光电探测器特性测量实验实验讲义
光电探测器特性测量实验 实 验 讲 义
前言光电探测器件是光电系统核心组成部件之一。频谱特性、时间特性、电特性都是光电探测器的重要参数。了解和掌握这些重要参数的概念、特性和测试方法是光电专业本科生必备的专业知识。涵盖常用的光电探测器，种类齐全，内容丰富。本实验是光电检测相关课程的基础实验
前 言 光电探测器件是光电系统核心组成部件之一。频谱特性、时间特性、 电特性都是光电探测器的重要参数。了解和掌握这些重要参数的概念、特 性和测试方法是光电专业本科生必备的专业知识。涵盖常用的光电探测器， 种类齐全，内容丰富。本实验是光电检测相关课程的基础实验
目录实验1光电探测器光谱响应特性实验1.1 引言1.2实验目的.11.3实验内容..1.4实验原理...1.5实验仪器..21.6实验步骤..31.7注意事项.V实验2光电探测器响应时间测试实验52.1引言..52.2实验目的2.3实验内容....52.4实验原理...52.5实验仪器....62.6实验内容
目 录 实验 1 光电探测器光谱响应特性实验. 1 1.1 引言. 1 1.2 实验目的. 1 1.3 实验内容. 1 1.4 实验原理. 1 1.5 实验仪器. 3 1.6 实验步骤. 3 1.7 注意事项. 4 实验 2 光电探测器响应时间测试实验. 5 2.1 引言. 5 2.2 实验目的. 5 2.3 实验内容. 5 2.4 实验原理. 5 2.5 实验仪器. 6 2.6 实验内容. 7
实验1光电探测器光谱响应特性实验1.1引言光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。1.2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。1.3实验内容1.用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线：2.用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。1.4实验原理1(A)光子操薄器热探测器A图1-1典型光电探避器的光谱响应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R(2)定义为在波长为入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R(a)=V(a)(1-1)P(a)而光电探测器在波长为入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(a)(1-2)R(a)=P(a)
实验 1 光电探测器光谱响应特性实验 1.1 引言 光谱响应度是光电探测器的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入 射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显 的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的 电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器 和热探测器的光谱响应曲线如图 1-1 所示。 1.2 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。 1.3 实验内容 1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线； 2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 1.4 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 ( ) Rv λ 定义 为在波长为λ 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 ( ) ( ) ( ) v V R P λ λ λ = (1-1) 而光电探测器在波长为λ 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 ( ) ( ) ( ) i I R P λ λ λ = (1-2)
式中，P()为波长为a时的入射光功率：V(a)为光电探测器在入射光功率P(a)作用下的输出信号电压；I(a)则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见，R（a)和R(a)均可以用R(a)表示。但在具体计算时应区分R(2)和R(a)，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V(2）。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P(2)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R(2)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)V,(a)可得单色辐射功率P(a)=V,()R(2)，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。本实验采用下图所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率P(2)。光潮电源调制盘手轮工光檬单色仪电机梯测器前置放大电调示故器带通放大器毫伏表图1-2光谱应测试装暨图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P(2)入射时的输出电压为V（元）。若用R，表示热释电探测器的响应度，则显然有P(a)=V(a)(1-3)R,K,这里K，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
式中，P( ) λ 为波长为λ 时的入射光功率；V ( ) λ 为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 则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见， ( ) Rv λ 和 ( ) Ri λ 均可以用 R( ) λ 表示。但在具体计算时应区分 ( ) Rv λ 和 ( ) Ri λ ，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 V ( ) λ 。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 P( ) λ 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 ( ) Rf λ 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） ( ) Vf λ 可得单色辐射功率 ( )= ( ) ( ) PVR λ λλ f ，再通过(1-1) 式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用下图所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功 率 P( ) λ 。 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 P( ) λ 入射时的输出 电压为 ( ) Vf λ 。若用 Rf 表示热释电探测器的响应度，则显然有 ( ) ( ) f f f V P R K λ λ = (1-3) 这里 Kf 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