光電子綜合實(shí)驗(yàn)

1、目錄光電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺簡介1實(shí)驗(yàn)一 光源的波長測試與單色性測量實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)二 光照度與光輻射通量測量 7實(shí)驗(yàn)三 He-Ne激光器光強(qiáng)分布及光束發(fā)散角測量實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)四 半導(dǎo)體激光器LD特性參數(shù)的測量14實(shí)驗(yàn)五 光纖圖象傳輸實(shí)驗(yàn)17實(shí)驗(yàn)六 光電倍增管PMT實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)七 透射式光開關(guān)實(shí)驗(yàn)28實(shí)驗(yàn)八 反射式光電開關(guān)實(shí)驗(yàn)29實(shí)驗(yàn)九 紅外光電報警實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)十 紅外熱釋電探測器實(shí)驗(yàn)31實(shí)驗(yàn)十一 PIN光電探測原理與光功率測量實(shí)驗(yàn) 33實(shí)驗(yàn)十二 CCD原理及驅(qū)動實(shí)驗(yàn) 37說明：實(shí)驗(yàn)一、三需另配單色儀、HeNe激光器。1、 光電子綜合實(shí)驗(yàn)平臺簡介一、光電子綜合實(shí)驗(yàn)平臺主要包括三個部分： 1、光電子綜合實(shí)

2、驗(yàn)箱:主要完成功能（1）電光變換為光源提供工作電壓或電流；（2）光電變換或光電檢測及光電信號的處理功能。2、光學(xué)導(dǎo)軌及滑塊：導(dǎo)軌主要用于光學(xué)對準(zhǔn)、光束準(zhǔn)直；導(dǎo)軌上的滑塊：用于調(diào)整光源及光束的位置；3、配套的附件：如光源、光探測器等二、實(shí)驗(yàn)箱配置的模塊： 恒流、電壓測量模塊：該模塊提供實(shí)驗(yàn)箱所需的（1）可調(diào)恒流源，其輸出電流范圍：0-100mA，從恒流源+和-兩個輸出端子輸出，調(diào)節(jié)“電流調(diào)節(jié)旋紐”可改變其輸出電流大小。（2）數(shù)顯電壓，其量程為2000V，主要用于測量光電倍增PMT的工作電壓。 數(shù)顯電流模塊：該模塊提供實(shí)驗(yàn)箱所需的微電流計。微電流計分為兩個量程20A和2A，電流從TP1、TP2兩個

3、端子輸入?？捎糜赑MT的暗電流測試，最大測試電流20A。 光功率模塊：該模塊提供（1）高性能的PIN（圖中U405）光檢測器一只，完成光電變換、其光譜響應(yīng)范圍為800-1600nm，位于不可見的紅外波段，其功能是將光功率轉(zhuǎn)換為電流輸出。（2）4個數(shù)碼顯示管及配套的AD轉(zhuǎn)換電路，可以顯示從輸入測試點(diǎn)INPUT輸入的電壓信號。（3）I-V轉(zhuǎn)換電路，弱光信號經(jīng)PIN光檢測器輸出的電流通過I-V轉(zhuǎn)換電路，變成電壓，同時放大后輸出。該模塊可用于學(xué)生自行設(shè)計如：簡易光功率計的設(shè)計等，由于PIN輸出的很微弱的電流信號，模塊中已經(jīng)將電流信號進(jìn)行了放大，并轉(zhuǎn)成了電壓信號從測試點(diǎn)TP1輸出。測試點(diǎn)INPUT為數(shù)字

