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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划光电探测器特性测试实验报告华南师范大学实验报告学生姓名学号XX专业通信工程年级、班级10级6A_课程名称光纤通信实验项目实验一光电探测器特性测试实验实验类型验证设计综合实验时间实验指导老师彭力实验评分一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容1、测试1310nm检测器I-P特性2、根据I-P特性曲线，得出检测器的响应度并计算其量子效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通
2、信原理实验箱2、光功率计3、FC-FC单模光跳线4、万用表5、连接导线1台1台1根1台1根四、实验原理在光纤通信工程中，光检测器，又称光电探测器或光检波器。按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。前者是吸收光子使器件升温，从而探知入射光能的大小，后者则将入射光转化为电流或电压，是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。最简单的光检测器就是p-n结，但它存在许多缺点，光纤通信系统中，较多采用p-i-n光电二极管及雪崩光电二极管，都是实现光电转换的半导体器件。在给定波长的光照射下，光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位的光功率产生的平均输出电流，R
3、的单位为A/W或uA/uW。其表达式为：R?IpP响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为h的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量：?通过结区的光生载流子对数IP/e入射到器件上的光子数P/hv上式中，e是电子电荷；为光的频率。通过测试IP与P的关系，即可计算获得检测器的量子效率，其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为：R?在波长确定的情况下，通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流，即可获得检测器的响应度及量子效率的大小，从而了解检测器的性能指标。6、用万用表测量T97和T98(TV-)两端电压V7-8，调节W44，使万用表示数
4、为30mV，将电位器W47顺时针调到最大用于调节n的值，此处调节到最大时n=5,即此时的I=V/50000。），用万用表测试T103与地之间电压V，填入下表中，将1310nm光收端机端光纤取出，测试此时光功率并填入对应表格中。7、调节W44，减小驱动电流，用万用表测量T97和T98(TV-)两端电压，使得万用表示数为下表中的数值，测试T103与地之间的电压，同时取出光纤测试光功率，填入对应表格中。8、依次关闭各直流电源、交流电源，将K30拨到下面，拆除导线，将实验箱还原。六、实验测试点说明T97、T98激光器的数字驱动电压测试端T103探测器I-P特性曲线电压测试端七、实验结果分析表1-1实验
5、结果记录表由表1-1绘制I-P特性曲线如下图所示上图中，前两幅分别为I-P特性曲线的描绘的折线图与点图，有图可知P随I的增大而增大，数据中最后一项相对其它点偏移较大。上图中后两幅图分别为取和(,322)(,685)两组数据绘制的直线，由图中可观察到第四幅图的直线对各点的耦合程度较大，故取点(,322)和(,685)计算斜率KK?y2?y1685?322?104x2?响应度：(?)?6?5685?548?439?322?204P?(uW)5Ip?R?Ip/P?6?V/(10000?n?P)?10?3?10?6?量子效率：?100%?53%1310?10-3七、思考题1、普通P-N结光检测器有什么
6、缺点？答：由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。2、推导检测器响应度R与量子效率关系式。答：?通过结区的光生载流子对数IP/ehv?100%?R?100%入射到器件上的光子数P/hve华南师范大学实验报告学生姓名学号XX3100专业通信工程年级、班级10级6A_课程名称光纤通信实验项目实验一光电探测器特性测试实验实验类型验证设计综合实验时间实验指导老师彭力实验评分一、实验目的1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念2、掌握光电探测器响应度的测试方法3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、实验内容1、测试1310nm检测器I-P特性2、根据
7、I-P特性曲线，得出检测器的响应度并计算其量子效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱2、光功率计3、FC-FC单模光跳线4、万用表5、连接导线1台1台1根1台1根四、实验原理在光纤通信工程中，光检测器，又称光电探测器或光检波器。按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。前者是吸收光子使器件升温，从而探知入射光能的大小，后者则将入射光转化为电流或电压，是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。最简单的光检测器就是p-n结，但它存在许多缺点，光纤通信系统中，较多采用p-i-n光电二极管及雪崩光电二极管，都是实现光电转换的半导体器件。在给定波长的光照射下，光检测器的
8、输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位的光功率产生的平均输出电流，R的单位为A/W或uA/uW。其表达式为：R?IpP响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为h的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量：?通过结区的光生载流子对数IP/e入射到器件上的光子数P/hv上式中，e是电子电荷；为光的频率。通过测试IP与P的关系，即可计算获得检测器的量子效率，其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为：R?在波长确定的情况下，通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流，即可获得检测器的响应度及量子效率的大小，从而了
9、解检测器的性能指标。6、用万用表测量T97和T98(TV-)两端电压V7-8，调节W44，使万用表示数为30mV，将电位器W47顺时针调到最大用于调节n的值，此处调节到最大时n=5,即此时的I=V/50000。），用万用表测试T103与地之间电压V，填入下表中，将1310nm光收端机端光纤取出，测试此时光功率并填入对应表格中。7、调节W44，减小驱动电流，用万用表测量T97和T98(TV-)两端电压，使得万用表示数为下表中的数值，测试T103与地之间的电压，同时取出光纤测试光功率，填入对应表格中。8、依次关闭各直流电源、交流电源，将K30拨到下面，拆除导线，将实验箱还原。六、实验测试点说明T9
10、7、T98激光器的数字驱动电压测试端T103探测器I-P特性曲线电压测试端七、实验结果分析表1-1实验结果记录表由表1-1绘制I-P特性曲线如下图所示取点()和()计算斜率KK?y2?y1?x2?x1?响应度：Ip?P?()?6?(uW)R?Ip/P?6?V/(10000?n?P)?量子效率：?100%?七、思考题1、普通P-N结光检测器有什么缺点？答：由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。2、推导检测器响应度R与量子效率关系式。答：实验一、光电探测器特性测试实验光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的
11、作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。在众多的光电子效应中，只有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应和光电磁效应得到广泛应用。本实验主要测试光敏电阻以及光敏二极管、光敏三极管和光敏电池等光子探测器的特性。实验目的1了解几种常见光电探测器的工作原理、光照特性、伏安特性和光谱响应特性；2学会正确光电传感实验台。实验仪器ZY13OFSens12SB主机箱一台普通光源一个遮光筒一个光照度计探头一个光电器件实验模板一个滤色片一套支架一套
12、导线若干cds光敏电阻一个光敏三极管一个光敏二极管一个硅光电池一个图1-1光电器件实验(一)模板及接线图实验原理1、光敏电阻光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻的暗电阻越大而亮电阻越小则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100M，而亮电阻即使
13、在正常白昼条件下也可降到1k以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。光照特性、伏安特性和光谱特性是光敏电阻的基本特性。2、光敏二极管光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为I?ID?Is?Is0(eqVkT?1)?Is式中I中是流过探测器总电流，Iso二极管反向饱和电流，Is是光照时的光电流，q是电子电荷，V是探测器两端电压，k为玻耳兹曼常数，T器件绝对温度。当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。光照时导通，光不照时，处于截止状态，并且光电流和照度成线性关系。3、光敏三极管在光敏二极管的基础上，
14、为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图5-2所示。2(a)光敏三级管结构(b)使用电路RLI(c)等效电路图1-2光敏三极管结构及等效电路光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流由集电结上产生的I控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。4、光电池当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。这种现象叫“光生伏特效应”，将光能转化为电能。该效应与材料、光的强度、波长等有关。实验内容一、光敏电阻特性测试1.亮电阻和暗电阻测量图1-3是光敏电阻实验原理图根据图1-1的光学系
