K,=100×300，R，为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz调制频率下，R,=900V /W 。然后在相同的光功率P2）下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压V(2)，从而得到光电二极管的光谱相应度R(a)== (2)/K,(1-4)P(a)~V,(a)/R,K,式中K,为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里K=150×300。1.5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。1.6实验步骤1.打开光源开关，调整光源位置，使灯丝通过聚光镜成像在单色仪入射狭缝S，上，S,的缝宽调整在0.2mm。把出射狭缝S,开到1mm左右，人眼通过S,能看到与波长读数相应的光，然后逐渐关小S,，最后开到S,=0.2mm。注意：狭缝开大时不能超过3mm，关小时不能超过零位，否则将损坏仪器！2.在光路中靠近S的位置放入调制器，并接通电机电源。3.把热释电器件光敏面对准出射狭缝S，，并连接好放大器和毫伏表，然后为探测器加上电池电压+12V。。4.转动光谱手轮，记下探测器的入射波长及毫伏表上相应波长的输出电压值，并填入表1-1。5.用光电二极管换下热释电器件，给光电二极管加上+12V电压，重复步骤4，将数据记入表1-1
=100 300 Kf × ， Rf 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的 25Hz 调制频率下， =900 / R VW f 。 然后在相同的光功率 P( ) λ 下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压 ( ) Vb λ ，从而得到光电二极管的光谱相应度 ( ) ( ) ( ) () () b b f ff V V K R P V RK λ λ λ λ λ = = (1-4) 式中 Kb为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里 =150 300 Kb × 。 1.5 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。 1.6 实验步骤 1. 打开光源开关，调整光源位置，使灯丝通过聚光镜成像在单色仪入射狭缝 1 S 上, 1 S 的缝宽调整在 0.2mm。把出射狭缝 2 S 开到 1mm 左右，人眼通过 2 S 能看到与波长读数 相应的光，然后逐渐关小 2 S ，最后开到 S2=0.2mm 。 注意：狭缝开大时不能超过 3mm，关小时不能超过零位，否则将损坏仪器! 2. 在光路中靠近 1 S 的位置放入调制器，并接通电机电源。 3. 把热释电器件光敏面对准出射狭缝 2 S ，并连接好放大器和毫伏表，然后为探测 器加上电池电压+12V0。 4. 转动光谱手轮，记下探测器的入射波长及毫伏表上相应波长的输出电压值，并填 入表 1-1。 5. 用光电二极管换下热释电器件，给光电二极管加上+12V 电压，重复步骤 4，将 数据记入表 1-1
表1-1光谱响应测试实验数据用热释电时毫硅光电二极管入射光波长光谱功率伏表输出经放大后输出响应度R(2)a/μmP(a)V,V.0.51.21.7注意事项在实验过程中，光路的对准很重要，直接影响到测试结果。1.首先确认单色仪狭缝，根据要求将狭缝调整到适当大小。2．将光源置于入射狭缝一侧并点亮，调整与狭缝的距离，使其光聚于入射狭缝。此时将单色仪的波长调至可见光范围，在出射狭缝处可见到单色的光。3.将任一探测器置于出射狭缝的位置，尽量贴近狭缝。4.将各组件的连接线与“选频放大器和调制盘驱动器”的相应端口相连，打开“选频放大器和调制盘驱动器”的电源，用示波器观察输出信号，应能在示波器的屏幕上看到f=25Hz的正弦波。5.调整光路，使输出波形达到最大（此时单色仪的波长读数调在红光附近），至此，测试前的准备工作完成，注意保证光路在整个测试过程中的稳定性。6.将单色仪的输出波长调至测试范围的一个极限值，然后连续缓缓调整其输出波长，同时注意观察示波器显示的波形，对波峰波谷值波长等较重要的数据做到心中有数，以防漏测。7.再次将单色仪的输出波长调至测试范围的一个极限值，根据要求将测得的数据记入表格中，以备撰写实验报告使用。测试时注意波长间隔不宜太大，并防止将关键点漏测。8.换另一探测器，改变波长读数，在与上一探测器相应的波长点进行测试。注意保证光路在两次测试中的一致性。9.两个探测器在经过选频放大后的输出应在几百毫伏左右，如输出比较小，则说明光路对准有误，要及时调整