4、顯示的模擬輸入端口，只要將待測量送入該端口，數(shù)碼管就顯示出測試量的大小。模塊中自動將模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過驅(qū)動電路送數(shù)碼管顯示。 光發(fā)送與接受模塊：完成光源半導(dǎo)體LED特性實(shí)驗(yàn)、P-I特性及調(diào)制實(shí)驗(yàn)；如配有攝像頭和監(jiān)視器可進(jìn)行圖像光纖傳輸實(shí)驗(yàn)。 該模塊可用于學(xué)生自行設(shè)計：圖像電視信號的光纖傳輸設(shè)計等，配有模擬光發(fā)送機(jī)和模擬光接收機(jī)。只需配一個攝像頭和一個監(jiān)視器就行。 光電報警模塊：提供給學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，通過連線可完成紅外傳感、光電報警等實(shí)驗(yàn)。該模塊提供（1）寬度可調(diào)的窄脈沖發(fā)生器，用于光源調(diào)制產(chǎn)生窄脈沖光，寬度調(diào)節(jié)可通過連線選擇不同的電阻和電容來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)電路為圖中555及外圍電路。（2）

5、組合實(shí)驗(yàn)電路有：光發(fā)送電路和光接收電路，音頻功率放大器（通過調(diào)節(jié)RP2改變增益），反向放大器（通過調(diào)節(jié)RP1改變增益），同向跟隨器，音樂產(chǎn)生電路。學(xué)生可根據(jù)理論知識靈活連接電路器件完成實(shí)驗(yàn)。 光電開關(guān)模塊：該模塊完成反射式與透射式光電開關(guān)原理實(shí)驗(yàn)；自鎖開關(guān)K0是透射式和反射式選擇開關(guān)，按下選擇透射式工作，抬起選擇反射式工作；K1是將透射式和反射式信號送入下級，按下狀態(tài)送投射式信號，抬起狀態(tài)送反射式信號；K2是喇叭靜音選擇，按下為給揚(yáng)聲器或喇叭加電，喇叭發(fā)聲，抬起切斷喇叭，電源喇叭無聲。 CCD驅(qū)動模塊：該模塊完成CCD驅(qū)動原理、積分信號、轉(zhuǎn)移脈沖、光電變換實(shí)驗(yàn)。該模塊可用于學(xué)生自行設(shè)計如：CC

6、D信號的數(shù)據(jù)與處理采集，模塊中已配有12位高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片、CPU主控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的串口。上面的RS232接口為信號接口，用于給CCD加電及產(chǎn)生工作時序SH（積分脈沖）、RS（復(fù)位脈沖）、F1（正向轉(zhuǎn)移脈沖）、F2（反向轉(zhuǎn)移脈沖）。下面的串行RS232接口為CCD輸出的電信號送PC處理，通過配套軟件測量并顯示。實(shí)驗(yàn)一 光源波長測量與單色性測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟習(xí)光電系統(tǒng)工程中的常見光源；2、掌握幾種主要的光源的特性：如寬譜光源鹵鎢燈、單色性好的He-Ne激光器，體積小的半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED、光纖通信中廣泛采用的LD激光光源；3、掌握光源的單色性的測量及光譜特性測量。二、基本原理光源可

7、分為二大類：自然光源和人工光源，自然光源如太陽光、星體發(fā)光；人工光源是人為將各種形式的能量如電能、化學(xué)能等轉(zhuǎn)化為光能的器件，其中最重要的是將電能轉(zhuǎn)化為光能的器件稱為電光源。電光源是光電系統(tǒng)工程中最常見的光源，按發(fā)光基理分為：熱輻射光源如白熾燈、鹵鎢燈等；氣體光源如熒光燈、鈉燈、汞燈等；固體發(fā)光光源如發(fā)光二極管等；激光源如氣體激光器He-Ne、固體激光器YAG、染料激光器和半導(dǎo)體激光器LD等。光源的特性包括：1、單色性：光源發(fā)出的光有可見光和不可見光（人眼看不見），可見光有紅光（R）、綠光（G）、藍(lán)色（B）等，即使單一的紅光還可分為大紅、粉紅、玖瑰紅等，這主要是紅光在電磁波譜中有一定頻譜寬度即頻

