Photodetektoren

Optoelektronik Übung
Photodetektoren
OE 02
1 Theoretische Vorbereitung
a) Beschreiben Sie kurz den Vorgang der Absorption von Licht bei Halbleitermaterial mit einer Skizze des
Energieniveaus.
b) Nennen Sie zwei Merkmale, die bei der Konstruktion eines Detektors wichtig sind, damit er einen
möglichst großen Lichtstrom erfassen kann und eine hohe Empfindlichkeit bekommt.
c) Nennen Sie drei physikalische Kenngrößen, die das Rauschen eines elektronischen Verstärkers
mitbestimmen. Ordnen Sie nach Wichtigkeit.
d) Was ist der Unterschied zwischen einer Photodiode und einem Photowiderstand?
2 Aufgabenstellung
1) Konstruieren Sie einen Messaufbau aus denen unter Punkt 5
genannten, Komponenten. Beim Aufbau ist darauf zu achten, dass
Umwelteinflüsse möglichst ausgeschlossen werden können,
sodass die LED bei der Zielwellenlänge auf ihre Empfindlichkeit
untersucht werden kann.
2) Messen Sie am Ausgang des Verstärkers die durch den
belichteten Photodetektor erzeugte Spannung. Führen Sie die
Messung für jeden der 7 optischen Filter durch und fertigen Sie je
eine Messreihe für die vorhandenen unbekannten Detektoren an.
Abbildung 1 Photodiode BPW 21
Wiederholen Sie die Messung mit dem Photowiderstand
3) Erwärmen Sie den jeweiligen Detektor mittels Fön auf eine Temperatur nach Wahl (> 60°C).
Kontrollieren Sie die Temperatur durch den NTC-Widerstand und wiederholen Sie die Messreihen von
2) für die durch Fön erhöhte Temperatur.
3 Messanleitung
Für beide Versuchsabschnitte erhalten Sie vor Ort eine kurze Einweisung durch den Laboringenieur.
4 Auswertung
• Fertigen Sie ein Diagramm der relativen spektralen Empfindlichkeit als Funktion der Wellenlänge an.
Tragen Sie beide Detektorverläufe für jede der zwei Temperaturen dort ein.
• Bestimmen Sie die Typen der beiden vorliegenden Detektoren anhand Ihrer vorliegenden
Messergebnisse.
• Diskutieren Sie die Veränderung des Verlaufes durch die Erhöhung der Temperatur. Wodurch wird sie
verursacht.
• Fehlerrechnung oder statistische Auswertung mit Angabe der Vertrauensbereiche.
5 Geräte
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Si-Fotoempfänger BPW 21 / 34B mit Messverstärker (GOS Reg. 8 / # 116)
Photowiderstand
NTC K164 Epcos B57164
Richtleuchte (GOS Reg. 7 / # 206) mit Netzgerät (12 V / 10 A)
Interferenzfilter Rund (GOS Reg. 9 / # 211)
Digitalmultimeter DT-21 o. VC-270 (GOS Reg. 1 / # 114 o. # 124)
Stab. Netzteil, Optische Bank, Reiter, Halter
6 Literaturhinweise
[1] SCHRÖDER, Gottfried: Technische Optik. 10. Aufl. Würzburg: Vogel, 2007, S. 155 ff., S. 245 ff.
[2] VORLESUNG: Optik Design und Optische Geräte Grundlagen. Berlin: Beuth Hochschule.
[3] LEUSCHNER, Bernd; NEUMANN, Reiner: Messgerätekatalog. Berlin: Beuth Hochschule / GOS.
http://labor.beuth-hochschule.de/fileadmin/labor/gos/dokument/Messgeraetekatalog.pdf – Aktualisierungsdatum:
24.04.2013.
[4] WAGEMANN, Hans-Günther; SCHMITT, Andreas: Grundlagen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente. 1.
Aufl. Stuttgart: B.G. Teubner, 1998.
[5] EBELING, Karl J.: Integrierte Optoelektronik, Wellenleiteroptik, Photonik, Halbleiter. 2. Aufl. Berlin: Springer, 1992.
Fachbereich VII
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Labor für Gerätetechnik, Optik und Sensorik
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Mechatronik
© Beuth Hochschule / GOS • J. Braune • 17.06.2015