《光电子技术》实验指导书刘瑞友、陈丹妮、李庆青、葛小刚等校正修订深圳大学光电工程学院2016年12月
1 《光电子技术》实验指导书 刘瑞友、陈丹妮、李庆青、葛小刚等 校正修订 深圳大学光电工程学院 2016 年 12 月
目录《光电子技术》实验指导书光电子技术实验概述1.平台主机的结构2.平台主机的主要性能参数实验一光敏电阻伏安特性实验.1.实验目的：2.实验仪器：3.实验原理：4.实验内容：5.实验步骤：实验二光敏电阻时间响应特性实验111.实验目的：112.实验仪器：11113.时间响应特性测量原理124.时间响应的测量实验步骤，5.关机与结束：14实验三光电二极管的特性参数及其测量151.实验目的：15152.实验仪器：3.基本原理：15154.实验内容：165.实验步骤：6.关机与结束：20实验四 光电池的偏置电路与特性参数测量实验21211.实验目的2.实验内容.213.实验仪器.214.实验原理,21225.实验步骤6.关机与结束：.25实验五测量光电三极管的特性参数实验.261.实验目的：.262.实验仪器：.263.实验内容：.264.实验原理.265.实验步骤.27306.讨论：7.关机与结束：.302
2 目 录 《光电子技术》实验指导书.1 光电子技术实验概述.3 1. 平台主机的结构.3 2. 平台主机的主要性能参数.4 实验一 光敏电阻伏安特性实验.5 1. 实验目的：.5 2. 实验仪器：.5 3. 实验原理：.5 4. 实验内容：.5 5. 实验步骤：.5 实验二 光敏电阻时间响应特性实验.11 1. 实验目的：.11 2. 实验仪器：.11 3. 时间响应特性测量原理.11 4. 时间响应的测量实验步骤.12 5. 关机与结束：.14 实验三 光电二极管的特性参数及其测量.15 1. 实验目的：.15 2. 实验仪器：.15 3. 基本原理：.15 4. 实验内容：.15 5. 实验步骤：.16 6. 关机与结束：.20 实验四 光电池的偏置电路与特性参数测量实验.21 1. 实验目的.21 2. 实验内容.21 3. 实验仪器.21 4. 实验原理.21 5. 实验步骤.22 6. 关机与结束：.25 实验五 测量光电三极管的特性参数实验.26 1. 实验目的：.26 2. 实验仪器：.26 3. 实验内容：.26 4. 实验原理.26 5. 实验步骤.27 6. 讨论：.30 7. 关机与结束：.30
光电子技术实验概述光电技术或称光电信息技术属于跨学科的综合技术，所包含的内容及其丰富，涵盖“现代光学”、“光电转换技术”、“光电探测与光电传感器件”、“光电子技术”、“光电测试技术”和“光通信技术”等内容。我们所修订改编的光电子技术综合实验指导书，主要是针对本院的《光电子学》、《光电子技术》两门专业课程实验，配合光电综合实验平台进行讲述。光电综合实验平台使用说明与介绍1.平台主机的结构光电综合实验平台主机的基本结构如图F1-1所示，它的外部由光学实验台（图中2）、数字仪表台（图中3）电子元器件连接插孔（图中4）、波形信号输出插口（图中5）、USB总线接口（图中6）、示波输入端口（图中9）、数字照度计输入端口（图中11）和计算机显示器（图中1）等部分构成：内部有数字照度计等仪表的数摸转换和量程转换等电路（图中7）、功能板（图中8）和计算机系统（图中10）等部件组成。J[8yE2日2968图F1-1光电综合实验平台原理结构图光学实验台是导磁不锈钢材料制成的平台，其上按矩阵方式分布着M6的螺纹孔便于安装、固定各种光学夹持器件，固定各种实验机构，进行各种科技开发机构的安装，利用光学实验台能够组合成多种光学系统，进行多种光学或光电实验；数字仪表台上安装有两块量程分3档可变的数字电压表，两块量程也分3档可变的数字电流表和自动切换量程的数字照度计，附图F1-1中的11为数字照度计的探头输入端口。数字仪表平台所提供的数字测量仪表能够满足所有光电变换实验中电气测量环节的需求。它的电压测量范围覆盖（10-3~103）V量级，电流测量范围覆盖（10-~10°）A量级，照度测量范围为（0.01~103）Ix量级。