LED的光电转换特性P-I和光谱特性测试

1、1LED的光电转换特性（的光电转换特性（P-I）和）和光谱特性测试光谱特性测试丛妍丛妍2实验目的实验目的l1.了解了解LED电流注入与辐射功率的关系及其测电流注入与辐射功率的关系及其测量方法；量方法；l2.了解了解LED的辐射（发光）效率；的辐射（发光）效率；l3.了解了解LED的光谱特性及其测试方法；的光谱特性及其测试方法；l4.根据根据LED的谱宽进一步理解其自发光机理；的谱宽进一步理解其自发光机理；l5.了解光电探测器的信号放大、处理的原理。了解光电探测器的信号放大、处理的原理。3实验原理实验原理l光电转换特性光电转换特性LED的光输出功率与注入电的光输出功率与注入电流流 的关系曲线，即

2、的关系曲线，即P-I曲线。曲线。4实验原理如图：实验原理如图：l测试时，调整测试时，调整LED发光面和探测器接收面互相平行发光面和探测器接收面互相平行且尽量靠近。调节恒流源，使其正向电流且尽量靠近。调节恒流源，使其正向电流IF连续变连续变化，从光功率计得到对应的光功率。化，从光功率计得到对应的光功率。l更准确的测量需用到积分球。积分球表面具有超高更准确的测量需用到积分球。积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发出的所有光辐射发出的所有光辐射能量收集起来，在位于球壁的探测器上产生均匀的能量收集起来，在位于球壁的探测器上产生均匀的与光（辐射）通量成比例的光与光（辐

3、射）通量成比例的光(辐射辐射)照度，用合适照度，用合适的探测器将其线性的转换成光电流，再通过定标确的探测器将其线性的转换成光电流，再通过定标确定被测量大小。测量光通量的光探测器应具有定被测量大小。测量光通量的光探测器应具有CIE标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应，测量标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应，测量辐射通量的探测器应具有恒定的光谱响应，或者在辐射通量的探测器应具有恒定的光谱响应，或者在被测被测LED光谱响应范围内经过辐射度校准的探测器。光谱响应范围内经过辐射度校准的探测器。 5l光谱曲线上光功率最大时所对应的波长为发光峰值波长光谱曲线上光功率最大时所对应的波长为发光峰值波长P，

4、光谱曲线上两个，光谱曲线上两个半光功率点半光功率点0.5，0.5所对应的波长差所对应的波长差称为称为LED谱线宽度（简称谱宽），谱线宽度（简称谱宽），其典型值在其典型值在3040nm之间。之间。 lLED光谱测试原理如图光谱测试原理如图4-2所示，分为入射光部分、分光部分和探测器信号所示，分为入射光部分、分光部分和探测器信号处理部分三大块。基本思路是通过单色仪分光（单色仪由步进电机控制），处理部分三大块。基本思路是通过单色仪分光（单色仪由步进电机控制），将连续光谱变成近似单色光，通过探测器及相应的放大、将连续光谱变成近似单色光，通过探测器及相应的放大、A/D转换、采集电转换、采集电路，在计算机

5、上得到光谱曲线。路，在计算机上得到光谱曲线。 6实验步骤实验步骤l将待测红光将待测红光LED接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板“LED/LD驱动驱动”部分的部分的“正向电压正向电压”端口，将胶木模块固定在转台导轨端口，将胶木模块固定在转台导轨上。电压表量程选择上。电压表量程选择20V，电流表量程选择，电流表量程选择200mA，用导线连好。将探测，用导线连好。将探测器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使LED尽量靠近探测器探测器。尽量靠近探测器探测器。l打开打开“LED/LD驱动驱动”开关，缓慢增

6、加开关，缓慢增加LED的正向电流，计下正向电压、的正向电流，计下正向电压、电流，通过计算机读出相应的功率读数，计算机软件会显示所得到的数电流，通过计算机读出相应的功率读数，计算机软件会显示所得到的数据和图表。据和图表。 l将插入红光将插入红光LED的胶木棒和圆筒一起固定在单色仪入口位置，入口狭缝的胶木棒和圆筒一起固定在单色仪入口位置，入口狭缝调到最大。将装有光电三极管的胶木棒置入单色仪出口狭缝的套筒，出调到最大。将装有光电三极管的胶木棒置入单色仪出口狭缝的套筒，出口狭缝缝宽调整到口狭缝缝宽调整到1mm。打开。打开LED电源，将电流调节至电源，将电流调节至IF40mA。l将单色仪出口波长调整到将

7、单色仪出口波长调整到380nm，然后以，然后以10nm的步距在的步距在3801080nm之之间扫描，观察探测到的数据。记下最大值间扫描，观察探测到的数据。记下最大值P0对应的波长对应的波长P1。 l在在P1左右各左右各10nm的波长范围内改为的波长范围内改为1nm的步距扫描，得到新的最大值的步距扫描，得到新的最大值P2，P2就是就是LED的峰值波长，记为的峰值波长，记为P。 l以以P为中心，取两个波长为中心，取两个波长1=P-15，2=P+15，分别以，分别以1，1为中心，在其为中心，在其左右各左右各5nm的波长范围内改用的波长范围内改用1nm的步距扫描，得到最接近的步距扫描，得到最接近1/2

8、P的两个波的两个波长长1/2 ，1/2。 7实验记录实验记录l表格仅作参考，实际测试中应取更多数据。根据实验数据，表格仅作参考，实际测试中应取更多数据。根据实验数据，绘制绘制LED的的P-I曲线。曲线。 l本实验由软件处理和显示曲线。根据光谱曲线，得到峰值本实验由软件处理和显示曲线。根据光谱曲线，得到峰值波长波长P和谱宽和谱宽=1/2-1/28思考题思考题l1. 比较辐射效率和发光效率这两个物理概念；比较辐射效率和发光效率这两个物理概念； l2. 光电探测器测量光功率的原理是什么，如何设光电探测器测量光功率的原理是什么，如何设计光功率计？计光功率计？l3. 单色仪是如何分光的？单色仪是如何分光的？ l4. 测量光谱特性时，是否一定要使探