工程光学实验指导书 目 录
目 录
目 录 ........................................................... 1 实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试 ............................ - 2 - 实验二 光电探测原理实验 ........................................... 5 实验三 光电探测器直流特性测试 .................................... 13 实验四 光纤衰减系数的测试 ........................................ 16 实验五 光电倍增管特性参数的测试 ................................. 19 实验六 CCD原理及应用实验 ......................................... 23 实验（一） CCD驱动实验 .......................................... 23 实验（二） CCD特性测试实验 ...................................... 27 实验（三） CCD输出信号的二值化处理实验 .......................... 29 实验七 电光调制 .................................................. 31 实验八 光电报警系统设计 .......................................... 38 实验九 光电定向实验 .............................................. 42
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工程光学实验指导书 实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试
实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试
一、实验目的
1、测试LD/LED的功率－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。
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、测试在LD/LED的功率－电流（P-I）特性曲线和电压－电流（V-I）特性曲线。 2、测试LD温度特性。
三、实验仪器
1、LD激光二极管（带尾纤输出，FC型接口） 1只 2、LED发光二极管 1只 3、LD/ LED电流源 1台 4、光功率计 1台 5、万用表 1台
四、实验原理
1、LD/LED的输出电压特性
激光二极管LD和发光二极管LED是光通讯系统中使用的主要光源。LD和LED都是半导体光电子器件，其核心部分都是P-N结。因此其具有与普通二极管相类似的V-I特性曲线，如图所示：
V
VT
I 图1.1 LD/LED的V-I特性曲线 由V-I曲线我们可以计算出LD/LED总的串联电阻R和开门电压VT。
在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐振腔。因此，LD和LED的功率与电流的P-I关系特性曲线则有很大的差别。LED的P-I曲线基本上是一条近似的线性直线。
2、LD/LED的输出光功率特性
从图中可以看出LD的P-I曲线有一阈值电流Ith，只有在工作电流If>Ith部分，P-I曲线才近似一根直线。而在If 对于LD可以根据其P-I曲线可以求出LD的外微分量子效率ηD。其具有如下关系： P??If?Ith??V??D - 2 - 工程光学实验指导书 实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试 P LD Ith 图1.2 LD/LED的P-I特性曲线 因此在曲线中，曲线的斜率表征的就是外微分量子效率。 LED I 五、实验步骤 1、按图示线路连接LD/LED，注意不要将极性接反！其极性连接图见图1.4和图1.5。若没有配积分球，可直接将LD与光功率计连接，将LED在暗室内放入光功率计的接口处。实验时，若不使用积分球，将只会影响到LED各参数的测量精度，对LD各参数的测量不会影响。 LD/LED光功率计 电流源 图1.3 没有使用积分球和温控器的连接框图 3 442 1 图1.4 LD引脚说明：1.激光器正&管壳；2.激 光器负；3.探测器负；4.探测器正。 3 2 1 图1.5 LED引脚说明：1.外壳；2.LED负； 3.LED正。 2、通电之前，确保“粗调”旋钮在最小值位置。这样可防止冲击电流损坏LD。开启 - 3 - 工程光学实验指导书 实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试 LD的驱动电源，缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流，并用万用表测试LD两端的电压值。每隔一定电流间隔，记录LD的电压值和光功率值。绘制LD的P-I曲线和V-I曲线。 表1.1 LD的P-I-V实验测试数据 I(mA) U(V) P(uW) 0 3 6 9 12 15 18 3、开启LED的驱动电源，缓慢调节电流旋纽逐渐增加工作电流，并用万用表测试LD两端的电压值。每隔一定电流间隔，记录LED的电压值和光功率值。绘制LED的P-I曲线和V-I曲线。 表1.2 LED的P-I-V实验测试数据 I(mA) U(V) P(uW) 0 10 20 30 40 50 60 六、注意事项 1、LD/LED电流源恒功测量时，如果仅调节“粗调”旋钮，而“细调”旋钮在最小位置，将不一定能把LD输出功率调到足够大。此时必须使用“细调”旋钮来把输出功率调大。 2、插拔LD之前，务必先把输出功率（粗调）旋钮调到最小，然后关闭电源开关。这是因为带电插拔LD会造成LD的劣化。 3、如果被测LD过流，则Iop显示窗口读数为1。说明此时Iop≥200mA，已超出本机的测量范围。当LD已经劣化时，这种情况常常出现。此时请将输出功率（粗调）旋钮调回到最小位置，关闭电源。 4、在LD的P-I-V实验测中，电流值请勿超过40mA，以免烧坏元器件。 5、由于LD为静电敏感元件，因此操作者必须佩带防静电手腕，工作场所必须具备接地线，焊接用的烙铁必须具备ESD功能。静电将造成LD的劣化，使得测量时出现Iop过流的现象。另外，若LD的输出功率被调的过大，也容易损坏LD，出现LD过流的现象。 6、本机只能对以下两种结构的LD进行测量： 图1.6 DVD、Poointer档区别图示 上面画出的两种激光器内的PD均为N side down安装，本机不能用来测量P side down安装的激光器，否则会损坏激光器。 7、在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。 七、思考题 1、串联电阻R对于LD/LED的应用性能有何影响？ 2、为什么LD/LED的输出特性有较大差异？ - 4 - 工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验 实验二 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伏安特性并掌握其测试方法。 二、实验内容 1、光电二极管和光电池的输出光电流与入射光的照度的关系测量； 2、光电二极管和光电池的伏安特性测试； 3、光电二极管和光电池的暗电流测试。 三、实验仪器 1、光电探测原理实验箱 1台 2、光照度计 1台 3、光电二极管和光电池 1套 4、光源 1台 四、实验原理 1、光照度基本知识 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： E?I/L2 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。 （1）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2.1。 图 2.1 光照度计结构图 图中D为光探测器，图2.2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， 5