的探测，计算半导体材料的光学禁带宽度。

2．实验内容1）测试半导体光电探测材料的透射光谱；2）根据测试数据计算材料的光吸收系数随入射波长的变化，并由此推算材料的光学禁带宽度。

3．实验器材（设备、元器件）1）紫外—可见光分光光度计一台；2）实验样品3个；3）空白基片1个。

4．基于透射光谱的光吸收系数及光学禁带宽度计算原理当物体受到外来光波的照射时，光子会和物体中的微粒发生相互作用。

由于组成物体的分子和分子间的结构不同，使入射光分成几个部分：一部分被物体吸收（吸收），一部分被物体反射（反射），还有一部分穿透物体而继续传播（透射）。

透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。

被透射的物体为透明体或半透明体，若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。

为了表示透明体透过光的程度，通常用入射光通量与透过后的光通量之比T来表征物体的透光性质，T称为光透射率。

常用的分光光度计能精确测量材料的透射率，测试方法具有简单、操作方便、精度高等突出优点，是研究半导体能带结构及其它性质的最基本、最普遍的光学方法之一。

当一定波长的光照射半导体材料时，电子吸收能量后会从低能级跃迁到能量较高的能级。

对于本征吸收，电子吸收足够能量后将从价带直接跃迁入导带。

发生本征吸收的条件是：光子的能量必须等于或大于材料的禁带宽度E g ，即0g h v h v E ≥= （1）而当光子的频率低于0ν，或波长大于本征吸收的长波限时，不可能发生本证吸收，半导体的光吸收系数迅速下降，这在透射光谱上表现为透射率的迅速增大。

光波透过厚度为d 的样品时，吸收系数同透射率的关系如式（2）：2(1)d T R e α-=- （2） 即：21(1)ln R d Tα-= （3） 其中d 为样品厚度，R 是对应波长的反射率，T 是对应波长的透射率。

内容简介光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辩率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。

在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争也越来越强烈。

为适应形势的发展需求，不少高等学校相继增开设了光电信息类专业或院系，以改变光电信息类人才短缺的现实。

基于这样的形势，我司为满足所有学校新增光电信息专业的教学需求，在参考了《光电技术与实验》（北京理工大学出版）、《光电技术》（浙江大学出版）等教材后开发出本套适用于《光电技术》课程的实验仪器设备，来提高我国光电信息人才的实际应用能力。

本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。

因时间仓促，书中有不当之处，殷切希望广大老师给予批评指正！目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 4 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 13 -光电探测原理实验仪说明 (13)实验指南 (15)实验（一）光照度测试实验 (15)实验（二）光敏电阻特性测试实验单元 (18)实验（三）光电二极管特性测试实验单元 (24)实验（四）光电三极管特性测试实验单元 (32)实验（五）光电池特性测试实验单元 (37)实验三光电探测器直流特性测试............................. - 44 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 48 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 54 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 58 -实验七 CCD原理及应用实验................................. - 63 -实验（一）CCD驱动测试实验.. (64)实验（二）CCD特性测试实验 (70)实验（三）CCD输出信号的二值化处理实验 (72)实验（四）线阵CCD的AD数据采集 (73)实验（五）线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量 (75)实验八电光调制 .......................................... - 78 -实验九红外光电检测创新实验平台........................... - 84 -实验（一）主动式光电报警系统实验 (85)实验（二）被动式光电报警系统实验 (91)实验（三）锁相环实验 (93)实验（四）主动式光电报警系统电路搭建实验 (96)实验（五）被动式光电报警系统电路搭建实验 (102)实验（六）锁相环电路搭建实验 (105)实验十光电定向实验 ...................................... - 108 -实验十一偏振光原理及应用实验............................. - 119 -实验（一）偏振光的产生与鉴别.. (120)实验（二）椭圆偏振光和圆偏振光 (123)实验（三）测量布儒斯特角 (128)光电技术原理 ......................................... - 130 -ZY-YSLD3125型LD激光二极管. (131)ZY-YSLED3215型LED发光二极管 (133)ZY-LDT-5412型LD/LED温控器 (135)ZY-GY-7A型亮度可调卤素灯 (136)ZY-WDX型棱镜单色仪 (137)ZY-WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 (147)ZY-CJQ型积分球 (148)ZY-AV33012型光纤切割刀 (150)ZY-AV6491E型光纤熔接机 (153)ZY-CFS-2型光纤剥皮钳 (157)ZY-AD/B-FC型裸纤转接器 (158)ZY-GT111/112型四象限光电探测器 (159)ZY606型LD/LED电流源 (160)ZY-931A型光电倍增管 (163)ZY12208C型电光调制器 (165)实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器阈值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。