电子元器件选用台附图F1-1中的4上，有几十种不同阻值电阻和不同容值的电容，分别用接入插孔为学生提供实验，多个阻值不同的电位器及其连接接入插孔，方便各种设计，还提供各种数量不等的二极管、三极管、集成放大器和各种光电传感器等元器件，它们也都有对应的接入插孔，便手各种电路的设计。利用这些电子元器件和各类光电器件的接入插孔可以方便地构造成若干种类的光电变换、模拟放大器等电路。另外，平台上还安装有CPLD现场可编程逻辑器件和它们的对应I/O端口，通过硬件描述语言（QuartusII）编程设计，可以完成各种功能的逻辑电路设计，学习基于auterl公司芯片为基础的CPLD逻辑电路设计与调试的工作，真正实现一台仪器能够进行多方位的开发与研究类型的实验。3
3 光电子技术实验概述 光电技术或称光电信息技术属于跨学科的综合技术，所包含的内容及其丰富，涵盖“现 代光学”、“光电转换技术”、“光电探测与光电传感器件”、“光电子技术”、“光电测试技术” 和 “光通信技术”等内容。我们所修订改编的光电子技术综合实验指导书，主要是针对本 院的《光电子学》、《光电子技术》两门专业课程实验，配合光电综合实验平台进行讲述。 光电综合实验平台使用说明与介绍 1. 平台主机的结构 光电综合实验平台主机的基本结构如图 F1-1 所示，它的外部由光学实验台（图中 2）、 数字仪表台（图中 3）电子元器件连接插孔（图中 4）、波形信号输出插口（图中 5）、USB 总线接口（图中 6）、示波输入端口（图中 9）、数字照度计输入端口（图中 11）和计算机显 示器（图中 1）等部分构成；内部有数字照度计等仪表的数摸转换和量程转换等电路（图中 7）、功能板（图中 8）和计算机系统（图中 10）等部件组成。 光学实验台是导磁不锈钢材料制成的平台，其上按矩阵方式分布着 M6 的螺纹孔便于安 装、固定各种光学夹持器件，固定各种实验机构，进行各种科技开发机构的安装，利用光学 实验台能够组合成多种光学系统，进行多种光学或光电实验； 数字仪表台上安装有两块量程分 3 档可变的数字电压表，两块量程也分 3 档可变的数字 电流表和自动切换量程的数字照度计，附图 F1-1 中的 11 为数字照度计的探头输入端口。数 字仪表平台所提供的数字测量仪表能够满足所有光电变换实验中电气测量环节的需求。它的 电压测量范围覆盖（10-3~103 ）V 量级，电流测量范围覆盖（10-6~100 ）A 量级，照度测量范 围为（0.01~103 ）lx 量级。 电子元器件选用台附图 F1-1 中的 4 上，有几十种不同阻值电阻和不同容值的电容，分别 用接入插孔为学生提供实验，多个阻值不同的电位器及其连接接入插孔，方便各种设计，还 提供各种数量不等的二极管、三极管、集成放大器和各种光电传感器等元器件，它们也都有 对应的接入插孔，便于各种电路的设计。利用这些电子元器件和各类光电器件的接入插孔可 以方便地构造成若干种类的光电变换、模拟放大器等电路。另外，平台上还安装有 CPLD 现 场可编程逻辑器件和它们的对应 I/O 端口，通过硬件描述语言（Quartus II）编程设计，可以 完成各种功能的逻辑电路设计，学习基于 auterl 公司芯片为基础的 CPLD 逻辑电路设计与调 试的工作，真正实现一台仪器能够进行多方位的开发与研究类型的实验
光电综合实验平台上还设有易损、易换件安装窗口。它里面能够安装多种二极管、三极管、放大器和CPLD器件，这些电子器件均以直插方式安装在电路板上，容易更换和接入电路。但是，它又被透明有机玻璃封盖住，由4个固定螺丝封盖，既不会被污染又不能轻易被取走。若指导教师想要用其他器件代做试验，方可更换。光电综合实验平台上安装有4个同步示波端子的输入插口（如附图F1-1中的9所示）用来观测由此输入的信号之间的幅度与相位关系。光电综合实验平台内部安装有完整的计算机系统，其主板、硬盘、内存和CPU等关键部件随时升级与发展，计算机软件在不断地更新与升级，且很容易与各种数据采集、控制系统、数据输入/输出系统、打印与网络传输系统相连接。平台正面设有2个USB端口，方便师生将做过的实验结果拷入U盘等外设，以便保有与转移到其他机器上去。