激光二极管的辐射强度空间分布及半值角的测量

LD/LED光谱特性研究及发散角光强分布测量一、实验目的掌握光谱的基本概念及光谱仪工作的基本原理。

观察LD/LED光谱特性，LD/研究LED发散角光强分布规律。

二、实验内容1、LD/LED光谱特性测量2、LD/LED发散角光强分布规律测量三、实验原理1、光谱仪介绍光谱仪是研究、测定光辐射的频率、强度特性及其变化规律的光学仪器。

它应用光的色散原理、散射原理或光学调制原理，将不同频率的光辐射按照一定的规律分解开，形成光谱，配合一系列光学、精密机械、电子、计算机系统，实现精密测定和研究的目的。

当一束复合光线进入光谱仪的入射狭缝，首先由光学准直镜准直成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长（颜色）。

利用不同波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像于出射狭缝。

通过电脑控制可精确地测量出射波长。

2、LED介绍Light Emitting Diode（发光二极管）是一种半导体固体发光器件它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性。

这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察角度。

比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED 单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。

而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。

五、注意事项1、不要用肉眼直视激光器输出光，防止造成伤害。

功能材料专业实验大连民族大学物理与材料工程学院光电子实验中心目录第一章导电类型鉴别仪实验一材料导电类型鉴别实验第二章温度传感器测试及半导体制冷控温实验仪实验二电压型集成温度传感器（LM35）温度特性的测试第三章半导体热电特性综合实验仪实验三电阻温度计与非平衡直流电桥实验四半导体热电特性的研究第四章PN结正向特性综合实验仪实验五PN结正向压降与温度关系第五章传感器设计实验仪实验六应变片单臂、半桥、全桥特性比较实验应变直流全桥的应用—电子秤实验应变片交流全桥的应用(应变仪)—振动测量实验实验七压阻式压力传感器的压力测量实验电容式传感器的位移实验实验八差动变压器的性能实验差动变压器零点残余电压补偿实验差动变压器的应用—振动测量实验实验九压电式传感器测振动实验线性霍尔式传感器位移特性实验磁电式传感器特性实验实验十热电偶的原理及现象实验第六章光电特性综合实验仪实验十一LED伏安特性（V-I）测试LED辐射强度空间分布及半值角的测量实验十二激光二极管（LD）伏安特性（V－I）的测量激光二极管光谱特性测量第一章导电类型鉴别仪一、概述PN-12型导电型号鉴别仪采用整流法(也称三探针法)和温差法(也称冷热探笔法来判断单晶(或多晶)硅的导电类型(N型或P型)，用N型和P型显示屏直接显示单晶(或多晶)导电类型。

二、技术性能1.可判断硅材料的电阻率范围：整流法：10-2Ω·Cm～104Ω·Cm；温差法：10-4Ω·Cm～105Ω·Cm；2.硅单晶直径及长度：不受限制；3.显示方式：用N型和P型显示屏直接显示；4.探头：整流法：采用三根探针，用高速钢针；温差法：采用冷热两根探笔，探笔材料为钨棒，热笔采用PTC发热体加热； (冷笔保持室温，热笔可被加热到60℃-150℃，温控仪设定)5.电源及功耗：AC 220V±10%，50Hz <20W6.外型尺寸：125mm(宽)×145mm(高) ×245mm(深)7.使用环境：温度：室温；相对湿度：<80%；无强高频电磁场影响。

发光二极管参数的测量一发光二极管的结构和基本原理1 发光二极管的结构发光二极管（light emission diode LED）图1显示了LED的结构截面图。

要使LED 发光，有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的电子和空穴能够直接复合发射2 LED的基本工作原理LED 是一种直接注入电流的发光器件，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射出光子的结果，这就是通常所说的自发发射跃迁。

当LED的PN结加上正向偏压，注入的少数载流子和多数载流子（电子和空穴）复合而发光。

值得注意的是，对于大量处于高能级的粒子各自分别自发发射一列一列角频率为ν＝E g/h的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，并且每个粒子所发射的光沿所有可能的方向传播，这个过程称为自发发射。

其发射波长可用下式来表示：λ(μm)＝E g(eV)二发光二极管的特性及测试方法1 LED的光谱特性及测试方法由于LED没有光学谐振腔选择波长，所以它的光谱是以自发发射为主的光谱，图2显示出了LED的典型光谱曲线。

发光光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长称为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为谱线宽度（简称线宽），其典型值在30－40nm之间。

峰值波长和谱线宽度的测试方法如图3所示，当被测器件的正向工作电流达到规定值时，旋转单色仪波鼓，使指示器达到最大值，读出波长峰值，此即为该器件的发光峰值波长。

在旋转单色仪波鼓（朝相反方向各转一次），使指示器读数为最大值的一半时，读出两个等于最大值一半的数值，两者之差即为光谱谱线宽度。

波长图2 LED的光谱曲线图3 LED的峰值波长和线宽测试方框图由图2可以看出，当器件温度升高时，光谱曲线随之向右移动，从峰值波长的变化可以求出LED的波长温度系数。

2 LED 的伏安特性及测试方式LED 通常都具有图4所示的较好的伏安特性。

当LED 管芯通过正向电流为规定的值时，正、负极之间产生的电压降，即为正向压降（以V F 表示，单位为V ），由于正向电阻比较小，故V F 一般都较低，图5示出了V F 的测试原理图3 LED 的电光转换特性及测试方法电光转换特性是LED 的光输出功率与注入电流的关系曲线，即P －I 曲线，因为是自发辐射光，所以P －I 曲线的线性范围比较大如图6所示。

激光二极管参数与原理及应用激光二极管参数与原理及应用一、激光的产生机理在讲激光产生机理之前，先讲一下受激辐射。

在光辐射中存在三种辐射过程，一时处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为自发辐射；二是处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射；三是处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。

自发辐射，即使是两个同时从某一高能态向低能态跃迁的粒子，它们发出光的相位、偏振状态、发射方向也可能不同，但受激辐射就不同，当位于高能态的粒子在外来光子的激发下向低能态跃迁，发出在频率、相位、偏振状态等方面与外来光子完全相同的光。

在激光器中，发生的辐射就是受激辐射，它发出的激光在频率、相位、偏振状态等方面完全一样。

任何的受激发光系统，即有受激辐射，也有受激吸收，只有受激辐射占优势，才能把外来光放大而发出激光。

而一般光源中都是受激吸收占优势，只有粒子的平衡态被打破，使高能态的粒子数大于低能态的粒子数（这样情况称为离子数反转），才能发出激光。

产生激光的三个条件是：实现粒子数反转、满足阈值条件和谐振条件。

产生光的受激发射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。

为了获得离子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了离子数反转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。

实现粒子数反转是产生激光的必要条件，但不是充分条件。

要产生激光，还要有损耗极小的谐振腔，谐振腔的主要部分是两个互相平行的反射镜，激活物质所发出的受激辐射光在两个反射镜之间来回反射，不断引起新的受激辐射，使其不断被放大。

只有受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗，即满足一定的阈值条件:P1P2exp(2G - 2A) ≥ 1（P1、P2是两个反射镜的反射率，G是激活介质的增益系数，A 是介质的损耗系数，exp为常数），才能输出稳定的激光，另一方面，激光在谐振腔内来回反射，只有这些光束两两之间在输出端的相位差Δф =2qπ q=1、2、3、4。