翼光测控 · LD-PD100

高校激光器与光电探测器综合教学实验套装 — 模块化、开放式平台,完整覆盖「激光产生与调制 → 光路传输与衰减 → 光电探测与转换 → 信号处理与分析」全链路。

双核心 LD + PD 电-光-电全链路 模块化搭建
Overview

产品概述

「翼光测控 · LD-PD100」是一款专为光电信息科学与工程、电子科学与技术、应用物理学等专业本科及研究生教学打造的模块化、开放式激光器与光电探测器综合教学实验平台。

产品紧密围绕《光电子学》《激光原理》《光电检测技术》等核心课程的教学需求设计,将半导体激光器(LD)与光电探测器(PD)两大核心光电器件从原理到应用进行系统性拆解。系统完整覆盖「激光产生与调制 → 光路传输与衰减 → 光电探测与转换 → 信号处理与分析」全链路。学生通过亲手搭建测试电路、调节光路参数、测量器件特性曲线,深入理解光电器件的工作原理、特性参数与工程应用方法。

半导体激光器与光电探测器是光电系统的「心脏」与「眼睛」——激光器负责光信号的产生,探测器负责光信号的接收。本产品将这两类核心器件集成在同一教学平台上,帮助学生建立从光发射到光接收的完整系统观,已广泛应用于高校光电技术教学与科研项目原型开发等场景。

核心设计理念

双核心驱动,由器到系统 —「两类器件 + 三级台阶」,从器件认知到系统设计的能力跃升。

两类器件

半导体激光器 + 光电探测器

LD 负责光信号产生,PD 负责光信号接收 — 光电系统的发射端与接收端,双核心驱动完整链路认知。

三级台阶

认知 → 标定 → 应用

器件特性认知(测什么)→ 参数测量与标定(怎么测)→ 系统应用设计(怎么用),阶梯递进。

模块化

灵活组合,搭积木式实验

各功能单元独立封装、接口标准化,学生根据原理图自行搭建,降低门槛又保留创新空间。

一机多用,跨课程支撑

《激光原理与技术》

激光器 P-I 特性、光谱测量、调制特性

《光电子学》

半导体激光器原理、光电探测器特性

《光电检测技术》

探测器响应度、信噪比、弱光检测

《光电信号处理》

前置放大、I/V 转换、滤波与噪声分析

《传感器原理与应用》

光电传感器特性、光电开关、转速测量

完整信号流程

【电 → 光 → 电】完整链路

发射端(激光器)

激光器驱动源(恒流 / 脉冲)→ 半导体激光器 LD(带 TEC 温控)→ 输出激光(特定波长、功率)
光功率计 / 光谱仪(测量 P-I 曲线、光谱)

光路部分

激光输出 → 光衰减器(调节光强)→ 分束器 / 光纤耦合 → 待测光信号

接收端(光电探测器)

待测光信号 → 光电探测器(PD / PIN / APD)→ 光电流 / 电压信号 ← 偏置电压源(反偏 / 零偏)

信号处理部分

探测器输出 → I/V 转换放大(前置放大)→ 滤波电路(去噪)→ 数据采集 / 示波器 / 万用表(显示与记录)

产品组成

系统组成总览

一、光源系统半导体激光器(LD)模块 1~2 只(650nm 红光 / 808nm 红外可选,带 TEC 温控);激光器驱动源 1 台(恒流 / 脉冲双模式,0~200mA 可调)
二、探测系统光电二极管(PD)模块 1 只(Si 基,400~1100nm);PIN 光电二极管模块 1 只(高速脉冲探测);APD 雪崩光电二极管模块 1 只(选配,高灵敏度)
三、光学组件光衰减器 1 套;分束器 / 耦合器 1 套;聚焦 / 准直透镜组 1 套;光学导轨与调整架 1 套
四、信号处理I/V 转换放大模块 1 套(跨阻放大,多档增益可调);滤波模块 1 套(低通 / 带通可选)
五、测试仪器数字万用表 1 台;光功率计 1 台;光谱仪 1 台(选配)
六、电源系统多路直流稳压电源 1 台(0~15V、0~200V 可调)
七、软件系统上位机软件 1 套(选配:数据采集、曲线绘制、参数计算)

