LED的光電轉(zhuǎn)換特性（P-I）和光譜特性測(cè)試

1、1LED的光電轉(zhuǎn)換特性（的光電轉(zhuǎn)換特性（P-I）和）和光譜特性測(cè)試光譜特性測(cè)試叢妍叢妍2實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膌1.了解了解LED電流注入與輻射功率的關(guān)系及其測(cè)電流注入與輻射功率的關(guān)系及其測(cè)量方法；量方法；l2.了解了解LED的輻射（發(fā)光）效率；的輻射（發(fā)光）效率；l3.了解了解LED的光譜特性及其測(cè)試方法；的光譜特性及其測(cè)試方法；l4.根據(jù)根據(jù)LED的譜寬進(jìn)一步理解其自發(fā)光機(jī)理；的譜寬進(jìn)一步理解其自發(fā)光機(jī)理；l5.了解光電探測(cè)器的信號(hào)放大、處理的原理。了解光電探測(cè)器的信號(hào)放大、處理的原理。3實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理l光電轉(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性LED的光輸出功率與注入電的光輸出功率與注入電流流 的關(guān)系曲線，即

2、的關(guān)系曲線，即P-I曲線。曲線。4實(shí)驗(yàn)原理如圖：實(shí)驗(yàn)原理如圖：l測(cè)試時(shí)，調(diào)整測(cè)試時(shí)，調(diào)整LED發(fā)光面和探測(cè)器接收面互相平行發(fā)光面和探測(cè)器接收面互相平行且盡量靠近。調(diào)節(jié)恒流源，使其正向電流且盡量靠近。調(diào)節(jié)恒流源，使其正向電流IF連續(xù)變連續(xù)變化，從光功率計(jì)得到對(duì)應(yīng)的光功率?；瑥墓夤β视?jì)得到對(duì)應(yīng)的光功率。l更準(zhǔn)確的測(cè)量需用到積分球。積分球表面具有超高更準(zhǔn)確的測(cè)量需用到積分球。積分球表面具有超高反射和散射的特性，可以把反射和散射的特性，可以把LED發(fā)出的所有光輻射發(fā)出的所有光輻射能量收集起來(lái)，在位于球壁的探測(cè)器上產(chǎn)生均勻的能量收集起來(lái)，在位于球壁的探測(cè)器上產(chǎn)生均勻的與光（輻射）通量成比例的光與光（輻

3、射）通量成比例的光(輻射輻射)照度，用合適照度，用合適的探測(cè)器將其線性的轉(zhuǎn)換成光電流，再通過(guò)定標(biāo)確的探測(cè)器將其線性的轉(zhuǎn)換成光電流，再通過(guò)定標(biāo)確定被測(cè)量大小。測(cè)量光通量的光探測(cè)器應(yīng)具有定被測(cè)量大小。測(cè)量光通量的光探測(cè)器應(yīng)具有CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者光譜光效率函數(shù)的光譜響應(yīng)，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者光譜光效率函數(shù)的光譜響應(yīng)，測(cè)量輻射通量的探測(cè)器應(yīng)具有恒定的光譜響應(yīng)，或者在輻射通量的探測(cè)器應(yīng)具有恒定的光譜響應(yīng)，或者在被測(cè)被測(cè)LED光譜響應(yīng)范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)輻射度校準(zhǔn)的探測(cè)器。光譜響應(yīng)范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)輻射度校準(zhǔn)的探測(cè)器。 5l光譜曲線上光功率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為發(fā)光峰值波長(zhǎng)光譜曲線上光功率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為發(fā)光峰值波長(zhǎng)P，

4、光譜曲線上兩個(gè)，光譜曲線上兩個(gè)半光功率點(diǎn)半光功率點(diǎn)0.5，0.5所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)差所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)差稱為稱為L(zhǎng)ED譜線寬度（簡(jiǎn)稱譜寬），譜線寬度（簡(jiǎn)稱譜寬），其典型值在其典型值在3040nm之間。之間。 lLED光譜測(cè)試原理如圖光譜測(cè)試原理如圖4-2所示，分為入射光部分、分光部分和探測(cè)器信號(hào)所示，分為入射光部分、分光部分和探測(cè)器信號(hào)處理部分三大塊?；舅悸肥峭ㄟ^(guò)單色儀分光（單色儀由步進(jìn)電機(jī)控制），處理部分三大塊?；舅悸肥峭ㄟ^(guò)單色儀分光（單色儀由步進(jìn)電機(jī)控制），將連續(xù)光譜變成近似單色光，通過(guò)探測(cè)器及相應(yīng)的放大、將連續(xù)光譜變成近似單色光，通過(guò)探測(cè)器及相應(yīng)的放大、A/D轉(zhuǎn)換、采集電轉(zhuǎn)換、采集電路，在計(jì)算機(jī)

