1、本科毕业论文（20 届）光电器件特性测量研究与应用所在学院 专业班级 应用物理学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 光电器件特性测量研究与应用摘要本文对光电器件的光谱灵敏度、光谱特性、温度特性、光照与伏安特性的测试原理进行了简要的阐述,同时也提到了它们的应用方面。重点讨论了测试原理、测试方法、测试装置。本文研究到的器件有光电倍增管、热释电器件、光敏电阻等。本文成功测量了其光谱灵敏度，同时标定了光电倍增管响应的峰值波长，研究缝宽、温度、磁场等对光电倍增管光谱特性的影响，最后测试了光敏电阻的温度特性、光照特性与伏安特性。本文是一篇综合性的论文，我们通过设计实验，验证实验，数据的处理
2、绘图，图像处理后，让我们进一步的了解了光电器件的发展与应用。关键词：光电器件的应用 伏安特性 光敏电阻 光谱特性 光谱灵敏度 温度特性 ABSTRACTIn this paper, the spectral sensitivity of photoelectric device spectral characteristics, temperature characteristics, light test principle and volt ampere characteristics are discussed, and their applications are also menti
3、oned. It also focuses on the test of principle、method and device. This paper studies the device to the photomultiplier tube, heat release device, photosensitive resistance etc. In this paper, we successfully measured the spectrum sensitivity, at the same time calibration of photomultiplier tube resp
4、onse peak wavelength of seam width, temperature and magnetic field on photomultiplier tubes spectral characteristics. Finally, test the temperature characteristics of the photosensitive resistance characteristics of light and I-V characteristics.This article is a comprehensive thesis, we through the
5、 design of experiment, experimental verification, data processing drawing, image processing, let us further understanding of the development and application of optoelectronic devices.Key Words：The use of photoelectric device Volt ampere characteristicPhotosensitive resistance Spectral characteristic
6、s Spectral sensitivity Temperature characteristics目 录第一章 绪论 .11.1 光电器件的种类 .11.2 光电器件的应用与发展 .11.2.1 光有源器件 .11.2.2 光交换器件 .11.2.3 光无源器件 .11.2.4 波长变换器件 .21.2.5 光纤光栅型器件 .21.2.6 光子集成器件 .2第二章 光电器件的特性 .32.1 光谱灵敏度的测试 .32.1.1 测试原理 .32.1.2 测试方法 .42.1.3 测试装置 .72.1.4 结论 .92.2 光谱特性的测试 .92.2.1 工作原理 .102.2.2 测量原理 .
7、102.2.3 测量方法 .112.2.4 结论 .142.3 温度特性测试 .142.3.1 光敏电阻的工作原理 .142.3.2 实验装置 .152.3.3 实验结果 .162.3.4 结论 .222.4 光照特性与伏安特性 .222.4.2 实验结果与讨论 .23第三章 总结与展望 .253.1 本文工作的总结 .253.2 实验展望 .25参考文献 .26致谢 .28天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书1第一章 绪论光电测量、通信和医疗等领域都弥漫着它的身影，它使得我们的生活更加方便。为了了解它的一些特性也就是在生活中的应用，我们要测量一些光电器件，帮助我们进一步认识它。光电器
8、件的特性有很多，这里我们就不一一列举了，我通过对光敏电阻、热释电探测器与光电倍增管来研究他们的一部分特性。首先我们需要了解其原理、测量方法、装置等，通过实验现象来了解其特性。首先我们要设计出光电器件特性的实验方案，然后研究常见的光电器件特性和拓展开发应用。1.1 光电器件的种类以其特性来分类，我们把它看做光电导和半导体发光等类型。光电效应有三种，在我们实验中研究的光电倍增管是外光电效应的典型器件，它灵敏度高、输出线性度好，频率特性好，但是它的使用麻烦，所以我们一般用它测量微光与一些反应速度快的实验。1.2 光电器件的应用与发展它的用处很多，很多地方都需要使用。换一种说法就是我们在一个光的世界中
9、。现在的研究方向是有机光电器件，主要以有机放光二级管和有机光伏等器件为主，这些是研究开发和应用的主要动力。我们来分类讨论一下，可以分为六种。下面我们就了解一下这六种器件。1.2.1 光有源器件它有 3 种类型，在单频激光器的制作上，我们大多都需要用到 MQW 结构、DFB 式或DBR 式结构。我们使用的大多都是光纤类型的。它分为两类：一种是掺铒，另外一种是掺氟,它又分为单泵浦与双泵浦，在远距离的信号传输上我们常用到光纤喇曼放大器。光纤激光器适用于标刻、材料的处理、材料弯曲、激光切割等用途。1.2.2 光交换器件随着科学的不段进步，网络是否具有可靠和灵活的特点让人很担心。光电交换器可以提高网速。