表 1-1 光谱响应测试实验数据 入射光波长 λ m/ m 用热释电时毫 伏表输出 Vf 硅光电二极管 经放大后输出 Vb 光谱功率 P( ) λ 响应度 R( ) λ 0.5 1.2 1.7 注意事项 在实验过程中，光路的对准很重要，直接影响到测试结果。 1．首先确认单色仪狭缝，根据要求将狭缝调整到适当大小。 2．将光源置于入射狭缝一侧并点亮，调整与狭缝的距离，使其光聚于入射狭缝。 此时将单色仪的波长调至可见光范围，在出射狭缝处可见到单色的光。 3．将任一探测器置于出射狭缝的位置，尽量贴近狭缝。 4．将各组件的连接线与“选频放大器和调制盘驱动器”的相应端口相连，打开“选 频放大器和调制盘驱动器”的电源，用示波器观察输出信号，应能在示波器的屏幕上看 到 f=25Hz 的正弦波。 5．调整光路，使输出波形达到最大(此时单色仪的波长读数调在红光附近)，至此， 测试前的准备工作完成，注意保证光路在整个测试过程中的稳定性。 6．将单色仪的输出波长调至测试范围的一个极限值，然后连续缓缓调整其输出波 长，同时注意观察示波器显示的波形，对波峰波谷值波长等较重要的数据做到心中有数， 以防漏测。 7．再次将单色仪的输出波长调至测试范围的一个极限值，根据要求将测得的数据 记入表格中，以备撰写实验报告使用。测试时注意波长间隔不宜太大，并防止将关键点 漏测。 8．换另一探测器，改变波长读数，在与上一探测器相应的波长点进行测试。注意 保证光路在两次测试中的一致性。 9．两个探测器在经过选频放大后的输出应在几百毫伏左右，如输出比较小，则说 明光路对准有误，要及时调整
实验2光电探测器响应时间测试实验2.1引言通常，光电探测器输出的电信号相对于输入的光信号发生沿时间上的扩展，即在输出的电信号要落后于作用在其上的光信号。扩展的程序可由响应时间来描述。光电探测器的这种响应落后于作用信号的特性称为情性。由于情性的存在，会使先后作用的信号在输出端相互交叠，从而降低了信号的调制度。如果探测器观测的是随时间快速变化的物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。因此，深入了解探测器的时间响应特性是十分必要的。2.2实验目的1.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；2.掌握发光二极管的电流调制法；3.熟悉测量光电探测器响应时间的方法。2.3实验内容1.利用探测器的脉冲响应特性测量响应时间；2.利用探测器的幅频特性确定其响应时间。2.4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：如用阶跌信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的(1-e-)（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e-（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[1-exp(-tt,)]，衰减响应函数为exp(-t/t2)，则根据第一种定义，起始弛豫时间为t，衰减弛豫时间为t2。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
