《半导体照明技术》实验指导书深圳大学光电工程学院2016年12月
《半导体照明技术》实验指导书 深圳大学光电工程学院 2016 年 12 月
半导体照明技术实验实验1光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。实验仪器：①光电综合实验平台主机系统1台；②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③焦距f=50mm的透镜及其支架1只：④发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；?狭缝及其夹持装置各1个：?像屏及其夹持装置各1个：①磁性表座4个；实验内容：1）棱镜对“白光”的分光特性；2）掌握分光光谱的分布规律：3）测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1）棱镜分光实验①认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC）电源上（注意其极性，红插头接VCC），使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）2007/1126图2.1-5棱镜对白光的分光实验装置
图 2.1-5 棱镜对白光的分光实验装置 半导体照明技术实验 实验 1 光源与光度辐射度参数的测量 实验目的： 通过用棱镜等器件对发白光的 LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电 综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。学习光本性的基本常识，巩固“光电 技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性； 通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实 验做技术准备。 实验仪器： ① 光电综合实验平台主机系统 1 台； ② 60°分光棱镜及其夹持装置各 1 个； ③ 焦距 f =50mm 的透镜及其支架 1 只； ④ 发白光的 LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各 1 个； ⑤ 狭缝及其夹持装置各 1 个； ⑥ 像屏及其夹持装置各 1 个； ⑦ 磁性表座 4 个； 实验内容： 1） 棱镜对“白光”的分光特性； 2） 掌握分光光谱的分布规律； 3） 测量远心照明光源在不同位置上的照度； 实验步聚： 1) 棱镜分光实验 ① 认识实验所用器件 从光电综合实验平台备件箱中取出如图 2.1-4 所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发 白光的 LED 远心照明光源、可调狭缝与像屏。 将这些器材按如图 2.1-5 所示的方式安装在光学 实验台上。打开实验平台上的电源开关，将远 心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电 源上（注意其极性，红插头接 VCC）,使 LED 光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插 入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白 光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）
分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L，观察像屏上彩条的变化。分析变化的原因。2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布（*此项内容不做*）将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。分析并记录色条的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。通过该实验要充分认识LED光源的光谱分布特性与光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习光栅光谱仪器奠定基础。3）发光二极管电流与亮度的关系从实验平台备件箱中取出各种单色LED发光管与通用实验装置，把LED发光二极管插入通用实验装置，构成LED光源，把照度计的探测头与LED光源相对按着如图2.1-7所示的结构安装在光学台上，将它们它们的引线和电流表按如图2.1-8所LED光源探测器示的电路连接成测量电路，在测量电路中调整电阻用50Q固定阻值电阻与1kQ电位器相连接，便于调整流过LED发光管的电流ILED。在发光二极管的供电电路中串入数字电流表，测量流过LED的电流ILEDo打开实验平台的电源开关，在图1-6测量LED照度的实验装置发光管未点亮时测出暗背景照度Evb；然后，通过串入发光二极管的1kQ电位器调节发光电流ILED，记录不同发光电流ILED下的光照度Ev，将其填入表2.1-1：改变LED与光电探测头间的距离，再重复进行上述实验，分析数据变化的原因。将LED与光电探测头间的距离L锁定，找出电流ILED与照度间E的关系。关机与结束：①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室