光电综合实验平台的电源开关与电源接入线均为独立的，这样用户可以在不开平台时也能单独使用计算机系统，或不开计算机电源就能单独开平台进行电路与光电系统的调试。2.．平台主机的主要性能参数光电综合实验平台主机的性能参数由它主要部分的参数决定：（1）内部计算机系统光电综合实验平台主机的计算机系统配置分为几种由用户自选：①内存：1.0GB；②CPU速度高于2.4GHz；③硬盘：160G④USB2.0接口；③防水耐用键盘及光电鼠标：（2）数字电压表其中2块3位半数字电压表的量程为2V，20V，200V3档；（3）数字电流表共2块，均为3位半数字电流表，量程为2mA，20mA，200mA3档；（4）数字照度计自动切换量程，测量范围为0.1~1.999×10lx（5）示波与伏安特性测试功能具有4路同步输入端子，有同步采集与显示4路信号波形的能力，称其为“示波功能”，“示波功能”下的扫描频率为20MHz、10MHz、5MHz、500kHz、100kHz、20kHz，可以在软件上通过界面进行选择还具有采集与显示各种光电器件“伏安特性”的能力，称其为“伏安特性功能”，在“优安特性功能”下的扫描频率为20MHz、10MHz、5MHz、500kHz、100kHz，可以在软件上通过界面进行选择：以上两大功能下被测输入信号的幅度均应在5V以内（6）特别提示：LED发光二极管必须接在“LED光源装置上”，其余光电测试器件必须接在“光电探测装置”上，不可混淆。要注意将稍长些的管脚插入靠近白色螺钉的插孔，短脚插入靠近黑螺钉的插孔：内部白色螺钉表示正极“+”，黑色螺钉表示负极“一”，分别对应外接连接线的红色和黑色插头。图F1-2LED光源装置与光电探测装置4
4 图 F1-2 LED 光源装置与光电探测装置 光电综合实验平台上还设有易损、易换件安装窗口。它里面能够安装多种二极管、三极 管、放大器和 CPLD 器件，这些电子器件均以直插方式安装在电路板上，容易更换和接入电 路。但是，它又被透明有机玻璃封盖住，由 4 个固定螺丝封盖，既不会被污染又不能轻易被 取走。若指导教师想要用其他器件代做试验，方可更换。 光电综合实验平台上安装有 4 个同步示波端子的输入插口（如附图 F1-1 中的 9 所示）， 用来观测由此输入的信号之间的幅度与相位关系。 光电综合实验平台内部安装有完整的计算机系统，其主板、硬盘、内存和 CPU 等关键部 件随时升级与发展，计算机软件在不断地更新与升级，且很容易与各种数据采集、控制系统、 数据输入/输出系统、打印与网络传输系统相连接。 平台正面设有 2 个 USB 端口，方便师生将做过的实验结果拷入 U 盘等外设，以便保存 与转移到其他机器上去。 光电综合实验平台的电源开关与电源接入线均为独立的，这样用户可以在不开平台时也 能单独使用计算机系统，或不开计算机电源就能单独开平台进行电路与光电系统的调试。 2. 平台主机的主要性能参数 光电综合实验平台主机的性能参数由它主要部分的参数决定： （1）内部计算机系统 光电综合实验平台主机的计算机系统配置分为几种由用户自选： ① 内存：1.0GB；② CPU 速度高于 2.4GHz；③ 硬盘：160G； ④ USB2.0 接口； ⑤ 防水耐用键盘及光电鼠标； （2）数字电压表 其中 2 块 3 位半数字电压表的量程为 2V，20V，200V3 档； （3）数字电流表 共 2 块，均为 3 位半数字电流表，量程为 2mA，20 mA，200 mA3 档； （4）数字照度计 自动切换量程，测量范围为 0.1~1.999×103 lx； （5）示波与伏安特性测试功能 具有 4 路同步输入端子，有同步采集与显示 4 路信号波形的能力，称其为“示波功能”， “示波功能”下的扫描频率为 20MHz、10MHz、5MHz、500kHz、100kHz、20 kHz，可以在 软件上通过界面进行选择； 还具有采集与显示各种光电器件“伏安特性”的能力，称其为“伏安特性功能”，在“伏 安特性功能”下的扫描频率为 20MHz、10MHz、5MHz、500kHz、100kHz，可以在软件上通 过界面进行选择；以上两大功能下被测输入信号的幅度均应在 5V 以内。 （6）特别提示：LED 发光二极管必须接在“LED 光源装置上”，其余光电测试器件必须接在“光电探测装 置”上，不可混淆。要注意将稍长些的管脚插入靠近白 色螺钉的插孔，短脚插入靠近黑螺钉的插孔；内部白色 螺钉表示正极“+”，黑色螺钉表示负极“－”，分别对应 外接连接线的红色和黑色插头
