光电技术综合实验指导-（下）

的转换开关（正、反向切换按键）和电源开关等部件构成。

LED安装夹具主要用来安装被测LED发光管，使LED管芯发光部位恰好在读数度盘的回转中心上。度盘的刻度位于回转度盘前方窗口的下方（读数窗），便于操作者随时读取转角的刻度。LED安装夹具的上方有一个锁紧顶丝，松开顶丝后LED灯可以前后调动和转动，使LED灯前端点能够置于机械回转中心上。

光电接收装置（接收筒）中安 放一只直径17mm的硅光电池，它对LED发光中心所成的立体角为0.001sr，符合“中国光学光电子行业学会光电器件专业分会”对LED 发光角度特性测试方法的基本要求。转动度盘，从度盘前端的角度显示窗口中直接读出LED的转角，为各种角度测试提供准确的数据。

三块数字标的下方分别有三位切

图2.10-2 LED发光角度特性测试仪结构图

换开关，对数字电压表或数字电流表的量程进行切换。其中Ⅰ档量程最小，Ⅲ档量程最大。由于测量硅光电池输出的数字电压表在实验过程中很难出现高于200mV的电压，因此可以只使用Ⅰ档量程，其示值（读数为mV）。 （2）LED的安装与校准

先将LED的两只管脚插入夹具上的两个小孔中（注意标有黑点的小孔为负极，应插入较短的管脚），插入后将便可开机。开机后LED被点亮（如果不亮，请检查是否差错了管脚），读电流表的示值，注意不要超过管子的最大允许电流（应该控制在20mA之内）。可以通过电流调节旋钮进行调节，调好后，不再改变。

松开顶丝，转动LED及其夹具，使左侧电压表的读数最大，轻轻地拧顶丝，然后将如图2.10-3所示的定位标具插入中心孔，再旋松顶丝，使LED轻轻地顶到标准具的孔，然后旋紧顶丝，撤去标准具。 （1） 测量LED的发光强度分布

① 测量机械轴与光轴的偏差角

如图2.10-4所示为测量LED发光角度特性的实验原理图，图中的三道光栏与硅光电池构成一个空间立体角，空间角的轴线是固定的，记为PD轴。LED发光管的机械轴由其外形尺寸决定，YHLA-Ⅱ实验仪的LED夹持器具将其机械轴与PD轴共轴（用LED装置前的定位销钉定位），定位后，度盘的刻度值为0°。LED发出的光只有进入到标准立体角内的部分才能被硅光电池PD所接收。当安装在夹具上的LED灯发出的光沿Z轴最大

图2.10-4 LED发光角度特性测量原理图

时表明它的光轴与机械轴重合，转动旋转度盘使度盘刻度为0，观察并读出输出电压值。然后再转动度盘，边转动边读输出电压，当数字输出电压的示值达到极值Um时，停止，记录

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此时度盘的角度αm，αm既为LED的光轴与机械轴的偏差角。

测量时要注意LED发光角的轴线是空间分布的，如何找到LED的光轴是很重要的问题，需要旋转LED，使你所测量的光轴是真正的光轴。

② 测量LED半发光强度角θ1/2

半发光强度角θ1/2的测量方法与偏差角Δθ的测量方法极为相似，找到光轴后，记录度盘的角度αm，然后，先顺时针转动手轮，使LED绕发光中心顺时针转动，当数字电压表的示值为极值Um的一半时，记录此时度盘的角度值αR；再逆时针转动手轮使LED绕发光中心逆时针转动，再使数字电压表的示值为极值Um的一半，记录此时的度盘的角度值αL，则LED的半发光强度角θ1/2应为

θ1/2＝（αR－αL） （2.10-1）

测量LED半发光强度角θ1/2时也要注意LED发光角的轴线是空间分布的，找不准LED的光轴就不能测出真实的发光半角，实验过程中应该旋转LED，使接收器的输出为最大值才能找到真正的光轴。

5. 思考题：

1、分析上述实验过程中为什么要旋转被测LED？如何能找到LED的真正光轴？ 2、如果大屏幕用的LED光源要求具有宽范围的视角，应如何选用LED的半发光强度角θ1/2？

3、如果要用LED光源作为尺寸测量系统的远心照明光源，你应如何选用其办发光角？

6. 关机与结束：

1、将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；

2、先退出计算机软件，关掉计算机电源，再将实验平台的电源关掉；

3、最后，将所用的配件放回配件箱；将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。

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实验2.11 LED光谱特性的测量与光栅光谱仪

1. 实验目的：

LED灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度分布特性与光谱特性是人们普遍关心的重要特性，也是难于测量的特性。光源的光谱内含有丰富的信息，为此人们研制出各种光谱探测器进行物质化学成分的分析。安排这个实验有助于学生了解LED发出的光谱成分，并深入掌握光谱探测器的特性，更合理地运用它于分析不同光源的光谱。