分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条 形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。分 析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。 若将 50mm 焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离 L， 与透镜与像屏之间的距离 L`，观察像屏上彩条的变化。分析变化的原因。 2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布（*此项内容不做*） 将图 2.1-6 所示的白光 LED 光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色 带变化。分析并记录色条的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。通过该实验要充分认 识 LED 光源的光谱分布特性与光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习光栅光谱仪器奠定 基础。 3）发光二极管电流与亮度的关系 从实验平台备件箱中取出各种单色 LED 发光管与通用实验装置，把 LED 发光二极管插 入通用实验装置，构成 LED 光源，把照度计的探测头与 LED 光源相对按着如图 2.1-7 所示 的结构安装在光学台上，将它们它 们的引线和电流表按如图 2.1-8 所 示的电路连接成测量电路，在测量 电路中调整电阻用 50Ω固定阻值 电阻与 1kΩ电位器相连接，便于 调整流过 LED 发光管的电流 ILED。 在发光二极管的供电电路中串入 数字电流表，测量流过 LED 的电 流 ILED。 打开实验平台的电源开关，在 发光管未点亮时测出暗背景照度 Evb；然后，通过串入发光二极管的 1kΩ电位器调节发光电流 ILED，记录不同发光电流 ILED 下的光照度 Ev，将其填入表 2.1-1；改变 LED 与光电探测头间的距离，再重复进行上述实验， 分析数据变化的原因。将 LED 与光电探测头间的距离 L 锁定，找出电流 ILED 与照度间 Ev 的关系。 关机与结束： ① 所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合 理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机； ② 将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱； ③ 将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室
实验2LED光谱特性的测试实验目的：LED灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度分布特性与光谱特性是人们普遍关心的重要特性，也是难于测量的特性。光源的光谱内含有丰富的信息，为此人们研制出各种光谱探测器进行物质化学成分的分析。安排这个实验有助于学生了解LED发出的光谱成分，并深入掌握光谱探测器的特性，更合理地运用它于分析不同光源的光谱。实验仪器：1）光电综合实验平台主机：2）发光光谱测试仪；3）发出不同颜色光的被测LED器件；实验内容：LED发光光谱特性既有别于LD（半导体激光器）又有别于钨丝灯等热辐射体的发光，它的单色性远不如LD，但是光谱范围是有限宽度的，具有较好的单色性，当然通过二次光致发光获得的“白光”LED的光谱较为丰富，但是仍然无法与钨丝灯等热辐射体的发光光谱相比。描述LED发光光谱特性的方法是测量它的光谱辐射带宽与功率分布。不同颜色与种类的LED发出的光谱辐射带宽与功率分布差异很大。在用LED构成大屏幕显示器应用领域为获得不同颜色的显示效果，必须对所用的LED器件进行光谱特性的测量，以便正确地配制出各种颜色的图案。实验步骤：（1）熟悉测量仪器LED光源光谱分布测量的实验要用到LED光谱分布测试仪，它的外形图如图12-1所示，其原理结构如图1.2-2所示。被测LED安装到LED光谱分布测量仪右侧的暗室内，它发出的光经过狭缝入射到反射光栅上，经反射分光后发出多色光带光谱，再经凹面反射镜汇聚到线阵CCD的像敏面上。CCD采集并输出载有LED光谱信息的信号电压，再经数据采集卡将其转换成数字信号送入计算机，在计算机软件的支持下形成的谱图显现在显示器上，其中的横坐标为以nm为计量单位的波长（入），纵轴为16位二进制数（0~65535）。被测LED光栅狭缝凹面镜CCD数据采集卡计算机与显示系统图1.2-2LED光谱仪原理框图图1.2-1LED光谱分布测试仪