8、率（或波長）范圍。所謂光源的單色性是指光源發(fā)出光的頻譜寬度，單色性越好其頻譜寬度越窄，發(fā)出光的色彩越純。如激光源的單色性比日光燈要好。光源發(fā)出的光通常是復(fù)合光，這可以通過濾光片、分光三棱鏡、單色儀等進(jìn)行分色、測量。2、發(fā)光效率：在給定波長范圍內(nèi)輻射出來的光功率與所消耗的電功率之比。3、光譜功率分布：光源發(fā)出的光大都不是單色光（單一波長或頻率）而是由單色光組成的復(fù)色光。光譜功率描述了光源在不同的波長上有不同的輻射光功率，即光功率隨波長變化的關(guān)系曲線。光源的光譜功率分布通常有四種情況。1、線狀光譜，2、帶狀光譜，3、連續(xù)光譜，4、混合光譜，如圖1所示。（a）線狀P（）（b）帶狀P（）（c）連續(xù)P（

9、）（d）混合P（）圖1 四種典型的光譜功率分布4、空間光強(qiáng)分布：光源的發(fā)光強(qiáng)度在空間不同的方向是不一樣，如白熾燈其發(fā)光強(qiáng)度在360度范圍內(nèi)中可認(rèn)為相同，日光燈與白熾燈就不同，在0-180度可認(rèn)為相同。三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光學(xué)導(dǎo)軌及配件2、單色儀3、光源（半導(dǎo)體紅光激光器一只，半導(dǎo)體LED紅、蘭、綠等）4、光功率計或光照度計5、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱或光綜合測試儀升降桿升降桿調(diào)節(jié)旋鈕位移調(diào)節(jié)旋鈕升降桿座導(dǎo)軌支撐柱光學(xué)導(dǎo)軌圖2 光源波長測量實(shí)驗(yàn)光源管座單色儀信號線旋鈕入光孔出光孔四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 調(diào)整光學(xué)導(dǎo)軌及各滑塊。2、 按圖2調(diào)整好光源和單色儀的位置，光源套筒的出光孔、單色儀的入光孔和出光孔在同一

10、水平線，即同軸等高。3、 給光源提供工作電源，一種方法是使用光電綜合實(shí)驗(yàn)箱的恒流輸出功能，只須將光源套筒的輸出線連接到恒流輸出端子“+”和“-”；另一種方法使用光綜合儀的恒流源功能（具體調(diào)節(jié)參見光綜測儀的說明）。注：應(yīng)調(diào)節(jié)電流使光足夠強(qiáng)，光斑明亮。4、 首先采用半導(dǎo)體紅色激光源，調(diào)整單色儀的位置，使其入光孔對準(zhǔn)光源，觀察單色儀的出光孔。5、 調(diào)節(jié)單色儀的讀數(shù)輪，當(dāng)有紅光輸出時可以讀出相應(yīng)的轉(zhuǎn)輪的數(shù)值，其大小即為相應(yīng)的光源的波長值。6、 將光功率計或光照度計探頭對準(zhǔn)輸出孔，測相應(yīng)的輸出功率。7、 換上發(fā)紅光的半導(dǎo)體高亮LED、綠光LED和蘭光的LED重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。8、 如配有低壓鈉燈右汞燈可測出

11、它們的光譜線。五、實(shí)驗(yàn)要求1、熟習(xí)單元色儀的正確操作。2、掌握光功率計與光照度計的使用。3、試比較各光源的波長。實(shí)驗(yàn)二 光照度與光輻射通量測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握“輻射度學(xué)”和“光度學(xué)”在描述光源輻射時的異同；2、掌握積分球在光度學(xué)中的重要作用；3、理解光照度這一重要物理量，掌握光照度的測量；4、理解光通量的含義及LED光通量的測量方法；二、基本工作原理在光的測量過程中，有輻射量測量法和測光度學(xué)測量法兩種不同的方法，這兩種方法使用著各自不同的專業(yè)術(shù)語。輻射測量法是對光譜內(nèi)的所有波長都進(jìn)行測量的一種方法，被測量的光包括紫外線、可見光、紅外線。光量測量法（即光度學(xué)測量法）的測量范圍則僅限于可見光

