光電探測實驗報告

1、 實驗一光敏電阻特性實驗 實驗原理： 光敏電阻又稱為光導管，是一種均質的半導體光電器件 ，其結構如圖（1）所示。由于半導體 在光照的作用下，電導率的變化只限于表面薄層 ，因此將摻雜的半導體薄膜沉積在絕緣體表面 就制成了光敏電阻， 不同材料制成的光敏電阻具有不同的光譜特性。 光敏電阻采用梳狀結構 是由于在間距很近的電阻之間有可能采用大的靈敏面積 實驗所需部件： 穩(wěn)壓電源、光敏電阻、負載電阻（選配單元） 、電壓表、 各種光源、遮光罩、激光器、光照度計（由用戶選配） 實驗步驟： 1、測試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻 觀察光敏電阻的結構，用遮光罩將光敏電阻完全掩 蓋,用萬用表測得的電阻值為暗電阻

2、R暗，移開遮光罩，在環(huán)境光照下測得的光敏電阻的 阻值為亮電阻，暗電阻與亮電阻之差為光電阻，光 電阻越大，則靈敏度越高。 在光電器件模板的試件插座上接入另一光敏電阻， 試作性能比較分析。 2、光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流 按照圖 接線，電源可從+2+8V間選用，分別在暗光和正常環(huán)境光照下測出輸出電壓 V暗和V亮則暗電流L暗=V暗/RL,亮電流L亮=V亮/RL，亮電流與暗電流之差稱為光電流, 光電流越大則靈敏度越高。 分別測出兩種光敏電阻的亮電流，并做性能比較。 3、伏安特性： 光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系。 按照圖（3）分別測得偏壓為2V、4V、6V、8V、10V、12V時的光電

3、流，并嘗試高照射光 源的光強，測得給定偏壓時光強度的提高與光電流增大的情況。將所測得的結果填入表 格并作出V/I曲線。 偏壓 2V 4V 6V 8V 10V 12V 光電阻1 光電阻II 注意事項: 實驗時請注意不要超過光電阻的最大耗散功率 P MAX，p MAX =LV。光源照射時燈膽及 燈杯溫度均很高，請勿用手觸摸，以免燙傷。實驗時各種不同波長的光源的獲取也可以采用 在儀器上的光源燈泡前加裝各色濾色片的辦法，同時也須考慮到環(huán)境光照的影響。，提高靈敏度。 光梳電極 實驗二 光敏管的應用-光控電路 實驗目的： 了解光敏管在控制電路中的具體應用。 實驗所需部件： 光敏二極管或光敏三極管、光控電路

4、、光源、電壓表、 電阻器、三極管 實驗步驟： 1. 圖(10)為一常用的由光敏管組成的光控電路， 其原理 與前述光敏電阻光控電路相似，電路接線時須注意 光敏管的極性。接通電源后調節(jié)控制電路 ，使其在自 然光下負載發(fā)光管不亮。 2. 分別用白紙帶色的紙書本和遮光罩改變光敏管的 光照，觀察控制電路的亮燈情況。 實驗三 光纖傳感器位移測試 實驗原理： 本實驗儀中所用的為傳光型光纖傳感器 ，光纖在傳感器中起到光的傳輸作用，因此是屬 于非功能性的光纖傳感器。光纖傳感器的兩支多模光纖分別為光源發(fā)射及接收光強之用， 其 工作原理如圖(22)所示。 光纖傳感器工作特性曲線如圖 (23)所 示。一般都選用線性范

5、圍較好的前坡為測 試區(qū)域。 實驗所需部件： 光纖、光電變換器、放大穩(wěn)幅電路、近 圏眈光纖住移傳感器工作原理圖紅外發(fā)射及檢測電路（光纖變換電路內） 、反射物（電機葉面）、電壓表. 圖冇 PSD光電隹置敏感器件原理圈 實驗步驟： 1. 將光纖、光電變換塊與光纖變換 電路相連接，注意同一實驗室如 有多臺光電傳感器實驗儀 ，由于 光電變換塊中的光電元件特性 存在不一致，則光纖變換電路中 的發(fā)射 接收放大電路的參數(shù)也 不一致，故請做實驗之前將光纖 光電變換塊和實驗儀對應編號 不要混用，以免影響正常實驗。 2. 光纖探頭安裝于位移平臺的支 架上用緊定螺絲固定，電機葉片 對準光纖探頭，注意保持兩端面 的平行