各模块教学功能详解

1. 半导体激光器(LD)模块

650nm 红光 LD(可见,便于光路调节)或 808nm 红外 LD,带 TEC 温控与监测 PD;驱动源支持 CW 连续模式与脉冲模式,电流 0~200mA 连续可调。

(1)激光器 P-I 特性测量
  • 逐步增加驱动电流,用光功率计测量输出光功率,绘制 P-I 曲线,观察阈值电流 Ith,理解「阈值以上才能激射」的物理本质。
(2)激光器 I-V 特性测量
  • 测量激光器两端电压随驱动电流的变化,绘制 I-V 曲线,理解激光器的电学特性。
(3)激光器调制特性实验
  • CW 与脉冲模式驱动,示波器观察光脉冲波形,理解激光器调制带宽与响应速度。
(4)激光器温度特性实验
  • 改变 TEC 温控设定温度(15℃→25℃→35℃),测量不同温度下 P-I 曲线,观察阈值电流与输出功率随温度变化。
(5)激光光谱测量(需光谱仪)
  • 观察激光器纵模模式,理解「单纵模」与「多纵模」概念。

2. 光电探测器模块

配备 PD、PIN、APD(选配)等多种类型探测器,学生可对比不同类型探测器的特性差异。

  • 光电特性测量:测量入射光功率与输出光电流,绘制响应度曲线。
  • 伏安特性测量:不同光照强度下测量 I-V 曲线,对比零偏(光伏)与反偏(光电导)模式差异。
  • 暗电流测量:遮光条件下测量暗电流,理解其对弱光检测的影响。
  • 光谱响应测量(需滤光片):不同波长照射,绘制光谱响应曲线。
  • 响应时间测量(需脉冲光源 + 示波器):测量上升 / 下降时间与带宽。
  • APD 增益特性(选配):改变反向偏压,绘制「偏压-增益」曲线,理解雪崩倍增原理。

3. 光学与信号处理组件

  • I/V 转换电路设计:搭建跨阻放大电路,选择 Rf 与 Cf,理解增益与带宽的工程折中。
  • 信噪比测量:固定光功率下测量信号幅度与噪声幅度,计算 SNR。
  • 最小可探测光功率:用光衰减器逐步降低入射光功率,确定 NEP 物理含义。

4. 自由空间光路搭建组件

  • 光路准直训练:调整激光器、透镜、探测器相对位置,使光斑准确落在光敏面上。
  • 光束发散角测量:不同距离处测量光斑直径,计算激光器发散角。
  • 光纤耦合实验(选配):自由空间激光耦合进入光纤,测量耦合效率。

实验课程体系

L1

第一层:器件特性认知实验

  • 实验 1:系统组成认知与连接(全系统)
  • 实验 2:半导体激光器 P-I 特性测量(LD + 驱动源 + 光功率计)
  • 实验 3:半导体激光器 I-V 特性测量(LD + 驱动源 + 万用表)
  • 实验 4:光电探测器光电特性测量(PD + 光衰减器 + 万用表)
  • 实验 5:光电探测器暗电流与噪声测量(PD + 万用表,遮光)
L2

第二层:参数测量与标定实验

  • 实验 6:激光器温度特性实验(LD + TEC 温控 + 光功率计)
  • 实验 7:激光器脉冲调制与响应(LD + 脉冲驱动 + 示波器)
  • 实验 8:光电探测器伏安特性测量(PD + 偏压源 + 万用表)
  • 实验 9:光电探测器光谱响应测量(PD + 滤光片 + 光功率计)
  • 实验 10:光电探测器响应时间测量(PD + 脉冲激光 + 示波器)
  • 实验 11:APD 增益特性实验(选配)(APD + 高压偏压 + 光功率计)
L3