12、的波長范圍，即380750nm。 為了將光的物理輻射量，轉(zhuǎn)換成與人眼所感覺到的明暗程度相對應(yīng)的測光量，不得不引入相對可見度因數(shù)V（relative visibility factor）的概念。相對可見度因數(shù)如圖1所示，它表示的是普通人眼睛的分光靈敏度特性。因此，測光量可以說是摻雜了人們明暗感覺的心理學(xué)物理量。 輻射通量P是單位時間內(nèi)透過的輻射能量。輻射通量P與光通量（單位時間內(nèi)透過的光通量）之間具的如下關(guān)系：=680 PVd (lm) （積分限： 380-780nm）式中，P為分光輻射通理，單位是W/；為波長，單位是m。 由上關(guān)系式可知，550nm波長光的能量為1W時，就相當(dāng)于680lm。表1

13、匯總了輻射量與測光量的對應(yīng)關(guān)系,可供查閱。紫外線 紫 藍(lán) 綠 黃 橙 紅 近紅外線00.20.40.60.81.0相對可見度因數(shù)光線暗（0.3lx以下）時取V 普通照度（5lx以上）時取V 波長/nm圖1 人眼的標(biāo)準(zhǔn)相對可見度因數(shù)曲線V （暗處視感度）V （亮處視感度）300 400 500 600 700 800（光）照度與（光）亮度的區(qū)別在于，光照度表示從某個面向所有方向射出了多少光，而（光）亮度則表示從某個面向特定方向射出了多少光。人們在看東西時會有明暗之感，與之相對應(yīng)的物理量是（光）亮度。某個光的光通量與輻射通量之比叫做發(fā)光效率，單位是1m/W。最大發(fā)光效率是在555nm單色光時的68

14、0 m/W。表1：輻射量與測光量的對應(yīng)關(guān)系輻射量符號單位測光量符號單位輻射能（以電磁波的形式傳播的能量）QeJ，W·s光量Qlm·s輻射功率（也叫做輻射通量，單位時間輻射的能量）eW光通量lm(lm)輻射發(fā)散度（單位面積輻射功率）MeW/m2光束發(fā)散度MLm/ m2 =rlx（輻射勒克斯）輻射強(qiáng)度（向某特定方向的單位立體角輻射的功率）IeW/ sr2(球面角度)發(fā)光強(qiáng)度ICd(坎德拉)Lm/sr輻射亮度（在與某特定方向垂直的表面上，離開、穿透或者到達(dá)單位面積的輻射強(qiáng)度）LeW/(sr·m2 )（光）亮度LCd/ m2還有一個叫做nit(尼特)的單位，現(xiàn)在已經(jīng)不使用

15、1 cd/ m2 =lnit輻射照度（單位面積上入射的輻射功率）EeW/m2（光）照度ELx(勒克斯)也可用lm/ m2 ,但為避免與光束發(fā)散度單位相同而用lx注1：這里所說的單位面積，是指與某個特定方向（一般為觀察者方向）垂直的表面上，實(shí)際投影面的單位面積。注2：所謂lsr是指從半徑為1m的球的中心，向球的表面1 m2的面積上望去所張開的立體角。光通量的測試有兩種方法，即積分球法和變角光度計法。變角光度計法是測試光通量最精確的方法，但是由于其耗時較長，所以一般采用積分球法測試光通量。現(xiàn)有的積分球法測光通量中有兩種測試結(jié)構(gòu)，一種是將被測放置在球心，另外一種是將其放在球壁。圖2 積分球法測LED

16、光通量由于采用積分球法測試光通量時，光源對光的自吸收會對測試結(jié)果造成影響。因此，往往需要引入輔助燈（見圖）。圖3 輔助燈法消除自吸收影響在測得光通量之后，配合電參數(shù)測試儀可以測得的發(fā)光效率。而輻射通量和輻射效率的測試方法類似于光通量和發(fā)光效率的測試。光源S在球壁上任意一點(diǎn)B上產(chǎn)生的光照度是由多次反射光產(chǎn)生的光照度疊加而成的。由積分學(xué)原理可得，球面上任意一點(diǎn)B的光照度E為：上式中，E1為光源S直接照在B點(diǎn)上的光照度，E1的大小不僅與B點(diǎn)的位置有關(guān)，也與光源在球內(nèi)的位置有關(guān)。如果在光源S和B點(diǎn)間放一擋屏（如圖（一）所示），擋去直接射向B點(diǎn)的光，則E1=0，因而在B點(diǎn)的光照度為：上式中，R為積分球半