图 1.2-2 LED 光谱仪原理框图 实验 2 LED 光谱特性的测试 实验目的： LED 灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度分布特性与光谱特性是人们 普遍关心的重要特性，也是难于测量的特性。光源的光谱内含有丰富的信息，为此人们研制 出各种光谱探测器进行物质化学成分的分析。安排这个实验有助于学生了解 LED 发出的光 谱成分，并深入掌握光谱探测器的特性，更合理地运用它于分析不同光源的光谱。 实验仪器： 1）光电综合实验平台主机； 2）发光光谱测试仪； 3）发出不同颜色光的被测 LED 器件； 实验内容： LED 发光光谱特性既有别于 LD（半导体激光器）又有别于钨丝灯等热辐射体的发光， 它的单色性远不如 LD，但是光谱范围是有限宽度的，具有较好的单色性，当然通过二次光 致发光获得的“白光”LED 的光谱较为丰富，但是仍然无法与钨丝灯等热辐射体的发光光 谱相比。描述 LED 发光光谱特性的方法是测量它的光谱辐射带宽与功率分布。不同颜色与 种类的 LED 发出的光谱辐射带宽与功率分布差异很大。在用 LED 构成大屏幕显示器应用领 域为获得不同颜色的显示效果，必须对所用的 LED 器件进行光谱特性的测量，以便正确地 配制出各种颜色的图案。 实验步骤： （1）熟悉测量仪器 LED 光源光谱分布测量的实验要用到 LED 光谱分布测试仪，它的外形图如图 1.2-1 所 示，其原理结构如图 1.2-2 所示。被测 LED 安装到 LED 光谱分布测量仪右侧的暗室内，它 发出的光经过狭缝入射到反射光栅上，经反射分光后发出多色光带光谱，再经凹面反射镜汇 聚到线阵 CCD 的像敏面上。CCD 采集并输出载有 LED 光谱信息的信号电压，再经数据采 集卡将其转换成数字信号送入计算机，在计算机软件的支持下形成的谱图显现在显示器上， 其中的横坐标为以 nm 为计量单位的波长（λ），纵轴为 16 位二进制数（0~65535）。 图 1.2-1 LED 光谱分布测试仪
光谱分布测试仪的右端是LED发外套LED灯座光管的安装机构，由如图1.2-3所示它定位围由LED灯座、固定套与外圈等三部分构成，将LED的两个电极插入2个插孔（注意标有白色标记的插孔插较长的正极）后，先将定位套套住LED，然后再将外套柠在LED灯座上，旋紧项图1.2-3LED灯安装结构图丝。再将LED灯柠到右边的可调狭缝上的螺纹口上（2）构成测量系统实验时，先将LED光谱分布测试仪用USB连接线与计算机的USB端口（光电综合实验平台的USB接入端口）相连接，再将电源线插到AC220V电源板上，如果只测量LED的光谱，则先将仪器右侧的LED安装装置下，将被测的LED插入管座，再将其拧在一起，将直流电源连接线接入仪器右侧的电源插口中便完成了测量系统的安装。（3）开机与测量开机时，先开光谱仪的电源，然后再启动计算机，查看是否安装了测量软件？若没有安装，请按光谱仪软件安装说明书提示的步骤安装软件，软件安装后，可以直接执行光谱采集软件，弹出光谱分布测量程序界面，界面的上层菜单为基本操作控制主菜单，它与通用“word”文档内容相同，而最下边一行的菜单为操作菜单，其中“打开”与“保存”菜单是对文档进行打开与保存的操作，“打开”已经保存的文档与“保存”现在正在执行的结果文档：“曲线”菜单是将CCD采集到的光谱信号以波形曲线方式显示在界面上；“数据”菜单是将CCD采集到的数据按一定的数据格式显示在界面上；“连续”菜单是执行菜单，点击“连续”菜单，在计算机显示屏上将显示出如图1.2-4所示的黄色LED发出光谱的分布曲系烤油室品品品品F-1951AR4O09OZown图1.2-4黄色LED的光谱分布
图 1.2-4 黄色 LED 的光谱分布 图 1.2-3 LED 灯安装结构图 光谱分布测试仪的右端是 LED 发 光管的安装机构，由如图 1.2-3 所示它 由 LED 灯座、固定套与外圈等三部分 构成，将 LED 的两个电极插入 2 个插 孔（注意标有白色标记的插孔插较长的 正极）后，先将定位套套住 LED，然 后再将外套拧在 LED 灯座上，旋紧顶 丝。 再将 LED 灯拧到右边的可调狭缝上的螺纹口上。 （2）构成测量系统 实验时，先将 LED 光谱分布测试仪 用 USB 连接线与计算机的 USB 端口（光电综合实验平台的 USB 接入端口）相连接，再将 电源线插到 AC220V 电源板上，如果只测量 LED 的光谱，则先将仪器右侧的 LED 安装装置 拧下，将被测的 LED 插入管座，再将其拧在一起，将直流电源连接线接入仪器右侧的电源 插口中便完成了测量系统的安装。 （3）开机与测量 开机时，先开光谱仪的电源，然后再启动计算机，查看是否安装了测量软件？若没有安 装，请按光谱仪软件安装说明书提示的步骤安装软件，软件安装后，可以直接执行光谱采集 软件，弹出光谱分布测量程序界面，界面的上层菜单为基本操作控制主菜单，它与通用 “word”文档内容相同，而最下边一行的菜单为操作菜单，其中“打开”与“保存”菜单 是对文档进行打开与保存的操作，“打开”已经保存的文档与“保存”现在正在执行的结果 文档；“曲线”菜单是将 CCD 采集到的光谱信号以波形曲线方式显示在界面上；“数据”菜 单是将 CCD 采集到的数据按一定的数据格式显示在界面上；“连续”菜单是执行菜单，点 击“连续”菜单，在计算机显示屏上将显示出如图 1.2-4 所示的黄色 LED 发出光谱的分布曲