5、上得到光譜曲線。路，在計(jì)算機(jī)上得到光譜曲線。 6實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟l將待測(cè)紅光將待測(cè)紅光LED接入膠木模塊的插孔，模塊另一端的插頭插到控制面板接入膠木模塊的插孔，模塊另一端的插頭插到控制面板“LED/LD驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)”部分的部分的“正向電壓正向電壓”端口，將膠木模塊固定在轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌端口，將膠木模塊固定在轉(zhuǎn)臺(tái)導(dǎo)軌上。電壓表量程選擇上。電壓表量程選擇20V，電流表量程選擇，電流表量程選擇200mA，用導(dǎo)線連好。將探測(cè)，用導(dǎo)線連好。將探測(cè)器固定在二維支架上，移動(dòng)導(dǎo)軌上支架，使器固定在二維支架上，移動(dòng)導(dǎo)軌上支架，使LED盡量靠近探測(cè)器探測(cè)器。盡量靠近探測(cè)器探測(cè)器。l打開(kāi)打開(kāi)“LED/LD驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)”開(kāi)關(guān)，緩慢增

6、加開(kāi)關(guān)，緩慢增加LED的正向電流，計(jì)下正向電壓、的正向電流，計(jì)下正向電壓、電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)讀出相應(yīng)的功率讀數(shù)，計(jì)算機(jī)軟件會(huì)顯示所得到的數(shù)電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)讀出相應(yīng)的功率讀數(shù)，計(jì)算機(jī)軟件會(huì)顯示所得到的數(shù)據(jù)和圖表。據(jù)和圖表。 l將插入紅光將插入紅光LED的膠木棒和圓筒一起固定在單色儀入口位置，入口狹縫的膠木棒和圓筒一起固定在單色儀入口位置，入口狹縫調(diào)到最大。將裝有光電三極管的膠木棒置入單色儀出口狹縫的套筒，出調(diào)到最大。將裝有光電三極管的膠木棒置入單色儀出口狹縫的套筒，出口狹縫縫寬調(diào)整到口狹縫縫寬調(diào)整到1mm。打開(kāi)。打開(kāi)LED電源，將電流調(diào)節(jié)至電源，將電流調(diào)節(jié)至IF40mA。l將單色儀出口波長(zhǎng)調(diào)整到將

7、單色儀出口波長(zhǎng)調(diào)整到380nm，然后以，然后以10nm的步距在的步距在3801080nm之之間掃描，觀察探測(cè)到的數(shù)據(jù)。記下最大值間掃描，觀察探測(cè)到的數(shù)據(jù)。記下最大值P0對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)P1。 l在在P1左右各左右各10nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)改為的波長(zhǎng)范圍內(nèi)改為1nm的步距掃描，得到新的最大值的步距掃描，得到新的最大值P2，P2就是就是LED的峰值波長(zhǎng)，記為的峰值波長(zhǎng)，記為P。 l以以P為中心，取兩個(gè)波長(zhǎng)為中心，取兩個(gè)波長(zhǎng)1=P-15，2=P+15，分別以，分別以1，1為中心，在其為中心，在其左右各左右各5nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)改用的波長(zhǎng)范圍內(nèi)改用1nm的步距掃描，得到最接近的步距掃描，得到最接近1/2

8、P的兩個(gè)波的兩個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)1/2 ，1/2。 7實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)記錄l表格僅作參考，實(shí)際測(cè)試中應(yīng)取更多數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表格僅作參考，實(shí)際測(cè)試中應(yīng)取更多數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制繪制LED的的P-I曲線。曲線。 l本實(shí)驗(yàn)由軟件處理和顯示曲線。根據(jù)光譜曲線，得到峰值本實(shí)驗(yàn)由軟件處理和顯示曲線。根據(jù)光譜曲線，得到峰值波長(zhǎng)波長(zhǎng)P和譜寬和譜寬=1/2-1/28思考題思考題l1. 比較輻射效率和發(fā)光效率這兩個(gè)物理概念；比較輻射效率和發(fā)光效率這兩個(gè)物理概念； l2. 光電探測(cè)器測(cè)量光功率的原理是什么，如何設(shè)光電探測(cè)器測(cè)量光功率的原理是什么，如何設(shè)計(jì)光功率計(jì)？計(jì)光功率計(jì)？l3. 單色儀是如何分光的？單色儀是如何分光的？ l4. 測(cè)量光譜特性時(shí)，是否一定要使探