图2.1-5 棱镜对白光的分光实验装置光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED （发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。

学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。

实验仪器：① 光电综合实验平台主机系统1台；② 60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③ 焦距f =50mm 的透镜及其支架1只；④ 发白光的LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤ 狭缝及其夹持装置各1个；⑥ 像屏及其夹持装置各1个；⑦ 磁性表座4个；实验内容：1） 棱镜对“白光”的分光特性；2） 掌握分光光谱的分布规律；3） 测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1) 棱镜分光实验① 认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED 远心照明光源、可调狭缝与像屏。

将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。

打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC ）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。

若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。

分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。

若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。

实验一简单光控电路的设计及光电传感器技术参数的测定(设计性实验)[实验目的]1.掌握常规光功率计，光电探测器等光电仪器的使用。

2.了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光耦的光电特性。

3.掌握简单的光电控制电路的设计。

[实验原理]光敏电阻：是一种当光照射到材料表面上被吸收后，在其中激发载流子，使材料导电性能发生变化的内光电效应器件，受光照后其阻值会减少。

光敏二极管：是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。

N区扩散得很浅为1um左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗层内。

光子入射到耗层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压V BB的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流即光电流。

光电流通过外加负载电阻后产生电压信号输出，在使用时一般加反向偏置，可以当光控开关管来使用。

光敏三极管：是一种光生伏特器件，用高阻P性硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。

N区扩散得很浅为1um左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗层内。

光子入射到耗层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压V CB的作用下，空穴流向正极，形成了三极管的反向电流即光电流。

光电流通过外加负载电阻后产生电压信号输出，可以当光控开关管来使用。

光电耦合器：常用的三极管型光电耦合器原理图如图1.1所示，当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。

对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。

图1.1 三极管型光电耦合器原理图[实验仪器及配件]光敏电阻、面包板、光电二极管、光电三极管、普通电阻、发光二极管、普通三极管、开关、直流稳压电源、万用表、光功率计、光探头、光源、导线。

《光电材料与器件》实验指导书何宁编桂林电子科技大学信息与通信学院2008年12月实验一光电池及LED光源特性测试一．实验目的1 理解光电池的光电转换机理及主要特性参数。

2 理解LED光源的电光转换机理、驱动方式及主要特性参数。

3 掌握两种器件的应用及参数的测试方法。

二．实验内容1 测量光电池的开路电压、短路电流和伏安特性。

2 测量LED光源的驱动特性及电光转换效率。

三．实验原理光电池是由一个面积较大的PN结构成，它是一种直接将光能转换成电能的光电器件，这种器件是利用光生伏特效应，当光线照射到P-N结上时，就会在P-N结两端出现电动势（P区为正；N区为负），若负载接入PN结两端，光电池就有功率输出。

光电池对不同的波长的光反映的灵敏度是不同的，按制作材料不同可分为硅光电池和硒光电池，光谱特性如图1所示。

图1 光谱特性图2 光电特性图1中硅光电池的光谱响应范围是波长4000Å——12000Å，在波长为8000Å时达到峰值，而硒光电池的峰值出现在5000 Å左右，波长的范围是3800——7500Å，1埃=0.1nm。

