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公司纪事

光电转换器特性的研究实验

浏览:1805次    发布日期: 2011-04-25

一、实验简介
    传感器技术中很重要的一类称为光传感器。光传感器通常是指紫外到红外波长范围的传感器,其类型可分为量子探测器和热探测器两类。本实验将介绍常用的量子探测 器或称光子探测器,它是利用材料的光电效应制作成的探测器,故也称为光电转换器。其主要参数有响应度(灵敏度)、光谱响应范围、响应时间和可探测的最小辐射功率等。
   光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号。自光电效应发现至今,光电转换器件获得了突飞猛进的发展,目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。常用的光电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光电池、PIN管、CCD等。
   光电倍增器是把微弱的输入转换为电子,并使电子获得倍增的电真空器件。当光信号强度发生变化时,阴极发射的光电子数目相应变化,由于各倍增极的倍增因子基本 上保持常数,所以阳极电流亦随光信号的变化而变化,此即光电倍增管的简单工作过程。由此可见,光电倍增管的性能主要由光阴极、倍增极及极间电压决定。光电阴极受强光照射后,由于发射电子的速率很高,光电阴极内部来不及重新补充电子,因此使光电倍增管的灵敏度下降。如果入射光强度太高,导致器件内电流太大, 以至于电阴极和倍增极因发射二分解,就会造成光电倍增管的永久性波坏。因此,使用光电倍增管时,应避免强光直接入射。光电倍增管一般用来测弱光信号。

二、实验的目
   了解光电效应原理及光电转换器件的工作模式并测量光电转换器件的基本特性。

三、实验原理
1、光电效应
   光电转换器件主要是利用物质的光电效应,即当物质在一定频率的光的照射下,释放出光电子的现象。当光照射金属、金属氧化物或半导体材料的表面时,会被这些材料内的电子所吸收,如果光子的能量足够大,吸收光子后的电子可挣脱原子的束缚而逸出材料表面,这种电子称为光电子,这种现象称为光电子发射,又称为外光 电效应。有些物质受到光照射时,其内部原子释放电子,但电子仍留在物体内部,使物体的导电性增加,这种现象称为内光电效应。
2、光电导效应
   某些半导体材料在光的照射下,内部电子吸收光子后,挣脱原子的束缚而形成自由电子,使其导电性能增加,电阻率下降,这种半导体器件称为光敏电阻,这种现象称为光电导效应。当光停止辐照后,自由电子又被失去电子的原子所俘获,其电阻率恢复原值。利用光敏电阻的这种特性制成的光控开关在我们日常生活中随处可 见。
3、二次电子发射效应
   当电子轰击某物体时,如果该电子的动能足够大,被轰击物体将会有新的电子发射出来,该现象称为二次电子发射效应。轰击物体的电子称为一次电子,物体吸收一次电子后激励体内的电子到高能态,这些高能电子的一部分向物体表面运动,到达表面时仍具有足够的能量克服表面势垒而发射出来的电子称为二次电子。
4、常用的光电转换器件主要有光敏电阻、光电倍增管、光电二极管等。
 光电二极管是典型的光电效应探测器,具有量子噪声低、响应会、使用方便等特点,广泛用于激光探测器。
 

四、实验内容
1、测量光电二极管的频谱曲线、峰值响应频率
   在暗箱里,强度较高的白光光源通过滤光片后入射到光电二极管上,利用示波器或电压表观察、测量不同波长的光(用不同颜色的滤光片获得)照射在pin管上所获得的电压。绘出波长-电压及图,通过曲线向找到峰值响应频率,曲线向两边延伸,确定截至波长。
2、能量计是一种灵敏度较高的测量激光输出能量的仪器,使用中应注意适当的挡位,以免过高能量损坏仪器。存贮示波器内含微处理器,可将测得的波形经机内RAM/ROM存贮起来,获得静态显示,便于观察、测量、拍照。
接线,用已确定对应于峰值波长的滤光片,加一定的反偏电压,改变入射光强(用可变光阑实现),测量光电流与光强的关系,绘出其关系图,观察二者之间的关系。
3、利用上述装置测量光敏电阻的长波极限以及峰值响应波长核频谱曲线。光电二极管的灵敏度高,应避免强光入射时损坏器件。
4、自己设计一套电路装置,测量光电二极管的量子效率。

 

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