ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Исследование зависимости интенсивности лазерного излучения от величины тока, протекающего через p-n переход

 

1. Включить лазер, переключив тумблер Т в положение «Вкл».
2. Поставить перед фотоприемником вспомогательный экран (лист белого картона) для наблюдения формы и структуры лазерного пучка.
3. Изменяя сопротивление R_П (ручка регулировки расположена на верхней поверхности блока лазера), проследить, как изменяется форма пучка и его интенсивность при изменении тока через p-n переход.
4. Включить измерительные приборы М₁ и М₂ и установить необходимые режимы (М₁ на измерение напряжения и М₂ на измерение тока).
5. Отъюстировать оптическую систему таким образом, чтобы лазерный пучок попадал в центр фотоприемника.
6. Изменяя ток через p-n переход потенциометром R_П снять показания прибора М₁ (U_ПЛ) и показания прибора М₂ (I_ФП) для 15-20 точек в максимально возможном интервале значений. Данные занести в таблицу 1.1.

 

 

 

1. Выключить лазер, переключив тумблер Т в положение «Выкл».
2. Измерить сопротивление R₁ с помощью мультиметра (М₁) по шкале измерения сопротивления.
3. Данные показать преподавателю

 

 

Таблица 1.1. Данные для построения зависимости интенсивности излучения лазера от тока, протекающего через p-n переход.

 

№	Прибор М1 UПЛ,мВ	Ipn,мА	Прибор М2 IФП, мкА

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

 

Исследование зависимости степени поляризации излучения от величины тока, протекающего через p-n переход

Для получения зависимости степени поляризации излучения исследуемого лазерного модуля от тока через переход необходимо заполнить таблицу 1.2.

 

1. Установить поляризационный светофильтр на оптической оси системы.

 

2. Установить максимальное значение интенсивности излучения лазера

3. Измерить U_ПЛ, данные занести в таблицу 1.2.

 

4. Медленно вращая поляризационный светофильтр, определите величину максимальной интенсивности излучения, прошедшего ПС (Iмах), и минимальной интенсивности излучения (Iмin). Данные занести в таблицу 1.2.

 

5. Изменяя интенсивность излучения, провести измерения по п.п.2-4 для 8-10 значений тока через p-n переход (I_pn) в светодиодном и лазерном режимах работы модуля.

 

6. Выключить лазер, переключив тумблер Т в положение «Выкл».

 

7. Измерить значение R₁, необходимое для проведения расчетов.

 

8. Данные показать преподавателю

 

Таблица 1.2.Данные для получения зависимости степени линейной поляризации (P)от тока через p-n переход. № изм. Прибор М 1 UПЛ,мВ Ipn,мА Прибор М2 IФП, мкА   P= (Iмах -Iмin)/Iмах Iмах Iмin

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Рассчитать величину тока через p-n переход для каждого значения U_ПЛ, используя закон Ома:

 

I_pn = U_ПЛ/ R₁.

 

Результаты вычислений занести в таблицу 1-1.

 

2. Построить график зависимости I_ФП от I_pn.

 

3. Определить величину порогового тока I_пор

 

4. Определить коэффициенты (k_св и k_лаз), характеризующие изменение интенсивности излучения в светодиодном и лазерном режимах работы модуля, используя аппроксимацию каждого режима прямой линией.

 

I_ФП = k I_pn, k – коэффициент линейной зависимости.

 

5. Рассчитать значения I_pn и Р, заполнив таблицу 1.2

 

6. По полученным данным построить график зависимости P от I_pn.

 

7. Проанализировать полученные результаты.

 

 

Лабораторная работа 1-2

Полупроводниковые детекторы оптического излучения

Цель работы: Изучение конструкции, принципов работы и использования в устройствах оптоинформатики приемников оптического излучения на основе полупроводниковых диодов.

Задачи, решаемые в работе

 

1. Знакомство с принципом работы и конструкционными особенностями полупроводниковых фотодиодов на основе p-n перехода.

2. Исследование характеристик фотодиода в фотогальваническом и фотодиодном режимах работы.

3.Определение диапазона линейности фотодетектора при проведении измерений интенсивности лазерного излучения в различных режимах работы фотодиодов.

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Приёмники оптического излучения (фотоприёмники), представляют собой устройства, в которых под действием оптического излучения происходят изменения, позволяющие обнаружить это изменение и измерить его характеристики. Фотоприёмники преобразуют энергию оптического излучения в другие виды энергии (тепловую, электрическую, механическую и т. п.), более удобную для измерений. По принципу действия все фотоприёмники подразделяются на две группы: тепловые, интегрирующие результаты воздействия излучения за длительное время, и более быстродействующие - фотоэлектрические.

Основными параметрами приёмников оптического излучения являются:

1. Энергетическая (световая) характеристика, которая определяет зависимость реакции приёмника от интенсивности падающего излучения (ампер-ваттная, вольт-ваттная, люкс-ваттная).
2. Спектральная характеристика чувствительности, которая определяет зависимость реакции фотоприёмника на воздействие излучения с различной длиной волны.
3. Частотная характеристика, которая определяет зависимость чувствительности фотоприёмника от частоты модуляции и характеризует инерционность приёмника.
4. Пороговая чувствительность, которая определяет минимальный уровень мощности излучения, который может быть обнаружен на фоне собственных шумов.

Приёмники оптического излучения на основе полупроводников с p-n переходом (фотодиоды), используются в устройствах оптоинформатики для преобразования входного оптического сигнала в электрический за счёт того, что в области p-n перехода полупроводника поглощаемый фотон образует пару новых

 

 

носителей заряда – электрон и дырку. Количество этих пар пропорционально количеству падающего света. Электрическое поле, существующее внутри перехода (рис. 2-а), затягивает эти электроны в n-область а дырки – в p-область. Поэтому при разомкнутой цепи – n-область заряжается отрицательно, а p-область – положительно, т.е. в p-n переходе возникает эдс (фотоэдс). А при замыкании внешней цепи в ней возникает ток. Такой режим использования фотодиода в качестве фотоприёмника (без внешнего электрического поля) называется фотогальваническим.

При подаче на p-n переход обратного напряжение смещения ширину запирающего слоя можно увеличить (рис. 2-в). Такой режим использования фотодиода в качестве фотоприёмника называется фотодиодным. Фотодиодный режим обладает рядом достоинств по сравнению с фотогальваническим: малой инерционностью, повышенной чувствительностью к длинноволновой части спектра, широким динамическим диапазоном линейности характеристик. Основной недостаток этого режима – наличие шумового тока, протекающего через нагрузку. Поэтому, при необходимости обеспечения низкого уровня шума фотоприёмника в ряде случаев фотогальванический режим может оказаться более выгодным, чем фотодиодный.

Одной из задач данной лабораторной работы является определение диапазона линейности энергетической характеристики исследуемых фотодиодов при двух схемах включения: фотогальванической схеме и схеме фотодиода (рис.2-1). Следует отметить, что диапазон линейности фотодиодов можно увеличить не только с помощью приложения обратного напряжения смещения, но и с помощью увеличения сопротивления нагрузки R.

Излучение

R

б

а

Излучение

R

ИП

Рис. 2-1. Использование фотодиода в фотогальваническом (а) и фотодиодном (б) режимах. R – сопротивление нагрузки, V – вольтметр, ИП – источник питания.