光学实验PIN（七~八）

实验七 PIN光电二极管光谱特性测试实验

实验目的

1.了解PIN光电二极管的工作原理和使用方法； 2.掌握PIN光电二极管的光谱特性及其测试方法。

实验内容

PIN光电二极管的光谱特性测试

实验仪器

PIN光电二极管综合实验仪一台 连接导线若干

实验原理

以等功率的不同单色辐射波长的光作用于PIN光电二极管时，其相应程度或

电流灵敏度与波长的关系称为PIN光电二极管的光谱响应。图7-1为两种不同材质的光敏二极管的光谱响应曲线。由该曲线可以看出，典型硅光敏二极管光谱响应长波限约为1.1μm，短波限接近0.4μm，峰值响应波长约为0.9μm。

硅光电二极管光谱响应长波限受硅材料的禁带宽度Eg的限制，短波限受材料PN

结厚度对光吸收的影响，减薄PN结的厚度可提高短波限的光谱响应，锗的光谱响应范围较宽。

PIN光电二极管光谱响应特性的测量非常复杂，它需要各种单色光源，而且，

必须使各种单色光源在被测器件光敏面上的光照度严格相等。在上述条件满足的情况下才能真正测得PIN光电二极管的光谱响应。我们这里涉及了简单的测量PIN光电二极管光谱特性测量的实验，通过测量在一定光照度下的单色光对PIN光电二极管的光生电流的关系曲线来近似光谱响应曲线。实际上，这种方法也能较好地反映PIN光电二极管的光谱响应特性。

实验步骤

1.如图所示连接电路，将脉冲发生单元S1、S2、S3开关拨向上；

2.照度计换至“200Lx”档，电压表换至”20V“档，电流表换至“20μA“档，

逆时针旋动”电源调节“旋钮至不可调位置。

3.打开实验箱电源，调节照度计”调零“旋钮，至照度计显示为”000.0“为

止，关闭实验箱电源。

4.连接光路单元结构红色插孔至照度计输入”＋“插孔，连接光路单元结构

黑色插孔至照度计输入”GND“插孔。

5.打开实验箱电源，此时光源指示显示”0“。

6.调节”电源调节“旋钮，使电压表示数为”10.00“V。

7.迅速按下”颜色切换“旋钮，然后弹起，使”光源指示“显示为”1“，

按”照度加“或“照度减“按钮，使照度计显示在”80.0Lx“左右。记录此时电流表示值，并记录。

8.按照步骤7调节”颜色切换“按钮至”光源指示“分别显示2,3,4,5,6，调

节对应光源下的照度至”80.0“Lx左右，同时记下在各个光源80Lx照度下电流表示值，并记录。

9.将”电源调节“旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭实验箱电源。

实验数据及分析

PIN光电二极管光谱特性测试

光源标号 电流（μA） 1（红色） 2（橙色） 3（黄色） 4（绿色） 5（青色） 6（蓝色） 13.15 9.7 7.12 3.46 3.27 3.10

实验八 PIN光电二极管灵敏度测试实验

实验目的

1.了解PIN光电二极管的工作原理和使用方法； 2.掌握PIN光电二极管的灵敏度定义及其测试方法。

实验内容

PIN光电二极管的灵敏度测试

实验仪器

PIN光电二极管综合实验仪一台 连接导线若干

实验原理

PIN光电二极管实际上就是其中一种特殊的光敏二极管，通过课本知识我们

已经知道，光敏二极管的全电流方程为： I=?

?????????

1????????

Φ??,??+????(??

?????????1) (8-1)

定义光敏二极管的电流灵敏度为入射到光敏面上辐射量的变化（例如通量变化dΦ）引起电流变化dI之比。通过对式（8-1）进行微分可以得到 ????=dΦ

??????????

???

1???????? (8-2)

当某波长??的辐射作用于光电二极管时，其电流灵敏度为与材料有光的常数，

表明PIN光电二极管的光电转换特性的线性关系。必须指出，电流灵敏度与入射辐射波长??的关系是很复杂的，因此在定义PIN光电二极管的电流灵敏度时，通常将其峰值响应波长的电流灵敏度作为PIN光电二极管的电流灵敏度。在式

（8-2）中，表面上看它与波长??成正比，但是，材料的吸收系数α还隐含着与入射辐射波长的关系。因此，常把PIN光电二极管的电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。

按照PIN光电二极管电流灵敏度的定义，实验采用红光作为测量光源，相对

于其他光源来说，红光的波长更加接近于光谱响应曲线的峰值波长。

实验步骤

1.如图所示连接电路，将脉冲发生单元S1开关拨向上，S2、S3拨向下。

2.照度计调至“200Lx”档，电压表换至“20V”档，电流表换至“2μA”

档，逆时针旋动“电源调节”旋钮至不可调位置。

3.打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照度计显示为“000.0”

为止，关闭实验箱电源。

4.连接光路单元结构红色插孔至照度计输入“+”插孔，连接光路单元结构

黑色插孔至照度计输入“GND”插孔。

5.打开实验箱电源，此时光源指示显示”0“。

6.调节”电源调节“旋钮，使电压表显示为”10.00V“。

7.迅速按下”颜色切换“按钮，然后弹起，使”光源指示“显示为”1”,按

“照度加”或“照度减”按钮，使照度计显示在“00.0”Lx左右。

8.将S1拨向下方，记录此时的电流表示值??1。

9.将S1拨向上方，按“照度加”按钮，使照度计显示在“10.00”Lx左右。

记下此时电流表示值??2。

10.计算该偏压下的PIN光电二极管的红光电流灵敏度????=

??2???110????

。

11.将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭实验箱电源。

实验数据及分析

实验测得??1=0.144μA，??2=1.262μA。所以灵敏度????=

??2???110????

=0.0118????/lx。

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