6、。 3. 盡量降低室內光照，移動位移平臺使光纖探頭緊貼反射面， 此時變換電路輸出電壓 Vo應 約等于零。 4. 旋動螺旋測微儀帶動位移平臺使光纖端面離開反射葉片，每旋轉一圈 （0.5毫米）記錄Vo 值，并將記錄結果填入表格，作出距離X與電壓值mv的關系曲線。 從測試結果可以看出，光纖位移傳感器工作特性曲線如圖 （23）所示分為前坡I和后坡n。 前坡I范圍較小，線性較好。后坡工作范圍大但線性較差。因此平時用光纖位移傳感器 測試位移時一般采用前坡特性范圍。根據(jù)實驗結果試找出本實驗儀的最佳工作點。 （光 纖端面距被測目標的距離） 實驗四.光電位置敏感器件-PSD傳感器 實驗原理： PSD（posit

7、ion sensitive detector）是一 種新型的橫向光電效應器件 ，當入射光 點照在器件光敏面上時，激發(fā)光生載流 子而產(chǎn)生電流I，光生電流的大小與光 點的大小無關，只和光點在器件上的位 置有關系。當光點位于器件中點 （原點）移位（BJ1） 圖23反射式光纖位移傳感器輸岀特性曲線 時,光生電流I仁12，根據(jù)這一原理，將PSD器件兩極電流11、12變換成電壓信號后再進行運算 即可知道光點的位置。PSD器件工作原理見圖（27） 實驗所需器件： PSD基座（器件已裝在基座上）、固體激光器、反射體、 PSD處理電路單元、電壓表 實驗步驟： 1. 通過基座上端圓形觀察孔觀察 PSD器件及在基座

8、上的安裝位置 ，連接好PSD器件與處理 電路,開啟儀器電源，輸出端Vo接電壓表，此時因無光源照射,PSD前聚焦透鏡也無因光照 射而形成的光點照射在 PSD器件上,Vo輸出的為環(huán)境光的噪聲電壓 ，試用一塊遮光片將 觀察圓孔蓋上，觀察光噪聲對輸出電壓的變化。 2. 將激光器插頭插入“激光電源 ”插口，激光器安裝在基座圓孔中并固定。注意激光束照 射到反射面上時的情況，光束應與反射面垂直。旋轉激光器角度，調節(jié)激光光點， （必 要時也可調節(jié)PSD前的透鏡）使光點盡可能集中在器件上。 3. 仔細調節(jié)位移平臺，用電壓表觀察輸出電壓 V。的變化，當輸出為零時，再分別測兩路 信號電壓輸出端 Vol、VO2的電壓

9、值，此時兩個信號電壓應是基本一致的。 4.從原點開始，位移平臺分別向前和向后位移 10mm，因為PSD器件對光點位置的變化非 常敏感，故每次螺旋測微儀旋轉 5格（1/10mm），并將位移值（mm）與輸出電壓值（Vo） 記錄列表，作出 V/X曲線，求出靈敏度 S, S= V/ X。根據(jù)曲線分析其線性。 位移 電壓 注意事項： 實驗中所用的固體激光器光點可調節(jié)， 實驗時請注意光束不要直接照射眼睛， 否則有可 能對視力造成不可恢復的損傷。每一支激光器的光點和光強都略有差異，所以對同一 PSD 器件，光源不同時光生電流的大小也是不一樣的。 實驗時背景光的影響也不可忽視， 尤其是 采用日光燈照明時，或是

10、儀器周圍有物體移動造成光線反射發(fā)生變化時，都會造成 PSD光 生電流改變，致使單元 V0輸出端電壓產(chǎn)生跳變，這不是儀器的毛病。如實驗時電壓信號輸 出較小，則可調節(jié)一下激光器照射角度，使輸出達到最大。 實驗五 光敏三極管對不同光譜的響應 實驗原理： 在光照度一定時，光敏三極管輸出的光電流隨波長的改變而變化， 一般說來, 對于發(fā)射與接收的光敏器件，必須由同一種材料制成才能有此較好的波長響應, 這就是光學工程中使用光電對管的原因 TGJ LD 5 R| 0 h j b 1 7E 圖14光敏三極管對不同光譜的響應 酗發(fā)光二極管電崔 實驗所需部件： 光敏三極管、發(fā)光二極管（包括紅外發(fā)射管、各種顏色的 L

11、EDLED、試件插座、 直流穩(wěn)壓電源、電壓表（自備 4 1/24 1/2 位） 實驗步驟： 1 1、 按圖（1414）接好光敏三極管測試電路，電路中的光敏三極管為紅外接收管， 電路中的光源采用紅外發(fā)光二極管，必須注意發(fā)光二極管的接線方向。發(fā)光 二極管的光都是通過頂端的透鏡發(fā)射的，因此實驗時必須注意二極管與三極 管的相對位置。（頂端透鏡相對） 2 2、 接好如圖（1515）所示的發(fā)光二極管電路，注意發(fā)光二極管限流電阻阻值的調 節(jié)（電位器阻值的調節(jié)一定要按從大到小的原則），發(fā)光二極管可插在試件插 座上。實驗中發(fā)光源可用多種顏色的 LEDLED 3 3、 用黑色膠管將發(fā)光二極管與光敏三極管對頂相連，