17、徑、為積分球內(nèi)壁反射率。R和均為常數(shù)，因此在球壁上任意位置的光照度E（擋去直接光照后）與燈的光通量成正比。通過測量球壁窗口上的光照度E，就可求出光源的光通量。三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、LED光源2、積分球(內(nèi)部結(jié)構(gòu)如右圖)3、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱4、光照度計四、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝好LED(已裝入積分球內(nèi))。2、調(diào)整好積分球。3、打開實(shí)驗(yàn)箱電源,將LED的兩根輸入端子接到光綜測儀的恒流輸出端子,或光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱的恒流輸出端子給LED加工作電流。4、光照度測量。光照度計探頭對準(zhǔn)積分球的輸出孔，測量光照度值。五、實(shí)驗(yàn)要求1、熟習(xí)儀表的正確操作。2、根據(jù)光照度計算LED的光通量。  

18、60;  實(shí)驗(yàn)三 He-Ne激光器光強(qiáng)分布及光束發(fā)散角測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟習(xí)基橫模光束特性；2、測量He-Ne激光器的遠(yuǎn)場發(fā)射角。二、基本工作原理He-Ne激光器的模式（指橫模）和遠(yuǎn)場發(fā)射角是激光器的基本參數(shù)之一，在激光準(zhǔn)直、導(dǎo)航等許多應(yīng)用中使用的激光器，既要求是TEM00 模，又要求激光束具有很好的方向性和準(zhǔn)直性。而激光器的遠(yuǎn)場發(fā)散角越小，輸出光束準(zhǔn)直距離越長，即準(zhǔn)直性越好。我們能夠把共焦腔基模光束的空間傳播情況，用如下的空間曲線方程表示：式中（0）是z=0處基模光斑半徑，也就是高斯光束的束腰半徑。TEM00 模光束沿z軸是按雙曲線規(guī)律變化的。包含z軸的任何一個平面，如xz

19、平面內(nèi)，光束傳播軌跡象是兩條雙曲線包圍部分，如圖1所示：漸變線垂直于Z軸平面光強(qiáng)分布0圖1 基模光束空間分布 在垂直于z軸平面內(nèi)是一個圓，在橫截面內(nèi)，其光強(qiáng)分布是高斯型的，圓的大小就是基橫光斑半徑（z）：（z）代表在z處光斑半徑，即光強(qiáng)度下降到中心強(qiáng)度的1/e2 時，對應(yīng)的半徑由此可見，光斑半徑（z）隨z增大而增大。1、TEM00 模式鑒別鑒別He-Ne激光器輸出光束是否是TEM00 模，最簡單的方法是讓激光束垂直射到距離激光器輸出端約4M處的白屏幕上觀察光斑的亮度分布。若是基模光斑，它是一個圓，中心光強(qiáng)度最大。則He-Ne激光器工作在TEM00 模。精確的方法是用掃描干涉儀，在示波器上觀察激

20、光器的輸出頻譜。如果激光器輸出光束是基橫模，那么在示波器上就能觀察到同一螢光譜線內(nèi)各個振蕩縱模C/2L的頻譜間隔均勻分布，以鑒別它是否是高斯分布，從而確定激光器是否工作在TEM00 模。2、遠(yuǎn)場發(fā)散角的測定激光光束盡管方向性很好，但不是理想平行光束，而是具有一定發(fā)散角。常用激光器的遠(yuǎn)場發(fā)散角來衡量激光束的準(zhǔn)直性好壞，遠(yuǎn)場發(fā)散角越小，表明激光束的能量在方向上越集中，即方向性越好，準(zhǔn)直性也越好。如圖1中，基模高斯光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角定義為兩條雙曲線的漸近線間的夾角，即 （1） 式中0 是z=0處的光斑半徑，即為通常所說的激光光束的腰粗。因此，對z很大時，我們還可以用下式定義遠(yuǎn)場發(fā)散角。 （2）而實(shí)際測