实验一光敏电阻伏安特性实验1.实验目的：通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。2.实验仪器：GDS-IⅢI型光电综合实验平台1台：②LED光源1个；?光敏电阻1个；?通用光电器件实验装置2只?通用磁性表座2只；?光电器件支杆2只：?连接线20条；?40MHz示波器探头2条；3.实验原理：某些物质吸收了光子的能量后，产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导（或电阻)随入射光度量变化器件，称为光电导器件或光敏电阻。当光敏电阻受到光的照射时，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化。光照越强，它的电阻值越低。因此，可以通过一定的电路得到输出信号随光的变化而改变的电压或电流信号。测量信号电压或电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）将急剧变化，因此电路中电流将迅速增加。便可获得光敏电阻随光或时间变化的特性，即光敏电阻的特性参数。4.实验内容：日秋①光敏电阻暗电阻的测量②光敏电阻亮电阻的测量光敏面③光敏电阻伏安特性的测量④借助虚拟仪器测量光敏电阻的伏安特性图1.1-1光敏电阻器5.实验步骤；主价欢光临（1）认识光敏电阻元件先从塑料配件箱中找到如图1.1-1所示的光敏电阻器件和如图1.1-2所示的光电探测装置。图1.1-2光电探测装置5
5 图 1.1-1 光敏电阻器 件 图 1.1-2 光电探测装置 实验一 光敏电阻伏安特性实验 1. 实验目的： 通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光 照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用 课题的设计。 2. 实验仪器： ① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台 1 台； ② LED 光源 1 个； ③ 光敏电阻 1 个； ④ 通用光电器件实验装置 2 只 ⑤ 通用磁性表座 2 只； ⑥ 光电器件支杆 2 只； ⑦ 连接线 20 条； ⑧ 40MHz 示波器探头 2 条； 3. 实验原理： 某些物质吸收了光子的能量后，产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现 象称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导 体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导(或电阻)随入射光度量变化器件，称为光电 导器件或光敏电阻。 当光敏电阻受到光的照射时，其材料的电导率发生变化，表现出阻值的变化。光照越强， 它的电阻值越低。因此，可以通过一定的电路得到输出信号随光的变化而改变的电压或电流 信号。测量信号电压或电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电 阻）将急剧变化，因此电路中电流将迅速增加。便可获得光敏电阻随光或时间变化的特性， 即光敏电阻的特性参数。 4. 实验内容： ① 光敏电阻暗电阻的测量 ② 光敏电阻亮电阻的测量 ③ 光敏电阻伏安特性的测量 ④ 借助虚拟仪器测量光敏电阻的伏安特性 5. 实验步骤： （1）认识光敏电阻元件 先从塑料配件箱中找到如图 1.1-1 所 示的光敏电阻器件和如图 1.1-2 所示的光 电探测装置