工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验
图 2.10 实验原理框图
表2.1光电池照度－电流
光照度（Lx） R＝0 R＝2.4K 光生电流（μA） 光生电流（μA） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 （4）光电池照度－电压特性曲线 实验装置原理框图如图2.11所示。
图 2.11 实验原理框图
1、负载选择RL1=2.4KΩ。将“光电池电压输出＋”端与电阻RL1任一端连接，电阻RL1另一端与电流表“＋”端相连，电流表“－”端与“光电池电压输出－”端相连，再将电压表两端与“光电池电压输出”两端用导线相连接（注意极性不要接反）。“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。将电压表选择2V档，电流表选择200μA档。
2、打开电源，将光照度调节至0、10Lx、30Lx、50Lx、100Lx、200Lx、300Lx，记录下各对应光生电压值，填入表2.2中。
表2.2 照度－光生电压对照表
光照度（Lx） 光生电压（mV）
0 10 0 11
30 5 100 200 300 工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验 （5）入射光强－负载特性测试
1、依照上图连接线路，将光照度调节至50Lx，记录电流表和电压表读数，填入表5.1。 2、将负载Ｒ换成分别换成RL2、RL3、R1和R2，阻值分别为5.6 KΩ、10 KΩ、51KΩ和100 KΩ，分别记录电流表和电压表的读数，填入表2.3。
表2.3 负载改变情况下光生电流、电压对应表
负载 （Ω） 电流（mA） 电压（mV） 0 1） 2.4K （RL2） 5.6K （RL3） 10K （RL） 51K （R1） 100K （R23、作出50Lx光照度下光电池的光生电流、光生电压随负载变化的曲线。 4、光照度取100Lx、200Lx、300Lx，重复上述步骤。
5、作出100Lx、200Lx、300Lx光照度下光生电流、光生电压、负载变化的曲线，比较四条曲线的不同，并加以分析。
七、思考题
1、光电二极管反向伏安特性的测量实验中，分析并比较零偏压和-6V偏压下光照度—电流曲线的区别，分析区别产生的原因。
2、光电池照度－电流特性曲线实验中，对不同照度下的伏安特性曲线进行分析比较，看看有什么区别？产生这些区别的原因是什么？
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工程光学实验指导书 实验二 光电探测原理实验
实验三 光电探测器直流特性测试
一、实验目的
1、加深对光谱响应概念的理解； 2、掌握光谱响应的测试方法； 3、熟悉Si光电二极管的应用。
二、实验内容
测量Si光电二极管的光谱响应曲线。
三、实验仪器
1、Si光电探测器 1只 2、卤素灯光源 1台 3、光电探测原理实验箱 2台 4、光功率计 1台 5、微机 1台 6、WGD3型组合式多功能光栅光谱仪 1台
四、实验原理
光谱响应是光探测器对单色入射光辐射的响应能力。电压光谱响应度RV(λ)定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照度下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示为：
RV(?)?V(?)/P(?)
而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的照度下，光电探测器输出的信号电流叫做光电探测器的电流光谱响应度，用公式表示为：
RI(?)?I(?)/P(?)
式中，P(λ)是波长为λ时的入射光功率，V(λ)是光电探测器在入射光功率P(λ)作用下的输出信号电压。I(λ)为输出信号电流。为简单起见，电流光谱响应特性和电压光谱响应特性都简称为光电探测器的光谱响应特性。显然，由于两者具有不同的量纲，在具体计算时应该区别对待。
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工程光学实验指导书 实验三 光电探测器直流特性测试
图3.1 光谱响应曲线
通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐照下，探测器输出的电信号。然而，由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在测量时应该确定单色辐射功率P(λ)。
??RhC/(e?)
式中，C为真空中的光速，λ为入射光波长，e为电子电荷量，h为普朗克常数，响应度R定义为单位入射光功率作用到探测器后，在外电路产生的电流IP与入射光功率P的比值。
R?Ip/P
不同材料半导体探测器，对不同波长的入射光有不同的吸收系数，从而在规定的反向偏压下，不同波长的恒定功率入射光，可能产生不同的响应度。波长与响应度的关系，即为光谱响应特性曲线，定义该曲线相应于峰值的10％处对应两个波长之间的间隔为光谱响应范围。
光探测器的暗电流为无光照入射时由光探测器自身热噪声所引起的光电流，记为Id。
五、实验步骤
本实验测试PIN光电探测器的暗电流与光谱响应曲线。实验测试系统框图如下图： 电流表 电 光 单 + 源 色 源 光电探测器 直流电压源 仪
R -
图3.2 光电探测器光谱特性测试框图
1、将光源安装在S1狭缝，将PIN光电探测器安装在S2狭缝。开启直流电源，给PIN光电探测器加-5V的电压，记录电流表的读数，即为光电探测器的暗电流。
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工程光学实验指导书 实验三 光电探测器直流特性测试 2、开启光源、光栅光谱仪电源，光源电源电压调至8V，光谱仪转换开关拨至“光电倍增管”位置，启动工作软件，从工作界面上电机“检索”，在对话框中输入待检索的波长700，此时光谱仪自动搜索，输出光束波长为700nm。
3、调整S1和S2狭缝宽度，使电流表有适当读数。
4、保持S1和S2宽度不变，将“工作范围”栏内的“起始波长”设置为400，“终止波长”设置为850，点击“单程”，则光谱仪从400nm到850nm进行扫描，在扫描过程中注意探测器输出电流的变化，尤其注意峰值电流的位置。
5、从工作界面上点击“检索”，在对话框中输入待检索波长400，测试光谱仪自动检索，输出波长为400nm，读取电流表读数IP（λi）
6、重复步骤5，每隔50nm读取一次电力表读数，直到850。
7、将上述电流和对应光功率填入下表3.1中，计算探测器的响应度。
表3.1 电流、光功率对应表
入射光波长λ（nm） 探测器输出电流（μA） 光谱功率P（λ） 探测器响应度α1（λ） 六、思考题
1、绘制光谱响应曲线。
2、分析实验结果，确定硅光电探测器的峰值响应波长。
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