21、量遠(yuǎn)場發(fā)散角時，不可能在無窮遠(yuǎn)處測量，只能采用近似方法。為了又能較準(zhǔn)確的測量（），我們定義一個參數(shù)zf:由此可以求得：這表明，當(dāng)我們在距離輸出端zzf 處測量光斑光徑，計算出的遠(yuǎn)場發(fā)散角誤差小于1%。因而可以采用近似測量方法，無需在無窮遠(yuǎn)測。但實(shí)際測量時可采用兩點(diǎn)法，其測試方法如下。在Z1和Z2兩點(diǎn)，分別測量兩處的光斑尺寸（z1）和（z2），可算出光束的遠(yuǎn)聲發(fā)散角： （3）Z1Z2（z1）（z2）圖2 兩點(diǎn)法測光束發(fā)散角三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光學(xué)導(dǎo)軌、白屏及配件2、He-Ne光源3、激光電源4、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)步驟升降桿升降桿調(diào)節(jié)旋鈕位移調(diào)節(jié)旋鈕升降桿座導(dǎo)軌支撐柱光學(xué)導(dǎo)軌圖2 光束發(fā)散

22、角測量實(shí)驗(yàn)光源管座信號線白屏1、調(diào)整光學(xué)導(dǎo)軌及各滑塊。2、安裝好激光管。3、打開激光源的電源開關(guān)。4、在白屏上觀察輸出光斑的形狀。5、分別在Z1和Z2處測量光斑的直徑。6、按公式（3）算出激光器的發(fā)散角。五、實(shí)驗(yàn)要求1、 熟習(xí)儀表的正確操作。2、 掌握He-Ne激光源的光波長及光斑特點(diǎn)。3、 試比較與理論值的誤差。實(shí)驗(yàn)四 半導(dǎo)體激光器LD特性參數(shù)的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟習(xí)半導(dǎo)體LD的結(jié)構(gòu)、V-I特性、閾值特性和輸出特性；2、測量He-Ne激光器的遠(yuǎn)場發(fā)射角。二、實(shí)驗(yàn)原理1半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和基本工作原理GaAIAs半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它的工作物質(zhì)是GaAs-GaAIAs異質(zhì)Pn結(jié)。

23、對Pn結(jié)注入足夠強(qiáng)的電流則在芯片激活層P-GaAs內(nèi)產(chǎn)生粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生光增益。P-GaAs的兩端為（110）面構(gòu)成。當(dāng)電流進(jìn)一步增加，增益進(jìn)一步提高，增益超過損耗，便可產(chǎn)生激光振蕩，從（110）解理面輸出激光。增益剛好等于損耗所要求的注入電流稱為半導(dǎo)體激光器的閾值電流。當(dāng)注入電流小于閾值電流Ith時，激光器輸出功率很小，這時激光電流I激光圖1 激光器的結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)器不能產(chǎn)生激光振蕩，輸出的只是自發(fā)發(fā)射光。當(dāng)注入電流超過閾值時，激光器產(chǎn)生激光振蕩，輸出光功率隨電流增加而迅速增加。這是激光器輸出的是激光，而自發(fā)發(fā)射光占的比例很小，可以忽略。典型的輸出特性，即IP關(guān)系如圖2所示。IthPI圖2

