光电检测技术实验指导（光电检测技术专业课实验）.docx

光电检测综合实验 东北大学理学院 董丹阳 2023年4月 PAGE 1 （一）探测器件光电特性测试 实验 光敏电阻基本特性的测试 光敏电阻是最典型的光电导器件。半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的光电探测器件，所谓光电导效应是表示材料（或器件）受到光辐射后，材料（或器件）的电导率发生变化，它属于内光电效应。 在均质的具有光电导效应的半导体材料两端加上电极，便构成光敏电阻。当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压，便有电流流过，用检流计可以检测到该电流。改变照射到光敏电阻上的光度量（如照度），发现流过光敏电阻的电流将发生变化，说明光敏电阻的阻值随入射光辐射照度变化而变化。 【实验目的】 了解简单光路的调整原则和方法； 测量光敏电阻的暗电流、暗电导以及在一定照度下的亮电流、亮电导特性； 在一定照度下，测量光敏电阻的光照特性：输出光电流（或电压）与入射辐射能量（或照度）之间的关系； 在一定照度下，测量光敏电阻的伏安特性。 【实验原理】 光敏电阻的结构是：在均质的光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母等绝缘材料基板上后封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成的。当入射到光敏电阻的光敏面的光照为零时，光敏电阻的阻值很大，接受光照时，光敏电阻的阻值急剧减少。光敏电阻工作时可加直流电压，也可加交流电压，其工作原理和符号如下图所示。 光敏电阻的基本偏置回路如下图所示： 【实验仪器】 FOE-603型光电特性综合测试系统实验箱、二维可调半导体激光器、凸透镜（F=+100mm）、2个偏振片、光敏电阻探测器附件、数字万用表、白屏。 【实验步骤】 一、搭建光路，调节各元件共轴等高 1、粗调：在实验平台上依次放置激光光源、透镜1或透镜2、白屏，调节各光学元件、光源中心等高，并处在同一轴线，如上图所示。 2、细调：根据透镜共轭法成像的特点和光路，如右图所示。固定光源和观察屏的位置，使L4f，在光源和观察屏之间插入透镜1，在屏上可获得放大和缩小的实像，调节至两次成像时，像中心重合，则光源与像的中心均在主光轴上。 二、光敏电阻基本参数测量 1、取出探测器、光源特性测试实验箱。实验前，请确认系统操作面板的所有按钮都处于“弹起”位置（所有指示灯为熄灭状态） 2、实验系统操作面板设置及光路调节 （1）实验系统操作面板（如下图所示）设置 a、逆时针旋转“Vcc调节”旋钮，将其值调至最小； b、按下按钮“Vcc”按键，Vcc旁边的指示灯点亮； c、数字万用表的表笔接入“D+”和“DGND”端，可以显示此时“Vcc”的输出值。 接探测器附件（信号线 接探测器附件（信号线输出端子接入信号输入端）红色表示“＋”，白色表示“－” 可调电源电压（顺时针增大）0~53V，由万用表读数 直流电流表测回路中的光电流 直流电流表测回路中的光电流 直流电压表测负载电阻上的电压 探测器上的电压=电源电压-负载电阻上电压 可调负载电阻（顺时针增大） （2）将二维可调半导体激光器、偏振片1依次放置，使偏振器与光源同轴等高，转动偏振片1，观察出射光光强的变化，光源和偏振片1尽可能地靠近； （3）在偏振片1之后放置光敏电阻探测器附件，使输出激光入射到光敏电阻的光敏面，然后将光敏电阻探测器附件的两个信号线输出端子（红色表示“＋”，白色表示“－”）插入实验系统中信号输入端“In+”和“In-”； （4）逆时针旋转“RL值调节”，将其值调至最小，依次按下按钮“Vcc、RL、A、V”，则对应的指示均点亮。此时，光敏电阻探测器接入如图所示的回路，回路中的光电流及可调负载电阻上的电压可由其上方的直流电流表和直流电压表显示，回路工作电源由系统可调电源（Vcc调节：0～53V）提供（由万用表显示读数，最小值不为零，有保护电阻）； （5）调节光敏电阻探测器，使出射光能均匀照射光敏电阻并使光电流输出最大； （6）旋转偏振片1，使直流电流表显示的光电流为最大值，在偏振片1和光敏电阻探测器之间放置偏振片2，旋转偏振片2，观察直流电流表值的变化。 3、光敏电阻的基本特性参数测试 （1）光敏电阻的暗电流、暗电导、亮电流和亮电导测试 a、顺时针旋转“Vcc调节”旋钮，将其值调至10V。顺时针旋转“RL值调节”旋钮一圈至合适值（此时回路中负载电阻阻值约为1000欧姆，保护电阻约为50欧姆，总电阻约为1050欧姆），在光敏电阻探测器和偏振片2之间放置挡光白屏（白屏尽可能靠近光敏电阻探测器），使入射到探测器光敏面的光照尽量为最小值，将直流电流表和直流电压表量程选择开关置合适档位，记录直流电流表显示值和直流电压值； b、移开白屏，旋转偏振片2，角度相对变化分别为、、时，记录相应的电流表和电压表显示值分别为（，）（，）（，）； 因为：， 所以：， 其中，为暗电导和暗电流，为亮电导和亮电流，为光电导和光电流。若不考虑光敏电阻的