光电特性测试综合实验系统实验指导书

FOE-602型光电特性测试综合实验系统实验指导书北京方式科技有限责任公司2007.8II目录第一部分光栅单色仪程序安装指南.............................................................................................1一、串口控件安装..................................................................................................................1二、测试程序的安装和使用..................................................................................................5三、软件使用注意事项..........................................................................................................8第二部分探测器光电特性测试.....................................................................................................9实验一光敏电阻基本特性的测试........................................................................................9实验二硅光电池基本特性的测试......................................................................................15实验三硅光电二极管和硅光电三极管特性测试...............................................................22实验四快速光电二极管特性测试实验...............................................................................29实验五光电倍增管特性测实验..........................................................................................34实验六雪崩光电二极管特性测试实验...............................................................................39第三部分光源特性测试...............................................................................................................45实验一发光二极管（LED）特性测试实验......................................................................45实验二激光二极管的特性测试实验...................................................................................50第一部分光栅单色仪程序安装指南一、串口控件安装1.1Windows环境下串口控件安装1、安装步骤（1）、打开计算机电源，进入Windows系统，待启动完成后，将串口线的一头连接到电脑后面的对应接口上，另外一头连接到主机箱的串口线接口上，并分别将两个接头的螺丝拧紧。（2）、将光盘放入光驱，把光盘目录下“\\串口控件安装\\Mscomm32.ocx,Mscomm32.dep”这两个文件拷贝到“Windows”的“system”目录下（注意WinNT下是“System32”）。具体步骤如下：1.按住鼠标左键将这两个文件选中，然后点击鼠标右键点击“复制”，具体如下图：2.打开我的电脑，然后打开“C：”盘，在“C：”盘子目录下可以看到“Windows”目录，具体如下图：2双击将其打开，可以看到“system”目录（注意WinNT下是“System32”目录），具体如下图：同样在“system”目录（注意WinNT下是“System32”目录）上双击打开，然后在空3白处点击鼠标右键，会看到“粘贴”，如下图：点击“粘贴”就可以将我们开始复制的两个文件粘贴到此目录下面（如果没有复制那两个文件，粘贴按钮是灰色的不可以使用，必须先复制那两个文件才可以使用“粘贴”），具体如下图：4复制完成后可以关闭此窗口（3）、单击电脑主界面左下角的“开始”，你会看到“运行”，具体如下：然后点击“运行”，出现如下界面：然后在“打开（0）：”后面的框里面输入“Regsvr32c:\windows\system\Mscomm32.ocx”5然后点击“确定”，出现如下界面（说明控件安装成功）：二、测试程序的安装和使用该软件是在串口控件安装以后使用的。2.1程序的安装此程序是绿色程序，无须安装，只要你点击安装盘中的“单色仪程序”文件即可看到“FOE-602光电测试程序.exe”文件，具体如下：6然后双击即可运行，主程序界面如下：2.2程序的使用1、主机刚一上电，主机箱上的就绪灯会亮的（说明一切运行正常），接着才可以做“调7零”和“测试”工作。2、选择所测试的元器件对象（在探测器或在光源的下拉框中选择）——开始测试（此时测试灯会亮，并会有提示“测试中，请等待的”字样）——停止灯先亮起（并会有“测试结束”的字样）一会儿停止灯熄灭，就序灯亮，测试完全结束，可以按“显示”来显示测试曲线。3、学生通过测试曲线来找出相应的探测器或光源的特征值，并把读出的数据输入图形右侧相应的框内，再输入文件名后保存数据（数据保存在C：\数据保存中）。4、当你要查询时，可点击“查询”按钮在上述路径中查询，调出相应的曲线和特征参数。8三、软件使用注意事项1、在保存之前先在C：\数据保存路径下建“数据保存”文件夹，这样就可以把具体参数保存到该文件夹下面了。然后可以通过“查询”来查询你已测试过的曲线图，也可直接到该路径下查找具体的数据和特征参数。2、“调零”按扭一般在整个测试过程中不用。该按钮主要用于由于电机的前后运转而造成测试中大的误差产生时（此时电机测试的初始位置已经有略微的变化了），可用该按钮。或者用于突然停电、运行中程序的问题而不能回到测试原点时可用该按钮。调零基本要用10分钟时间，请耐心等待！调零结束，就绪灯亮起。3、如果当您正确连接串口设备后，主机箱上的就绪灯也亮了，单色仪没有任何反应，有可能您的串口出现了问题。请进入系统[控制面板]窗口，双击[系统]图标，弹出[系统特性]对话框，在对话框中单击[硬件]标签页，然后单击[设备管理器]按钮，进入[设备管理器]窗口，检查是否是串口驱动出现了问题，请试着安装串口驱动程序，或向硬件供应商求助。4、用户通过查询可以查看我们测试的结果，可供你们参考。在测试参考文件夹当中。9第二部分探测器光电特性测试实验一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。【实验目的】1、了解简单光路的调整原则和方法（适用于白光光源）；2、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；3、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；4、在一定照度下，测量光敏电阻的伏安特性；5、掌握光敏电阻的三种典型偏置工作电路；6、了解光敏电阻的其它基本特性：光电灵敏度、前历效应、频率特性和温度特性；【实验原理】光敏的电阻的结构是：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：10【实验仪器】二维可调半导体激光器、白光光源、凸透镜（F=+60mm、F=+100mm）、2个偏振片、光敏电阻探测器附件、数字万用表、白屏、圆孔屏、WDG15-Z光栅单色仪。【实验内容】一、调节各元件共轴等高1、粗调：在实验平台上依次放置白光光源、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、实验前请确认系统操作面板的所有按钮都处于“弹起”位置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“电源模块”（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（探测器）”；11c、数字万用表的表笔接入“光谱特性模块”的“D+”和“D-”端，可以显示此时“Vcc”的输出值；（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“－”）插入实验系统中探测器电特性测试模块的信号输入端“In+D”和“In-D”，如下图所示；（4）逆时针旋转“RL值调节”旋钮至最大，依次按下探测器电特性测试模块下面的按钮“Vcc、RL、A、V”，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具有四档量程可调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：0～45V)提供;（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“RL值调节”旋钮一圈，在光敏电阻探测器和偏振片2之间放置挡光白板（挡光白板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为零，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dI和直流电压值LRU；b、移开挡光白板，旋转偏振片2，角度相对变化分别为30、60、90时，记录相应的电流表和电压表显示值分别为（1pI，1LRU）（2pI，2LRU）（3pI，3LRU）；因为：()LddRdbRgIUIUU，1ddRg12()LiRbRgIUIUU所以：pidggg，1pipiRg其中，ddgI、为暗电导和暗电流，ppgI、为亮电导和亮电流，gI、为光电导和光电流。若不考虑光敏电阻的暗电流，则ppggI、I；（2）光敏电阻的光电特性测试在一定电压下，光敏电阻的光电流与入射光照度（或光通量）的关系称为光敏电阻的光电特性，光电流与入射单色辐射通量之间的关系一般可表示为：()pgISV或()pgISVE式中，gS是光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关；V为外加电源电压；为入射光通量；E为入射光照度；为照度指数，1称直线性光电导（弱光照时），0