12、并用遮光罩將它們罩住， 如果光譜一致的話則測試電路輸出端信號變化較大，反之則說明發(fā)射與接收 不配對，需更換發(fā)光源。 4 4、 調整發(fā)光二極管發(fā)光強度（可調節(jié)電位器）或改變與光敏管的相對位置，重 復上述實驗。 注意事項：發(fā)光二極管限流電阻一定不能太小，否則將損壞發(fā)光源 實驗六光柵衍射實驗一一光柵距的測定 實驗目的： 了解光柵的結構及光柵距的測量方法。 *- S 衍射光斑I /1 光柵U j 鮭束d 圖羽光柵衍射光斑襪列 實驗所需部件： 光柵、激光器、直尺與投射屏（自備）。 實驗步驟： 1 1、 激光器放入光柵正對面的支座中用緊定螺絲固定，接通激光電源后使光點對 準光柵中點。 2 2、 在光柵后面

13、安放好投射屏，觀察到一組有序排列的衍射光斑，與激光器正對 的光斑為中央光斑，依次向兩側為一級、二級、三級衍射光斑。如圖（ 2828） 所示。請觀察光斑的大小及光強的變化規(guī)律。 3 3、 根據(jù)光柵衍射規(guī)律，光柵距 D D 與激光波長入、衍射距離 L L、中央光斑與一級 光斑的間距 S S存在下列的關系： L L2 S S2 S S （式中單位：L L、S S 為 mmmm 入為 nm, Dnm, D 為卩 m m） 測距實驗: 1 1、按照光柵衍射公式，已知光柵距、激光波長、光斑間距，就可以求出衍射距 離 L L。 2 2、 將激光對準衍射光柵中部，在投射屏上得到一組衍射光斑，根據(jù)公式求出 L

14、L。 3 3、 調整投射屏與光柵的距離，并盡可能試用不同的激光器，將測得的各參數(shù) L L、 S S、D D 入 填入表格，以驗證公式。 實驗數(shù)據(jù)表 根據(jù)此關系式，已知固體激光器的激光波長為 650nm650nm，用直尺量得衍射距離 L L、光斑距 S,S,即可求得實驗所用的光柵的光柵距。 （測出五組數(shù)據(jù)，取平均值） 序號 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 L(mm)L(mm) S(mm)S(mm) D(D(卩 m)m) 實驗七 光電池應用-光強計 實驗所需部件： 光電池( (或串或并均可) )、光強測試電路單元 圖勿 光電池光強測試電路 實驗步驟： 1.1. 圖(20)(20)為光電池測

15、光實驗電路單元的原理圖。光電池接入時請注意極性。發(fā) 光二極管已在電路中接入。 2.2. 調節(jié)光電池受光強度，分別在光照很暗、正常光照和光照很強時觀察兩個發(fā) 光二極管不亮、稍亮、兩個都很亮，這樣就形成了一個簡易的光強計。 實驗八電荷耦合圖像傳感器-CCD攝像法測徑實驗 實驗原理： 電荷耦合器件（CCDCCD 的重要應用是作為攝像器件，它將二維光學圖像信號 通過驅動電路轉變成一維的視頻信號輸出。當光學鏡頭將被攝物體成像在 CCDCCD 的光敏面上，每一個光敏單元（M0M0 電容）的電子勢阱就會收集根據(jù)光照強度而 產(chǎn)生的光生電子，每個勢阱中收集的電子數(shù)與光照強度成正比。在 CCDCCD 電路時鐘 脈

16、沖的作用下，勢阱中的電荷信號會依次向相鄰的單元轉移， 從而有序地完成載 流子的運輸一輸出，成為視頻信號。 用圖像采集卡將模擬的視頻信號轉換成數(shù)字信號， 在計算機上實時顯示，用 實驗軟件對圖像進行計算處理，就可獲得被測物體的輪廓信息。 實驗所需部件： CCDCCDg像頭、被測目標（圓形測標）、視頻線、圖像采集卡、實驗軟件 實驗步驟： 1 1、 根據(jù)圖像采集卡光盤安裝說明在計算機中安裝好圖像卡。 并按要求正確設置。 2 2、 在被測物前安裝好攝像頭，連接 CCDCCD 穩(wěn)壓電源，視頻線正確連接圖像卡與攝 像頭。 3 3、 檢查無誤后進入測量程序，啟動圖像采集后，屏幕窗口即顯示被測物的圖像， 適當?shù)卣{節(jié) CCDCCD 勺