光电测量

光电子学致力于将材料或器件的光学和电子学特性相结合，用于探测、产生和控制光。光电子学具有诸多应用领域，例如发光二极管 (LED)、激光二极管、光电二极管和太阳能电池等。一方面，对光电器件进行电气控制能产生光输出，比如 LED 应用。另一方面，对光电器件进行光激励也能产生电信号响应，比如光电二极管产生的信号。光电器件常基于半导体材料，主要工作原理为直接电光转换：半导体材料的能隙决定器件光学激发所需的能量大小。

重要的是，上述能隙可以进行调节和设计，以用于特定应用。例如，基于石墨烯的器件透明度高且具备良好的能量调谐性，可通过缩小器件的尺寸来诱导带隙，如同纳米带和量子点；也可使用双层石墨烯使其能隙达到约0.25 eV。

在图中所示的实验中，使用激光对基于石墨烯的器件进行光激励，随后测量光电探测器的电流输出或器件上的电压降。此类测量通常伴有较大的环境噪声，特别是当信号从光学域转换到电学域或从电学域转换到光学域时，情况会更加复杂。通过调制激光的激励并用锁相放大器来监测电响应，可以减少噪声的不良影响。事实上，光激励产生的响应通常非常小，因此使用低输入噪声的锁相放大器可以进行有效测量。这种测量必须在无光学干扰的环境中进行；可以在室温下进行，也可以使用为电光学应用专门设计的低温恒温器，在低温下进行。为确保光调制频率和锁相参考频率相同，可通过使用锁相输出参考信号来控制激光，或向锁相放大器提供激光源的参考信号。在图中所示的装置中，通过向背栅电极施加直流偏置，可以调谐器件的电学属性。

调制频率主要取决于器件的迁移率、光学特性和周围环境中的噪声。激光可通过斩波器进行调制，使测量频率处于几千赫兹 (kHz) 的范围内，确保低频噪声不会影响测量结果。光电探测器等设备的工作频率为几百 kHz，而具有高迁移率的材料的工作频率则在兆赫 (MHz) 范围。因此，MFLI 锁相放大器是理想之选，它的工作频率范围高达 500 kHz，且频率可扩展到 5 MHz。

MFLI 锁相放大器提供多种可现场升级的选件，让您可以在单台设备中执行上述所有测量。

• 简化装置并节省时间：通过在一台 MFLI 中添加 MF-MD  多解调器和 MF-MOD AM/FM 调制选件，您可以同时控制器件的光学和电特性。结合使用这两个选件，您可以在一个或两个输入端，以及两个内部或外部参考频率下测量电信号和光信号的相互调制。
• 要在不改变现有装置的情况下对光电器件中使用的半导体结进行表征，可使用 MF-IA  阻抗分析仪选件来升级锁相放大器。这样，在材料表征和器件性能测量这两个步骤之间，您就无需再切换设备。

• 利用 MF-DIG  数字转换器选件的功能，您可以同时测量光输出和电输出的噪声，从而完成设备表征，而且无需添加 VNA 或其他设备到实验系统中。
• 借助随附的 LabOne 软件，完全掌控测量结果。该软件旨在提供完整的时域和频域信号分析功能，并配备示波器、实时数据绘图器、频谱分析仪以及用于多参数数据采集的 DAQ 模块等工具。