光电探测器参数测量 实验目的 1.加深对光谱响应概念的理解； 2.掌握光谱响应的探测方法； 3.了解对光电探测器的响应度的影响因素； 4. 掌握测量控测器响应时间的方法 实验原理 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 图1-1 典型光电探测器的光谱响应 n光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力 电压光谱响应度定义为在波长为的单位入射辐射功 率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表 示，则为 n （1-1） n而光电探测器在波长为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 n （1-2） n式中，为波长时的入射光功率；为光电探测器在入射 光功率作用下的输出信号电压；则为输出用电流表示 的输出信号电流 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。
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）可得单色辐射功率，再通过（1-1）式计算即可得 到待测探测器的光谱响应度 本实验采用图1-2所示的实验装置用单色仪 对白光点光源辐射进行分光，得到单色光功率 实验装置 n用白光点光源作光源，用直流稳压电源 供电，光源发出的光由聚光镜会聚于入 射狭缝前用同步电机带动的调制盘对入 射光束进行调制光栅单色仪把入射光 分解成单色光并从出射狭缝射出转动 单色仪的波长手轮可以改变出射光的波 长（参见图1-3）在出射狭缝后分别用 热释电探测器和硅光电二极管进行测量 ，所得光电信号经放大后由毫伏表指示 结正向压降对于电流和温度的函数表达式，它是 实验装置 图1-3 单色仪光学系统示意图 实验步骤 n1. 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S1上，S1的 缝宽调整在0.2mm把出射狭缝S2开到1mm 左右，入眼通过S2能看到与波长读数相应的光 ，然后逐渐关小S2，最后开到S1＝0.2mm。
n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！ n2. 在光路中靠近S1的位置放入调制器，并接 通电机电源 n3. 把热释电器件光敏面对准出射狭缝S2 n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 n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 光谱谱响应测试实验应测试实验 数据 用热释电时 毫伏表输出Vf 硅光电二极管 经放大后输出Vb 0.5 1.0 1．单色仪入射狭缝和出射狭缝的宽度分别控制着哪 些物理量？测量时开大些好还是开小些好？ 2．如果在测量过程中，用热释电器件和光电二极管 测量时，二者光源光强度不一致是否仍能保持结 果的正确性？如果二者的调制频率不同呢？ 思考题 光电探测器响应时间的测试 n通常，光电探测器输出的电信号都有要在时间 上落后于作用在其上的光信号，即光电探测器 的输出相对于输入的光信号要发生沿时间轴扩 展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 实验目的 n（1）了解光电探测器的响应度不仅与信 号光的波长有关，而且与信号光的调制 频率有关； n（2）掌握发光二极管的电流调制法； n（3）熟悉测量控测器响应时间的方法 实验原理 n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产弛豫称为上升弛 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： n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 种定义弛豫的时间的方法是：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 实验仪器 n光电探测器时间常数测试实验箱：20M双踪示波器 n在光电探测器时间常数测试实验箱中，提供了需测试 两个光电器件：峰值波长为900nm的光电二极管和可 见光波段的光敏电阻。
所需的光源分别由峰值波长为 900nm的红外发光管和可见光（红）发光管来提供 光电二极管的偏压与负载都是可调的，偏压分为5V、 10V、15V三档，负载分100殴姆、1K殴姆、10K殴 姆、50K殴姆、100K殴姆五档根据需要，光源的驱 动电源有脉搏冲和正弦波两种，并且频率可调 实验步骤 n首先要将本实验箱面板上“偏压”档和“负载”分别选通 一组 n将“波形选择”开关拨至脉冲档，“探测器选择”开关拨 至光电二极管档，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 n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 n选定负载为10kΩ，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 硅光电电二极管的响应时间应时间 与偏置电压电压 的关系 偏置电压E/V051215 响应时间tr/s 在反向偏压为压为 15V时时，改变变探测测器的偏置电电阻，观观察探测测 器在不同偏置电电阻时时的脉冲响应时间应时间 。
记录记录 填入表2-2 表2-2 硅光电电二极管的响应时间应时间 与负载电负载电 阻的关系 负载电 阻RL/Ω511001k10k100k 响应时间tr/s 用脉冲法测量光敏电阻的响应时间 n 光敏电阻所加偏压为15V,负载是10k,是不 可调的故“偏压”档和“负载”档在此时不起作 用 n 将实验面版上“波形选择”开关拔至脉冲档 ，“探测器选择”开关拔至光敏电阻档，此时由 “输入波形”的光敏电阻处应可观测到方波，由 “输出”处引出的输出线（蓝线）即可得到光敏 电阻的输出波形，调节“频率调节”旋钮使频率 为20Hz，测出其响应时间并记录。