图2中硅光电池的开路电压与光照是一种非线性关系，当光照强度在200勒克斯时就趋向饱和。

而短路电流在很大的范围内与光照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究，因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。

需要说明的是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。

实验时外负载电阻<15Ω时，就认为是短路电流，而>5.0K时，就认为是开路电压。

经实验证明外负载越小线性度越好。

不同颜色的光有不同的波长，因此光电池的光照频率也不同，光电池的频率特性是指输出电流随调制光的频率变化的关系，图3分别表示硅光电池与硒光电池的频率响应曲线，可见硅光电池有较好的频率特性，而硒光电池则较差。

光电功能材料与器件》课程教学大纲课程代码（五号黑体）：MCHM3042课程性质：专业必修课程授课对象：材料化学、功能材料等专业开课学期：总学时：54学时学分：3学分讲课学时：52学时实验学时：0学时实践学时：2学时指定教材：王筱梅，《有机光电材料与器件》，化学工业出版社，2014年参考书目（五号黑体）5－20部左右（五号宋体）刘恩科，《半导体物理学》，电子工业出版社，2007年黄昆半，《导体物理基础》，科学出版社，1999年李晔，《光化学基础与应用》，化学工业出版社，2000年刘亟须，《物理光学基础教程》，北京理工大学出版社，2000年朱建国，《电子与光电子材料》，国防工业出版社，2007年刘云圻，《有机纳米与分子器件》，科学出版社，2010年李文连，《有机光电子器件的原理、结构设计及其应用》，科学出版社，2012年教学目的：（五号黑体）本课程为材料化学专业和功能材料专业的专业必修课。

通过本课程的学习使学生了解和掌握各种光电材料的基本原理、基本性质、制备技术，及光电子材料的现状及发展趋势有。

了解和掌握光电子器件相关理论与器件物理，掌握有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、生物传感器等分子材料器件的基本类型、结构、工作机理、电学特性、电学特性参数表征及其应用，为光电器件的研究、设计及应用奠定理论基础。

第一章物质吸收光谱与颜色（五号黑体）课时：2.5周，共8课时（五号宋体）教学内容第一节光的基本性质光的波粒二象性第二节电子跃迁一、基态与激发态分子的基态与激发态的性质比较二、电子跃迁类型有机分子电子能级跃迁三、跃迁允许与跃迁禁阻电子跃迁允许与跃迁禁阻示意图第三节紫外-可见吸收光谱一、吸收光的条件能量要大于一定值二、朗伯-比耳定律样品对光波的吸光能力与该溶液的浓度和吸收层厚度成正比。

三、紫外-可见吸收光谱在近紫外-可见-近红外光谱区域内，某一样品对不同波长单色光的吸收强度的变化情况，简称吸收光谱。

内容简介本实验系统从了解和熟悉光电系统的角度出发，讨论光电系统中的主要技术问题。

主要知识点包括：光电系统中常用的光源及其特性；常用光电探测器的工作原理、特性参数及光电信号检测的基本线路；光学调制器；光电探测方法及光电信号处理方法；CCD电荷耦合器原理及其应用等。

本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。

目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 3 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 12 -实验三光电探测器直流特性测试............................. - 23 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 27 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 33 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 37 -实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器域值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。

2、了解温度（T ）对阈值电流（Ith ）和光功率（P ）的影响。

二、实验内容1、测试YSLED3215型LED 发光二极管的电压－电流（V-I ）特性曲线。

2、测试YSLED3215型LED 发光二极管的输出功率与电流（P-I ）特性曲线。

3、测试YSLD3125型半导体激光器电压－电流（V-I ）特性曲线。

《光电技术》课程实验说明课程实验计划进行四次第一次：实验一第二次：实验二第三次：实验三、四第四次：实验五、六其中第一次、第二次实验需要同学自己进行实际测量；第三次、第四次实验属于演示实验。

