光电探测器特性测量实验报告.docx

实验1光电探测器光谱响应特性实验实验目的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.熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。实验内容用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线；用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。实验原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度定义为在波长为的单位入射辐射功率的照射下光电探测器输出的信号电压用公式表示则为(1-1)而光电探测器在波长为的单位入射辐射功率的作用下其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度用下式表示(1-2)式中为波长为时的入射光功率；为光电探测器在入射光功率作用下的输出信号电压；则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见和均可以用表示。但在具体计算时应区分和显然二者具有不同的单位。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来得到不同波长的单色辐射然后测量在各种波长的辐射照射下光电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相对测量中要确定单色辐射功率需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光谱响应度为的探测器为基准用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）可得单色辐射功率再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光得到单色光功率这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器测得入射时的输出电压为。若用表示热释电探测器的响应度则显然有(1-3)这里为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘织即总的放大倍数。在本实验中为热释电探测器的响应度实验中在所用的25Hz调制频率下。然后在相同的光功率下用硅光电二极管测量相应的单色光得到输出电压从而得到光电二极管的光谱相应度(1-4)式中为硅光电二极管测量时总的放大倍数这里。实验仪器单色仪、热释电探测器组件、光电二极管探测器组件、选频放大器、光源。实验数据光谱响应测试实验数据入射光波长用热释电时毫伏表输出硅光电二极管经放大后输出光谱功率响应度0.501841600.00680.5230.551841800.00680.5880.601802400.00670.7970.651883000.00700.9520.701963400.00731.0370.751862800.00690.9030.801782200.00660.7410.851821800.00670.5980.901721800.00630.6360.951901800.00700.5711.001881800.00700.5711.051761800.00650.616光谱响应测试实验曲线实验2光电探测器响应时间测试实验实验目的了解光电探测器的响应度与信号光的波长、调制频率的关系；掌握发光二极管的电流调制法；熟悉测量光电探测器响应时间的方法。实验内容利用探测器的脉冲响应特性测量响应时间；利用探测器的幅频特性确定其响应时间。实验原理表示时间响应特性的方法主要有两种一种是脉冲响应特性法另一种是隔频特性法。脉冲响应响应落后于作用信号的现象称为弛豫。对于信号开始作用时的弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。弛豫时间的具体定义如下：如用阶跃信号作用于器件则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的(即63%)时所需的时间；衰减弛豫定义为信号撤去后探测器的响应下降到稳定值的(即37%)所需的时间。这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。另一种定义弛豫时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。这种定义多用于响应速度很快的器件如光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增管等。若光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为衰减响应函数为则根据第一种定义起始弛豫时间为衰减弛豫时间为。此外如果测出了光电探测器的单位冲激响应函数则可直接用其半值宽度来表示时间特性。为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源即函数光源可以采用脉冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。在通常测试中更方便的是采用具有单位阶跃函数形式亮度分布的光源。从而得到单位阶跃响应函数进而确定响应时间。幅频特性由于光电探测器惰性的存在使得其响应度不仅与入射辐射的波长有关而且还是入射辐射调制频率的函数。这种函数关系还与入射光强信号的波形有关。通常定义光电探测器对正弦光信号的响应幅值同调制频率间的关系为它的幅频特性。许多光电探测器的幅频特