| Politechnika Lubelska |
|---|
| Laboratorium Czujników Optoelektronicznych |
Grupa 2: Moczulski Mateusz Omiotek Krzysztof Paczek Anna |
Temat ćwiczenia: Półprzewodnikowe źródła światła |
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z wybranymi właściwościami półprzewodnikowych źródeł światła na przykładzie diody LED i lasera półprzewodnikowego.
2. Stanowisko badawcze
Układ pomiarowy składa się z dwóch półprzewodnikowych źródeł światła ze sterownikiem oraz umożliwionym pomiarem napięcia pracy źródła światła. Detektor światła również jest wyposażony w woltomierz do pomiaru napięcia. Źródło światła sprzęgane jest z detektorem bezpośrednio oraz za pomocą światłowodu i soczewki GRIN.
3. Wyniki pomiarów
Tabela 3.1. Wyznaczanie kąta rozbieżności wiązki.
| Źródło światła | L | Ø1 | Ø2 | Øśr | α |
|---|---|---|---|---|---|
| [mm] | [mm] | [mm] | [mm] | [] | |
| LED | 17 | 4 | 5 | 4,5 | 15 |
| LD | 17 | 3 | 15 | - | - |
W przypadku laserowego źródła światła wiązka przyjmuje kształt prostokątny, dlatego niemożliwe jest wyznaczenie średniej średnicy promienia.
Tabela 3.2. Bezpośrednie sprzężenie źródła światła z detektorem.
| Źródło światła | LP | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LED | U1 [V] | 0,06 | 0,47 | 0,94 | 1,41 | 1,88 | 2,35 | 2,82 | 3,29 | 3,78 | 4,25 | 4,79 |
| U2 [V] | 0,12 | 0,23 | 0,26 | 0,271 | 0,279 | 0,285 | 0,29 | 0,293 | 0,297 | 0,3 | 0,302 | |
| LD | U1 [V] | 0 | 5,39 | 5,4 | 5,8 | 6 | 6,2 | 6,6 | 7,2 | - | - | - |
| U2 [V] | 0 | 0 | 0,091 | 0,094 | 0,1 | 0,103 | 0,111 | 0,144 | - | - | - |
Tabela 3.3. Sprzężenie źródła światła z detektorem za pomocą światłowodu.
| Źródło światła | LP | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LED | U1 [V] | 0,06 | 0,22 | 0,41 | 0,81 | 1,2 | 1,6 | 2 | 2,4 | 2,8 | 3,2 | 3,6 | 4 | 4,4 | 4,8 |
| U2 [V] | 0,012 | 0,021 | 0,03 | 0,041 | 0,05 | 0,062 | 0,066 | 0,08 | 0,088 | 0,099 | 0,109 | 0,115 | 0,123 | 0,133 | |
| LD | U1 [V] | 0 | 2,21 | 5,58 | 5,77 | 5,85 | 6,1 | 6,3 | 6,5 | 6,72 | 7,23 | - | - | - | - |
| U2 [V] | 0 | 0,07 | 0,0737 | 0,0783 | 0,0806 | 0,0848 | 0,0893 | 0,0938 | 0,0987 | 0,116 | - | - | - | - |
4. Obliczenia
$$\alpha = 2arcsin\left( \frac{O}{2\sqrt{L^{2} + \left( \frac{O}{2} \right)^{2}}} \right)$$
LED
$$\alpha = 2arcsin\left( \frac{4,5}{2\sqrt{17^{2} + \left( \frac{4,5}{2} \right)^{2}}} \right) = 15$$
5. Wnioski
W czasie wykonywania pomiaru napięć dla źródła laserowego mieliśmy trudności w nastawieniu odpowiedniego napięcia zasilającego, któro umożliwiłoby poprawne przeprowadzenie pomiarów. Nagraliśmy wskazania obu mierników ( podłączonego do detektora oraz do źródła światła) i odtwarzając nagranie w zwolnionym tempie odczytaliśmy odpowiednie wartości. Metoda ta mogła wprowadzić błąd do wykonanych przez nas pomiarów lecz była konieczna w celu wykreślenia charakterystyki.
Zauważyliśmy, że dioda LED generując słabo skolimowaną wiązkę światła, w trakcie bezpośredniego sprzężenia z detektorem, oświetla go w znacznym stopniu, generując dużą moc optyczną w całym zakresie swojego działania. Laserowe źródło światła z kolei po osiągnięciu progowego zasilania załączało się oświetlając detektor wiązką o maksymalnej mocy, niższej niż w przypadku diody LED (laser max – 0,144 V; LED – max 0,3 V).
Kolejnym wnioskiem jest to, że przy połączeniu źródła światła z detektorem za pomocą światłowodu, występują straty mocy optycznej. Dla źródła laserowego strata ta jest nieznaczna , na poziomie ~0,03V. Połączenie diody LED z światłowodem powoduje utratę mocy na poziomie 60%.