实验一光电探测原理实验一、实验目的1、了解光照度基本知识、光照度测量基本原理，学会光照度的测量方法。

2、了解光电二极管和光电池的工作原理和使用方法3、掌握光电二极管和光电池的光照特性及其测试方法4、理解光电二极管和光电池的的伏安特性并掌握其测试方法二、实验仪器1、光电探测原理实验箱2、光照度计3、光电二极管和光电池4、光源三、实验原理1、光照度基本知识（1）光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。

光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。

因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。

光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即：2EI/L式中：E——光照度，单位为Lx；I——光源发光强度，单位为cd；L——距离，单位为m。

（2）光照度计的结构光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如图1.1。

图1光照度计结构图图中D为光探测器，图1.2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。

余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。

余弦校正器的透光性要好；F为V（λ）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V （λ），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（λ）匹配。

光电子技术实验指导书光电子技术实验指导书3CSY2000G光电传感器实验仪说明CSY2000G光电传感器实验仪主要有主机箱、传感器装置、实验模板、实验桌四大部分组成（一）主机箱：供电电源AC220V，50HZ。

额定功率200W。

1、有实验所需的电源、压力源0-12V连续可调直流稳压电源。

0-5V连续可调直流稳压电源。

±15V、+12V、+5V稳压电源。

2、显示压力源：气压量程4-20KPa（通过调节玻璃转子流量计、旋钮、气压输出大小可调）电流表：DC20μA-20mA(量程三档切换)电压表：DC200mV-20V（量程三档切换)光功率计：1999mW光照度计：1999Lx频率/转速表：f：0-9999Hz、n：0-9999 r/min计时器（秒表）：9999S气压表:4-40 KPa3、温控仪：PID位式调节仪：0-2000C（二）传感器装置光学传感器由底座，升降支架、遮光筒、滑轨等组成，可卸式活动安装各种光电器件探头，光源等。

1、光敏器件及传感器光敏电阻光敏二极管光敏三极管4红外光敏二极管（光接受）硅光电池反射式光耦（红外发射与红外光敏三极管组合）红外线热释电探头光照度计探头光功率计探头2、传感器光纤传感器、（位移、压力、温度）PSD位置传感器线阵CCD测径系统（可选）光栅位移传感器（可选）3、光源普通白炽灯、普通发光二极管、红外发射管、半导体激光管、各种滤色镜。

（三）实验模板光电器件实验（一）模板光电器件实验（二）模板光电器件实验（光开关）模板光电器件实验（光调制）模板光电传感器转速测量实验模板光纤传感器实验模板PSD传感器实验模板温度传感器（四）实验桌放置主机箱、实验模板、各种实验器件实验台尺寸为：1600×800×740（mm）5实验指南实验一光电基础知识实验实验目的通过实验使学生对光源分光原理，辐射量与光度量、光的不同波长等基本概念有具体的认识。

第一部分光源和光波长实验一、实验原理：以电磁波形式或粒子（光子）形成传输的能量，它们可以用光学条件反射、成像或色散，这样能量传输及其传播过程称为光辐射。

光电技术实验指导书第一章CSY-998G光电传感器实验仪说明CSY-998G光电传感器实验仪主要有主机、传感器与器件、光源等部分组成一、主机：由大面板、小面板和顶板。

供电电源AC220V，50Hz。

额定功率200W。

1、大面板：各类实验电路2、小面板：1）各种直流稳压电源和恒流源。

0~15V连续可调直流稳压电源。

0~5V连续可调直流稳压电源。

±15V、+5V稳压电源。

AC12V 交流电源0~20mA连续可调恒流源2）显示表：电流表：DC20μA、200μA、20mA 、200mA(量程四档切换)电压表：DC200mV、2V、20V（量程三档切换）光照度计：1-2019Lx3、顶板顶板：由安装架、支架、滑轨等组成。