实验 2 光电探测器响应时间测试实验 2.1 引言 通常，光电探测器输出的电信号相对于输入的光信号发生沿时间上的扩展，即在输 出的电信号要落后于作用在其上的光信号。扩展的程序可由响应时间来描述。光电探测 器的这种响应落后于作用信号的特性称为惰性。由于惰性的存在，会使先后作用的信号 在输出端相互交叠，从而降低了信号的调制度。如果探测器观测的是随时间快速变化的 物理量，则由于惰性的影响会造成输出严重畸变。因此，深入了解探测器的时间响应特 性是十分必要的。 2.2 实验目的 1. 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； 2. 掌握发光二极管的电流调制法； 3. 熟悉测量光电探测器响应时间的方法。 2.3 实验内容 1. 利用探测器的脉冲响应特性测量响应时间； 2. 利用探测器的幅频特性确定其响应时间。 2.4 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 1 (1 ) e− − (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 1 e− (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 1 [1 exp( )] − −t t ，衰减响 应函数为 2 exp( ) −t t ，则根据第一种定义，起始弛豫时间为 1 τ ，衰减弛豫时间为 2 τ 。 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δ 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性具有如下形式。1(2-1)A(0)=(1+0*t*)/2式中，A(の)表示归一化后的幅频特性；=2元为调制圆频率；了为调制频率；T为响应时间。在实验中可以测得探测器的输出电压VIQ)为Vo(2-2)V(o)=(1+0t)/2式中V.为探测器在入射光调制频率为零时的输出电压。这样，如果测得调制频率为f时的输出信号电压V和调制频率为f,时的输出信号电压V，就可由下式确定响应时间V2-V?1(2-3)T=2元V(Vf2) -(V)2为减小误差，V与V,的取值应相差10%以上。由于许多光电探测器的幅频特性都可由式(2-1)描述，人们为了更方便地表示这种特性，引出截止频率f。。它的定义是当输出信号功率降至超低频一半时，即信号电压降至超低频信号电压的70.7%时的调制频率。故f。频率点又称为三分贝点或拐点。由式(2-1)可知1(2-4)f。=2元T实际上，用截止频率描述时间特性是由式(2-1)定义的t参数的另一种形式。在实际测量中，对入射辐射调制的方式可以是内调制，也可以是外调制。外调制是用机械调制盘在光源外进行调制，因这种方法在使用时需要采取稳频措施，而且很难达到很高的调制频率，因此不适用于响应速度很快的光子探测器，所以具有很大的局限性。内调制通常采用快速响应的电致发光元件作辐射源。采取电调制的方法可以克服机械调制的不足，得到稳定度高的快速调制。2.5实验仪器在本实验箱中，提供了需测试两种光电器件：峰值波长为880nm的光电二极管和可见光波段的光敏电阻。光源均为调制光，峰值波长为900nm的红外发光管发出脉冲调制光，可见光（红）发光管发出正弦调制光
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 电探测器的幅频特性具有如下形式。 2 2 12 1 ( ) (1 ) A ω ω τ = + (2-1) 式中， A( ) ω 表示归一化后的幅频特性；ω π = 2 f 为调制圆频率； f 为调制频率；τ 为响应时间。 在实验中可以测得探测器的输出电压 VIω)为 0 2 2 12 ( ) (1 ) V V ω ω τ = + (2-2) 式中V0为探测器在入射光调制频率为零时的输出电压。这样，如果测得调制频率为 1f 时 的输出信号电压V1和调制频率为 2f 时的输出信号电压V2，就可由下式确定响应时间 2 2 1 2 2 2 2 2 11 1 2 ( )( ) V V Vf Vf τ π − = − (2-3) 为减小误差，V1与V2的取值应相差 10%以上。 由于许多光电探测器的幅频特性都可由式(2-1)描述，人们为了更方便地表示这种特 性，引出截止频率 ef 。它的定义是当输出信号功率降至超低频一半时，即信号电压降至 超低频信号电压的 70.7%时的调制频率。故 ef 频率点又称为三分贝点或拐点。由式(2-1) 可知 1 2 of πτ = (2-4) 实际上，用截止频率描述时间特性是由式(2-1)定义的τ 参数的另一种形式。 在实际测量中，对入射辐射调制的方式可以是内调制，也可以是外调制。外调制是 用机械调制盘在光源外进行调制，因这种方法在使用时需要采取稳频措施，而且很难达 到很高的调制频率，因此不适用于响应速度很快的光子探测器，所以具有很大的局限性。 内调制通常采用快速响应的电致发光元件作辐射源。采取电调制的方法可以克服机械调 制的不足，得到稳定度高的快速调制。 2.5 实验仪器 在本实验箱中，提供了需测试两种光电器件：峰值波长为 880nm 的光电二极管和可 见光波段的光敏电阻。光源均为调制光，峰值波长为 900nm 的红外发光管发出脉冲调制 光，可见光（红）发光管发出正弦调制光