24、半導(dǎo)體激光器的輸出特性2半導(dǎo)體激光器的輸出光譜半導(dǎo)體激光器是利用半導(dǎo)體材料中的導(dǎo)帶電子受激躍遷到價帶并與價帶中的空穴復(fù)合，同時發(fā)射光子而產(chǎn)生激光的。(a)(b)(c)圖3 激光器的光譜特性當(dāng)注入半導(dǎo)體激光器的電流低于閾值時，導(dǎo)帶的電子躍以自發(fā)發(fā)射為主，其輸出光譜主要是自發(fā)射光，因此，光譜線很寬，如圖3(a)所示，圖中每個尖峰對應(yīng)著諧振腔的一個模式。當(dāng)注入電流超過閾值時，導(dǎo)帶的電子躍遷以受激發(fā)射為主，即產(chǎn)生了激光振蕩。此時，輸出的激光譜線較窄，如圖3(c)所示，其中每個高的尖峰對應(yīng)一個激光縱模，對于單模激光器，尖峰只有一個。當(dāng)注入電流在閾值附近時，則激光器的發(fā)射光譜如圖3(b)所示。由于半導(dǎo)體激

25、光器諧腔的品質(zhì)因素很低，諧振腔內(nèi)的折射率以及諧振腔尺寸均隨溫度而變化，導(dǎo)致各模式的中心頻率隨時間而變化；這使得激光器在室溫下的輸出不再是幾條清晰的譜線了，而是連成一片的準(zhǔn)連續(xù)光譜。半導(dǎo)體的禁帶寬度隨溫度的升高而變窄，從而發(fā)射的激光波長向長波方向移動。借助于半導(dǎo)體激光器的上述特性，就可較精確地測出其閾值電流。GaAIAs半導(dǎo)體激光器的伏安特性和一般p-n結(jié)半導(dǎo)體二極管相類似。圖4.4 LED強(qiáng)度調(diào)制視頻光纖傳輸三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光學(xué)導(dǎo)軌及配件2、單色儀3、半導(dǎo)體激光源（已安裝在黑色圓柱筒體內(nèi)）4、光功率計5、光綜合測試儀四、實(shí)驗(yàn)步驟及要求1、打開光綜合測試儀電源，用功能鍵盤進(jìn)行選擇，選擇恒流

26、源功能。2、將LD的兩個輸出端子上加恒流，調(diào)節(jié)電流大小，測LD二端的電壓、電流。3、調(diào)整單色儀的位置，使其入光孔對準(zhǔn)光源。4、調(diào)節(jié)單色儀的讀數(shù)輪，可以讀出相應(yīng)的波長值，觀察輸出孔光的顏色。5、將光探頭對準(zhǔn)輸出孔，測相應(yīng)的輸出功率。6、測出光源的P-I曲線。求閾值電流。注:如沒有本單色儀步驟3、4可省去。實(shí)驗(yàn)五 光纖圖像傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解半導(dǎo)體光源的特性。2、脈沖頻率調(diào)制傳輸方法。3、視頻圖象光纖傳輸方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基帶模擬信號直接光強(qiáng)度調(diào)制傳輸是模擬光纖傳輸最基本的傳輸技術(shù)。以發(fā)光二極管為光源的基帶電視信號光纖傳輸系統(tǒng)具有設(shè)備簡單、價格便宜的特點(diǎn)。傳輸質(zhì)量可以滿足不同指標(biāo)的要求，適

27、用于較短距離的電視傳輸，在廣播電視與工業(yè)電視傳輸中有著廣泛地應(yīng)用。這種設(shè)備以發(fā)光二極管為光源，是因?yàn)長ED的入纖光功率雖不如激光器的高，但它是非相干光源，對微分增益（DG）和微分相位（DP）的校正比用激光器（LD）作為光源來得容易，而且光源驅(qū)動電路也比較簡單。另外，在多模光纖傳輸系統(tǒng)中，它也不存在模式噪聲對信噪比的影響問題。因此，LED是這種系統(tǒng)中常用的光源。圖1示出了一個系統(tǒng)的基本組成方框。在我國采用的PAL制電視信號中，彩色信號是調(diào)制在頻率為4.43MHz的色副載波上，而色副載波又是疊加在亮度信號上的。色副載波的幅度決定著彩色信圖1 LED強(qiáng)度調(diào)制視頻光纖傳輸號的飽和度，其相位決定了色調(diào)。