二、传感器与器件光敏电阻（CdS光敏电阻、额定功率：100mW、暗阻≥1MΩ、t r 20ms、t f 30ms、λp：580nm）光敏二极管（Vr：20v、I D＜0.1μA、I L：50μA、t r t f：10ns λp：880nm）光敏三极管（V CEO：50v、I D＜0.1μA、I L：5mA、t r t f：15ns λp：880nm)硅光电池（V OC：300mv、I D＜1×10-8μA、I SC：5μA、λ：300-1000nm、λp：880nm)反射式光耦（输入：I FM=20mA、V R=5V、V F=1.3V 输出：V CEO=30V、I CEO=0.1μA、V CES=0.4V=5、t r t f：5us）传输特性：C TR（%）红外热释电探头光照度计探头Y型光纤PSD位置传感器普通白炽灯普通发光二极管红外发射二极管（V R：5V、V F：1.4V、I R：10uA、P O：2mw）半导体激光器（波长：635um、功率1-3mw）三、实验仪器尺寸实验仪器台尺寸为：520×400×350（mm）。

第二章实验指导实验一光电基础知识实验一、实验目的通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。

光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。

学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。

实验仪器：①光电综合实验平台主机系统1台；②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③焦距f =50mm的透镜及其支架1只；④发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤狭缝及其夹持装置各1个；⑥像屏及其夹持装置各1个；⑦磁性表座4个；实验内容：1）棱镜对“白光”的分光特性；2）掌握分光光谱的分布规律；3）测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1)棱镜分光实验①认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。

将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。

打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。

若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。

分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。

若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。

分析变化的原因。

2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。

实验2.5 光电二极管的特性参数及其测量1. 实验目的：硅光电二极管是最基本的光生伏特器件，掌握了光电二极管的基本特性参数及其测量方法对学习其他光伏器件十分有利。

通过该实验，要熟悉光电二极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性。

2. 实验仪器：① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台； ② LED 光源1个； ③ 光电二极管1只；④ 通用光电器件实验装置2只； ⑤ 通用磁性表座2只； ⑥ 光电器件支杆2只； ⑦ 连接线20条；⑧ 40MHz 示波器探头2条；3. 基本原理：光电二极管是典型的光生伏特器件，它只有一个PN 结。

参考“光电技术”第3章3.1节的内容，光电二极管的全电流方程为I =⎪⎭⎫ ⎝⎛-1kT qU D e I λαλη,e )1(Φe hcq d --- （2.5-1） 式中前一项称为扩散电流，也称为暗电流，用I d 表示；后一项为光生电流，常用I P 表示。

显然，扩散电流I d 与加在光电二极管上的偏置电压U 有关，当U =0时，扩散电流为0。

扩散电流I d 与偏置电压U 的关系为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1kT qUD d e I I （2.5-2） 式中，I D 为PN 结的反向漏电流，与材料中的杂质浓度有关；q 为电子电荷量，k 为波尔兹曼常数，T 为环境的绝对温度。

显然，式（2.5-2）描述了光电二极管的扩散电流与普通二极管没有什么区别。

而与入射辐射有关的电流I p 为 λe,p )1(Φe hcq I d αλη---= （2.5-3）式中， h 为普朗克常数，α为硅材料的吸收系数，d 为光电二极管在光行进方向上的厚度，λ为入射光的波长。

显然，对单色辐射来讲，当光电二极管确定后，上述参数均为常数。

因此，结论为光电二极管的光电流随入射辐射通量Φe ，λ线性变化，式中的负号表明光生电流的方向与扩散电流的方向相反。

4. 实验内容：1、 光电二极管光照灵敏度的测量2、 光电二极管伏安特性的测量图2.5-1 光电二极管偏置电路3、 光电二极管时间响应特性的测量5. 实验步骤：（1）搭建实验电路① 认识光电二极管从外形看，光电二极管、光电三极管和φ5“子弹头”式LED 发光二极管的外形非常相似，它们均有两个电极（管脚），且，一长一短，较长电极定义为正极，较短电极为负极。

