光学设计性实验-1.docVIP

发光二极管参数的测量和研究 发光二极管广泛应用于户外显示屏、交通灯、汽车灯及电子设备和工业设备指示灯等方面,因其具有体积小、功耗低、寿命长、反映速度快、适合量产等诸多优点发光二极管符合节能、环保的绿色照明光源。目前它已进入功能性照明领域，正在逐步进入普通照明领域，以替代白炽灯和荧光灯。光波，其中， ，是半导体带隙宽度， 的单位是eV, 的单位是nm 但各波列之间没有固定的相位关系，它们可以有不同的偏转方向，而且每个粒子所发射的光沿所有可能的方向传播，这就是通常所说的自发发射跃迁。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进人对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。 LED的光学参数测定目前人们公认的光通量测试、发光强度测试、光强分布测试、光强功率分布和色度参数测试。此外，LED的正向工作电压（一般定义注入电流20mA）、热特性参数、外部量子效率、色度等也是需要关注的。测量以上参数，基本就能够满足各方面对LED测试的基本要求。 2.光度学的几个概念 ⑴光通量：辐射体发出的不同波长的光对人眼是有不同的灵敏度的。其对应的生物物理量为视见度函数，对于明视觉，若辐射体的光谱辐射通量为，其光通量的表达式为： ，为辐射的光谱光效能的最大值，在明视条件下的值为6831 (当)，单位为流明（lm） ⑵发光强度（光强I） 光源在给定的方向单位立体角内发出的光通量为光源在该方向上的发光强度，单位为坎德拉（cd） ⑶光照度E 在被照物体表面上，单位面积内接受到的光通量称为光照度，它是表征表面被照明程度的量 单位是勒克斯（lx） 二、实验内容 1. 伏安特性测试 自行设计测试电路，经老师检查后才能进行实验 表1 发光二极管（红色、绿色、白色） 次 数 n l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 绘制出发光二极管的伏安特性曲线 给出一例作参考 注：导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”11.3mm），这样测得的光强是平均值。而且这个平均值与测量的具体距离有关。为此，国际照明委员会（CIE127-1997）在1997给出两种试行标准 CIE测定LED平均光强的条件A和B 条件 测量距离(mm) 探测器面积(mm2)，直径(mm) 立体角(sr) 平面角 A 316 100(11.3) 0.001 20 B 100 100(11.3) 0.01 6.50 光通量测试： 发光二极管有多种颜色、多种外部形状的，我们可根据二极管的不同工作电压（电流）测定测定二极管的光通量，计算发光二极管的发光效率。 按如下图示搭建器材，实验操作步骤详见实验室操作板。 3.光谱特性测试 a.光栅单色仪的结构 b. LED的光谱特性及测试方法 由于LED没有光学谐振腔选择波长，所以它的光谱是以自发发射为主的光谱，图中显示出了LED的典型光谱曲线。发光光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长称为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为谱线宽度（简称线宽），其典型值在30－40nm之间。峰值波长和谱线宽度的测试方法。将发光二极管波长扫描范围从短波段到长波段（不同的二极管范围不一样），光强峰值处对于的波长即为发光峰值波长；最大值的一半处对应的波长范围即为光谱谱线宽度。 通常给LED注入不同电流，它的峰值波长和相对强度都会发生相应变化。 当器件温度升高时，光谱曲线随之向右移动，相对强度也发生变化。从峰值波长的变化可以求出LED的波长温度系数。 三．实验内容和步骤 详见实验室操作板 5 光 P电极（＋） N电极(-) 有源层 N型隔离层 P型隔离层 N型衬底 边发射LED结构截面 分光系统 光源 接收系统 透镜 图1 单色仪的组成 PMT M2 G M1 S1：入射狭缝 S2：出射狭缝 M1：离轴抛物镜 G：闪耀光栅 M2：反光镜 PMT：光电倍增管 S2