光电二极管的响应时间与其偏压与负载都有关系，所以，光电二极管的偏压与负载电阻都是可调的，偏压分5V、10V、15V三档，负载分100殿姆、1K殴姆、10K姆、50K姆和100K姆五档。根据需要，光源的驱动电源有脉冲和正弦波两种，并且频率在一定范围内可调。实验系统面板说明1.偏压---指加在光电二极管上的电压，三档可选。2.负载电阻一指光电二极管的负载电阻，五档可选。3.波形选择一对加在光源上的调制波形的选择，分为正弦波和脉冲波两种。4.频率调节一指调制波的频率调节旋钮，分为正弦波和脉冲波两种。5.探测器选择一对被测光电器件的选择，分别为光敏电阻和光电二极管。6.光源一指加在光源上的调制波形，分别为正弦波和脉冲波。7.输出一指被测光电器件的输出测试端，分别为光敏电阻和光电二极管。8.特别说明一光电测器选择为光电二极管时，波形选择只能选择脉冲波形。偏压和负载电阻选择对光敏电阻无效。2.6实验内容脉冲法测量光电二极管的响应时间1.首先要将本实验箱面板上“偏压”和“负载”分别选通一组。2.将“波形选择”开关拨至脉冲档，“探测器选择”开关拨至光电二极管挡，此时由“输入波形”的二极管处应可观测到方波，由“输出”处引出的输出线（红线）即可得到光电二极管的输出波形，其频率可通过“频率调节”处的方波旋钮来调节。此时调制光的频率可调至适当频率（比如200Hz，频率太低时用普通示波器观测波形时不易测试，频率太高时会影响对响应时间测试的精度）。3.调节示波器的扫描时间和触发同步，使光电二极管对光脉冲的响应在示波器上得到清晰的显示。4.选定负载为10kQ，改变其偏压。观察并记录在零偏(不选偏压即可)及不同反偏下光电二极管的响应时间，并填入表2-1。表2-1硅光电二极管的响应时间与偏置电压的关系0512偏置电压E/V15响应时间t,/s5.在反向偏压为15V时，改变探测器的偏置电阻，观察探测器在不同偏置电阻时
光电二极管的响应时间与其偏压与负载都有关系，所以，光电二极管的偏压与负载 电阻都是可调的，偏压分 5V、10V、15V 三档，负载分 100 殴姆、1K 殴姆、10K 殴姆、 50K 殴姆和 100K 殴姆五档。根据需要，光源的驱动电源有脉冲和正弦波两种，并且频 率在一定范围内可调。 实验系统面板说明 1. 偏压-指加在光电二极管上的电压，三档可选。 2. 负载电阻—指光电二极管的负载电阻，五档可选。 3. 波形选择—对加在光源上的调制波形的选择，分为正弦波和脉冲波两种。 4. 频率调节—指调制波的频率调节旋钮，分为正弦波和脉冲波两种。 5. 探测器选择—对被测光电器件的选择，分别为光敏电阻和光电二极管。 6. 光源—指加在光源上的调制波形，分别为正弦波和脉冲波。 7. 输出—指被测光电器件的输出测试端，分别为光敏电阻和光电二极管。 8. 特别说明—光电测器选择为光电二极管时，波形选择只能选择脉冲波形。 偏压和负载电阻选择对光敏电阻无效。 2.6 实验内容 脉冲法测量光电二极管的响应时间 1. 首先要将本实验箱面板上“偏压”和“负载”分别选通一组。 2. 将“波形选择”开关拨至脉冲档，“探测器选择”开关拨至光电二极管挡，此时 由“输入波形”的二极管处应可观测到方波，由“输出”处引出的输出线(红线) 即可得到光电二极管的输出波形，其频率可通过“频率调节”处的方波旋钮来 调节。此时调制光的频率可调至适当频率(比如 200Hz，频率太低时用普通示波 器观测波形时不易测试，频率太高时会影响对响应时间测试的精度)。 3. 调节示波器的扫描时间和触发同步，使光电二极管对光脉冲的响应在示波器上 得到清晰的显示。 4. 选定负载为 10 kΩ，改变其偏压。观察并记录在零偏(不选偏压即可)及不同反偏 下光电二极管的响应时间，并填入表 2-1。 表 2-1 硅光电二极管的响应时间与偏置电压的关系 偏置电压 E V/ 0 5 12 15 响应时间 / rt s 5. 在反向偏压为 15V 时，改变探测器的偏置电阻，观察探测器在不同偏置电阻时