第三层:综合设计实验

  • 实验 12:I/V 转换放大电路设计与调试(I/V 模块 + 示波器)
  • 实验 13:系统信噪比与最小可探测功率(全系统 + 光衰减器)
  • 实验 14:自由空间光路搭建与准直(光学导轨 + 透镜组)
  • 实验 15:激光器-探测器光通信链路搭建(全系统)
L4

第四层:创新应用实验

  • 实验 16:光电开关与转速测量(LD + PD + 旋转编码盘)
  • 实验 17:光强稳定闭环控制系统(LD + PD + 反馈电路)
  • 实验 18:光纤位移 / 温度传感(选配)(光纤 + PD + 信号处理)

技术参数

半导体激光器模块

中心波长650nm ± 5nm(红光)/ 808nm ± 5nm(红外,可选)
输出功率≥ 5mW(650nm)/ ≥ 100mW(808nm)
阈值电流≤ 30mA
工作电流0~200mA(可调)
封装方式TO-5 同轴封装,带 TEC 温控
光斑类型一字光斑 / 圆形光斑可选

激光器驱动源

驱动模式CW 连续模式 / 脉冲模式
电流范围0~200mA 连续可调
电流精度±0.5mA
脉冲频率1Hz ~ 100kHz 可调
脉冲宽度1μs ~ 10ms 可调
温控精度±0.1℃

光电探测器模块

PD 响应范围400~1100nm(Si 基)
PD 响应度≥0.4 A/W @ 650nm
暗电流≤10nA(@25℃)
上升时间≤10ns
光敏面直径≥1mm
APD 响应范围(选配)400~1100nm
APD 增益(选配)10~100(可调)

偏置电源

低压偏置0~15V 连续可调
高压偏置(APD 用)0~200V 连续可调
电压精度±0.1%

I/V 转换放大模块

增益档位10³、10⁴、10⁵、10⁶ V/A 可选
带宽DC ~ 1MHz
输入噪声≤10pA/√Hz

光学组件

光衰减器0~30dB 连续可调
光学导轨1000mm 长度
三维调整架X/Y/Z 三轴可调,精度 0.01mm

配套教学资源

实验指导书

涵盖全部实验的目的、原理、步骤、数据记录表格及思考题

教学 PPT 与视频

激光器 / 探测器原理动画、各模块功能讲解、操作演示

器件数据手册

激光器与探测器的完整规格书与特性曲线

电路原理图集

I/V 转换、滤波、驱动等典型电路原理图

配件包

BNC 同轴电缆、迭插头连接线、光纤跳线、螺丝刀套装

产品亮点

双核心驱动,系统完整

同时覆盖半导体激光器(发射端)与光电探测器(接收端),构建完整电-光-电传输链路认知。

模块化设计,灵活组合

各功能单元独立封装、接口标准化,学生根据原理图自行搭建测试电路。

器件丰富,对比教学

配备 PD、PIN、APD 等多种探测器,可对比不同类型器件的特性差异。

由器到系统,阶梯递进

从器件特性测量到系统应用设计,四级实验体系循序渐进。

自由空间光路,直观可见

支持自由空间光路搭建,激光光斑、光路走向清晰可见。

一机多用,跨课程支撑

覆盖激光原理、光电子学、光电检测、信号处理等多门课程实验。

安全可靠,适合教学

激光器符合 Class 1M/2M 安全等级,配备安全防护罩与警示标识。

工业级器件,教学级封装

核心器件与工业光电器件同源,确保实验数据有效性与工程参考价值。

「翼光测控 · LD-PD100」——让激光器与光电探测器从「黑箱」变为「白箱」,是连接光电器件理论与工程实践的理想教学平台。

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