光电检测实验指导书光电检测实验指导书东华理工大学核工程技术学院测控技术及仪器实验一光源和光的波长实验一、实验目的通过实验是学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基础概念有具体认识。

二、基本原理本实验中备有普通光源和激光光源。

普通光源（白炽灯）光谱为连续（白炽灯的另一个特性使做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热点阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬间有较大的电流）光谱。

利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。

激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光（激光特性：1。

单色光2。

方向性3。

相干性等）。

三、用器件与单元主机、普通光源、分光装置（三棱镜）、半导体激光器。

四、实验步骤1．根据图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与普通光源相连接。

合上主机的总开关。

2．松开1-1中光源或三棱镜的升降固定螺丝，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。

然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。

如果不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺丝转动一个角度（光束方向）使光束丢准三棱镜的工作面（要点：光束对准棱镜工作面、灯丝方向）。

3．关闭主机总电源开关。

将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源，降级光源相应连接（注意颜色--极性）。

打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。

五、思考题1．解释实验现象。

2．半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发射角一般为5o～10o，你如何利用实验装置和直尺完成最简单的发散角测量实验方法。

接主机光源罩V前端盖三棱镜狭缝端盖遮光筒涡轮光敏元件后端盖后端盖升降固定螺钉涡轮蜗杆座蜗杆主机光敏元件性能实验升降固定螺钉图1-1分光实验实验二光敏电阻实验一、实验目的了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。

二、基本原理在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过度到自由状态，引起电导率的变化，这种现象成为光电导效应。

光电器件特性实验（光电二极管、光电三极管，光敏电阻）一、实验目的1、了解光敏电阻的光电特性、光谱响应特性、频率特性等基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。

2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。

3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。

4、了解光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。

5、了解光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。

二、实验原理1、光敏电阻在光照作用下能使物体的电导率改变的现象称为内光电效应。

本实验所用的光敏电阻就是基于内光电效应的光电元件。

当内光电效应发生时，固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。

这样由于材料中载流子个数增加，使材料的电导率增加，电导率的改变量为（1）在（1）式中，e为电荷电量，△p为空穴浓度的改变量，△n为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。

当两端加上电压U后，光电流为：（2）式中A为与电流垂直的表面，d为电极间的间距。

在一定的光照度下，△σ为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。

光敏电阻的伏安特性如图2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。

光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，而且没有饱和现象。

当然，与一般电阻一样光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。

图2 光敏电阻的伏安特性曲线图3 光敏电阻的光照特性曲线当光电器件电极上的电压一定时，光电流与入射到光电器件上的光照强度之间的关系称为光照特性。

光敏电阻的光照特性则如图3所示。

不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图3的结果类似。

由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一。

所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。

光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。

光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。

光电器件和光电技术综合设计实验指导书目录
实验一光敏电阻特性测试及其变换电路- 3 -
实验二光电二极管特性测试及其变换电路- 9 -
实验三光电三极管特性测试及其变换电路- 15 -
实验四硅光电池特性测试及其变换电路- 19 -
实验五PIN 光电二极管特性测试及其变换电路- 28 - 实验六光电倍增管特性测试及微弱光测量实验- 35 - 实验七APD 光电二极管特性测试- 50 -
实验八色敏传感器特性测试- 56 -
实验九热敏器件测试及变换实验- 58 -
实验十热释电探测器实验- 64 -
实验十一光电耦合器测试及应用实验- 67 -
实验十二PSD 位置传感器实验- 74 -
实验十三四象限探测器实验- 77 -
实验十四线阵CCD 原理实验81
实验十五光电照明灯控制实验- 88 -
实验十六LED 物性综合实验- 90 -
实验十七太阳能电池实验- 104 -
实验十八单片机及光电测距实验- 108 -
实验十九照度计功率计组装实验- 111 -。