10、现在我们使用的网络大多数都是光纤网络，大多数都是以两条以上的光纤路由连到关键的节点。它可以测试光纤器件。随着不段的进步，光交换机将应用到很多方面。1.2.3 光无源器件对于光线领域来说，它具有举足轻重的作用。因为它自身的性质与特点我们可以通过它将网络信号输送到较远的地方。从用途上我们可分为光连接器、光耦合器、波分复用/解复用器。天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书21.2.4 波长变换器件主要利用光电光、光栅、波混合三种原理来设计制作的。波长变换器件主要应用于改变网络的速度问题。1.2.5 光纤光栅型器件主要应用于传感、滤波、色散弥补等器件。它能应用于全光通信，但有很多困难要克服，它的
11、发展能够帮助我们突破一些问题。它将是以后重要的研究对象，也是最实用的器件之一。1.2.6 光子集成器件很多应用于 WDM 系统的光学器件都是通过光子集成技术完成的。它可以使两处的温度相同,还可以在一个芯片上同时完成复用/解复用的操作。对于它的研究也可以帮助我们早日完成全光网络。第二章 光电器件的特性2.1 光谱灵敏度的测试2.1.1 测试原理单位辐射通量和光电流之比,就是经光照射后实验器件的光谱灵敏度。它的表达式为：)(/)(FIS式中: F ( ) 是单色辐射通量; ()表示饱和工作电压时的光电流（采用单色光照射）。若单位入射光子的能量为 hv ;它的外量子效率为 ( );探测器表面的反射比
12、为 ( )。所以在单位时间里由其表面接收到的光子数是： hvN/)(器件在有光的条件下，单位时间溢出电子数为： )/()(1hvFn假设一个电子的带电量是 q，那么：天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书3)/()(1qhvFI）（因为 v=C/ ，所以： KhcqhvIS )(1)()(其中： /1cqK我们来绘制一个 S()曲线来描述 S（）与波长的关系，那么这个曲线就是光电探测器件的光谱响应曲线，如图 2.1 所示。从下图我们能发现光电器件的光谱响应两端的截止波长分别是 ，又发现其峰值是31和。 2图 2.1 光电器件的光谱响应曲线0 321S（）2.1.2 测试方法一般情况下，我
13、们会用绝对与相对光谱灵敏度这两种方法来测量器件。经过对比，前者要比后者测试起来要麻烦很多，条件不容易达到。如果我们要测量 S()的话,第一我们要标定出一些需要的数据来帮助我们测量,我们可以根据这些数据来计算出 S 。平时我们想)(确定器件具有什么特性的时候，只要测得相对光谱灵敏度就可以了,换而言之，相对灵敏度的测量比绝对灵敏度的测量简单的多,它的实验条件我们很容易就可以达到。如果我们真的Fig 2.1 The spectral response curve of optoelectronic devices天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书4需要知道绝对光谱灵敏度，我们标定出某些元件
14、就可计通过计算得出绝对光谱灵敏度的数值。对于测试相对光谱灵敏度，我们可以回国头来看下图 2.1 的光谱响应曲线，从中我们就可以看出，光电器件的工作波长是有限制的。我们在选择测量工具时，标准元件必须使用无选择性的探测器（如：真空热电偶或热释电器件) 且是一个可以不间断提供单色光的光源才能真实测量光谱曲线，得到实测值。对于线性的光电器件在受到单色光照射后产生的光电流有： )()(SPIs它们曲线理论值如下图。S()S0 0 图 2.2 无选择性器件光谱响应的理论值Fig 2.2 Non selective spectral response theory如图，我们可以看出热释电探测器被波长为 的光
15、照射时，它所产生的光电流为： )()(00SPIs对于试验中的光电器件,用一束光照射被测器件，该光波长为 ，那么他产生的光电流为: )()(xsxSI式中: 是被测器件的光谱灵敏度。x我们用上述两个式子来做比值,由此可以得到：即 )()(00xxIS)()(00IkSxx式中 k 为比例系数。同理可得到：天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书5max0max0)()(IkSxx我们可以通过一个线性电路提取信号，由电压与电流成正比的依据来得出上式的测量值，由 可以得到：)()(00IkSxx）（ ）（ 00)(VXx式中: 为电流电压转换系数。对于无选择性器件,通过 经电流与k )()(0
16、0SPIs电压转换,可以得出: )()()(10FSkVio式中:F 1() 为单色光辐射通量； 为电压与电流的转换系数；V i0()为光电；I 0()k转换的电压。我们假设,所以 S0()被看做常数,则有:)()(10Ki式中： S0()=K 0 k设转换系数是 A,所以上式变为： )()(110 FAV式中 =A K。k我们再把被测器件经过一个阻值是 R 的转换电阻，通过 可知:)()(xsxSPI)()(2FRIVxi设转换系数是 A,所以上式变为： )()()()( 22FSKASxxx 式中 =A R。k将 与 相比：xV0)(/)(/1FSKx计算被照射物体照度 E，即：2/cos
17、/LIFE光源和位置都不改变时，则 I、接触光的面积元法线和照射进来的光线所形成的角 和天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书6L 不会发生改变,所以可得: 21/SF将上式代入,得: )(/(/120xxKV由于, =常数，于是 。取 =1 时,则:S)1 KVS）（）（ 0xx/0/)(Sxx我们一般用 100%作为灵敏度分布曲线的最大值,在求出其它灵敏度对这一最大值的相对值,这样即方便我们绘图而且绘出的曲线是相对的 ( 或归一化的 ) 光谱灵敏度曲线。归一化后可得到: %10)()(max0ax0VSxx式中： 。axa/x我们现在已经测得 和 ,通过这两个值我们可以得出相对光谱灵敏度。02.1.3 测试装置通过以上我们的研究，我们了解了测试原理和方法，现在让我们来设计一种能够帮助我们测试的光电检测系统用来帮助我们测量光谱灵敏度。现在我们来准备一套方案，这个方案我主要考虑了以下几个问题：根据现在我们掌握的理论知识，来设计合理的检测系统和装置结构,如光路系统、信号的提取和光电转换等都应该精准。以实验室仪器为准，优先考虑测量方便的途径。1.测试装置的原理下图为它的测试系统图，在实验前通过调制我标准光源变成了交流信号，这样更方便我在实验中信号的采集和处理。