2. 实验仪器：

1）光电综合实验平台主机； 2）发光光谱测试仪；

3）发出不同颜色光的被测LED器件；

3. 实验内容：

LED发光光谱特性既有别于LD（半导体激光器）又有别于钨丝灯等热辐射体的发光，它的单色性远不如LD，但是光谱范围是有限宽度的，具有较好的单色性，当然通过二次光致发光获得的“白光”LED的光谱较为丰富，但是仍然无法与钨丝灯等热辐射体的发光光谱相比。描述LED发光光谱特性的方法是测量它的光谱辐射带宽与功率分布。不同颜色与种类的LED发出的光谱辐射带宽与功率分布差异很大。在用LED构成大屏幕显示器应用领域为获得不同颜色的显示效果，必须对所用的LED器件进行光谱特性的测量，以便正确地配制出各种颜色的图案。

4. 实验步骤：

（1）熟悉测量仪器

LED光源光谱分布测量的实验要用到LED光谱分布测试仪，它的外形图如图2.11-1所示，其原理结构如图2.11-2所示。被测LED安装到LED光谱分布测量仪右侧的暗室内，它发出的光经过狭缝入射到反射光栅上，经反射分光后发出多色光带光谱，再经凹面反射镜汇聚到线阵CCD的像敏面上。CCD采集并输出载有LED光谱信息的信号电压，再经数据采集卡将其转换成数字信号送入计算机，在计算机软件的支持下形成的谱图显现在显示器上，其中的横坐标为以nm为计量单位的波长（λ），纵轴为16位二进制数（0~65535）。

图2.11-2 LED光谱仪原理框图 图2.11-1 LED光谱分布测试仪

光谱分布测试仪的右端是LED发光管的安装机构，由如图2.11-3所示它由LED灯座、固定套与外圈等三部分构成，将LED的两个电极插入2个插孔（注意标有白色标记的插孔插

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较长的正极）后，先将定位套套住LED，然后再将外套拧在LED灯座上，旋紧顶丝。

再将LED灯拧到右边的可调狭缝上的螺纹口上。 （2）构成测量系统

实验时，先将LED光谱分布测试仪

图2.11-3 LED灯安装结构图

用USB连接线与计算机的USB端口（光电综合实验平台的USB接入端口）相连接，再将电源线插到AC220V电源板上，如果只测量LED的光谱，则先将仪器右侧的LED安装装置拧下，将被测的LED插入管座，再将其拧在一起，将直流电源连接线接入仪器右侧的电源插口中便完成了测量系统的安装。 （3）开机与测量

开机时，先开光谱仪的电源，然后再启动计算机，查看是否安装了测量软件？若没有安装，请按光谱仪软件安装说明书提示的步骤安装软件，软件安装后，可以直接执行光谱采集软件，弹出光谱分布测量程序界面，界面的上层菜单为基本操作控制主菜单，它与通用“word”文档内容相同，而最下边一行的菜单为操作菜单，其中“打开”与“保存”菜单是对文档进行打开与保存的操作，“打开”已经保存的文档与“保存”现在正在执行的结果文档；“曲线”菜单是将CCD采集到的光谱信号以波形曲线方式显示在界面上；“数据”菜单是将CCD采集到的数据按一定的数据格式显示在界面上；“连续”菜单是执行菜单，点击“连续”菜单，在计算机显示屏上将显示出如图2.11-4所示的黄色LED发出光谱的分布曲线。“停止”菜单是执行停止采集的操作，点击“停止”菜单后，CCD的采集工作将停止，界面上显示点击“停止”菜单后的结果曲线；“单次”菜单也是执行菜单，点击它以后，线阵CCD只采集一行信号，并将这一行信号以波形曲线的方式显示在界面上；“0ms”菜单是控制所采集到的光谱在

图2.11-4 黄色LED的光谱分布

界面上停留的时间，点击这个菜单，可以弹出不同的时间选择，改变光谱曲线在界面上停留

的时间。“积分3档”是控制线阵CCD积分时间参数的功能菜单，当前选择的为积分时间是“第3档”。点击它可以弹出多种积分时间的选择菜单，实现对不同强度光谱的观测；“关于”菜单是注释菜单，对光谱测量没有关系。

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