光电探测器件光谱响应特性测试 实验目的 （1)使学生加深对光谱响应概念的理解； （2)掌握光谱响应的测试方

光电探测器件光谱响应特性测试

实验目的

(1)使学生加深对光谱响应概念的理解；

(2)掌握光谱响应的测试方法；

(3)熟悉热释电探测器件以及硅光电二极管的使用。

实验内容

(1)用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线；

(2)用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。

实验基本原理

光谱响应是光电探测器件的基本性能参数之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应，通常热探测器的光谱响应较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。

通常，测量光电探测器件的光谱响应，多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光，来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号U(λ)。但由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P(λ)需要利用参考探测器(基准探测器)。即使用一个光谱响应为R_f(λ)的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出(例如为电压信号)U_f(λ)可得单色辐射功率P(λ)=U_f(λ)/R_f(λ)

实验装置

本实验采用下图所示的实验装置。它用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，从而可得到单色光功率P(λ)。

实验用钨丝灯作光源，用6V5A直流稳压电源对钨丝灯供电，光源发出的光由聚光镜会聚于单色仪的入射狭缝上，并在狭缝前用同步电机带动的调制盘对入射光束进行调制。光栅单色仪把入射光分解成单色光，并从出射狭缝射出。转动单色仪的波长手轮。在出射狭缝后分别用热释电探测器和硅光电二极管进行测量，所得光电信号经放大后，由毫伏表指示。

下面简要介绍实验装置的各个部分。

1．WD30光栅单色仪的光学系统

上图是单色仪光学系统的示意图，聚光镜把光源发出的光会聚于单色仪入射狭缝S₁上，光束经狭缝B₁射向球面反射镜M₁。由于S₁位于M₁的焦面上，因此，经球面镜M₁反射后的光束为平行光束。平行光束经平面光栅G分光后，不同的波长以不同的入射角投向球面反射镜M₂。球面镜M₂把分光后的光，聚焦在焦面上，并形成波长不同的一系列光谱线。出射狭缝S₂位于球面镜M₂的聚焦面上。狭缝S₁和S₂开得很窄，测量时转动手轮使光栅转动，在出射狭缝S₂处，就会得到各个光谱分量的输出。输出光的波长，可在手轮计数器上读出。仪器备有四块光栅，分别对应着可见光和红外区四个光谱段。本实验采用1200线/mm光栅。此时的输出波长为手轮计数器读数的二倍。

2．热释电探测器

本实验所用的热释电探测器件是钽酸锂热释电器件，前置放大器与探测器装在同一屏蔽壳里。这种前置放大器工作时，需要供给正12V电压。为减小噪声，用干电池供电。热释电探测器件的典型调制特性

3．选频放大器

由于分光后的光谱辐射功率很小，通常都要将信号放大。虽然，热释电探测器件和光电二极管都带有前置放大器，但仍需要接选频放大器放大。其中心频率f₀与调制频率一致(这里为25Hz)。

4．钨丝灯

实验用光源为钨丝灯，它的电源电压在0～6V可调。本实验，用6V5A直流稳压电源对钨丝灯供电。

5．调制盘

由于光源发出的光由聚光镜会聚于单色仪的入射狭缝上，需要在狭缝前用同步电机带动调制盘对入射光束进行调制。该调制盘的电机，使用220V电压。