28、由于亮度信號的變化在傳輸中可能引起色副載波的幅度和相位失真，在電視信號中被稱作微分增益（DG）和微分相位（DP）失真。在傳輸系統(tǒng)中，發(fā)光二極管的非線性是引起DG、DP失真的主要原因，這是因?yàn)榘l(fā)光二極管的阻抗特性、注入電流、內(nèi)部量子效率、輻射復(fù)合率的溫度特性以及調(diào)制帶寬等因素的影響所致。一般發(fā)光二極管在不采用任何校正措施的情況下，系統(tǒng)可引起1015%左右的DG變化和13度的DP變化，這對于高指標(biāo)傳輸來說是不利的。因此需要加入校正電路用以消除這種影響。校正發(fā)光二極管的非線性的方法很多，如反饋法、相移調(diào)制法、前饋法和準(zhǔn)前饋法等。但上述這些方法對校正電路或光器件的要求都很高，采用這些方法會使設(shè)備原本簡

29、單便宜的系統(tǒng)反而變得比較復(fù)雜，設(shè)備成本也因此而有所提高。因此一般情況下多采用預(yù)失真（預(yù)校正）法比較實(shí)用。所謂預(yù)失真法是用普通二極管的非線性在發(fā)送端使信號預(yù)先失真，用以抵消發(fā)光二極管的非線性失真。眾所周知，電視信號在通過傳輸設(shè)備的電路時，由于交流耦合電容的影響，會失去信號中的低頻成分和直流成分。為了保持良好的場響應(yīng)，常常采取箝位措施，恢復(fù)直流分量。除此之外，發(fā)端采用箝位技術(shù)控制電視信號，可使其工作在發(fā)光二極管的P-I特性線性校正區(qū)范圍內(nèi)。因而，預(yù)失真電路和光源驅(qū)動電路中也采用箝位技術(shù)。在收端，光電檢測器究竟是采用PIN光電二極管還是雪崩光電二極管（APD），這要看對光纖傳輸系統(tǒng)信噪比的要求而定。

30、如前所述，信噪比要求較高時多采用PIN，而信噪比要求較低時，采用APD可以提高接收機(jī)的靈敏度。前置放大器可以采用高阻抗低噪聲放大器或高跨阻抗低噪聲放大器，這樣有利于接收機(jī)靈敏度的提高。上述兩種放大器的帶寬并不理想，為了保證電視信號的幅頻特性要求，有時需要進(jìn)行幅度均衡。限制噪聲帶寬的低通濾波器一般和幅度均衡特性一起考慮，并不單獨(dú)設(shè)置。在這種光纖傳輸系統(tǒng)中，自動增益控制（AGC）電路的作用除了可以使接收機(jī)的信號動態(tài)范圍擴(kuò)大外，更重要的是，因?yàn)檫@種系統(tǒng)接收端的輸出信號電平是隨著收到的光功率的大小而改變的，因而自動增益控制還起到使接收端電視信號輸出電平維持恒定接口電平的作用。圖2 等寬PFM視頻光纖傳

31、輸系統(tǒng)原理圖這里需要指出的是，基帶模擬電視信號光強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)容易受到光源非線性的影響，雖然可以采用各種措施去改善非線性失真的影響，但光源的P-I特性一致性較差，使得批量生產(chǎn)時，調(diào)整工作量較大，特別是采用LD作光源時，影響傳輸指標(biāo)的因素更多，加之脈沖頻率調(diào)制技術(shù)已經(jīng)成熟，而且又不受光源的非線性影響，因此采用激光器的基帶模擬電視信號強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)目前已很少采用。脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation：PFM）傳輸方式是目前單路模擬視頻光纖傳輸方式中傳輸質(zhì)量較高的方式之一，它也屬于脈沖調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)中的一種。所謂脈沖調(diào)制包括脈沖調(diào)幅、脈沖調(diào)相、脈沖調(diào)寬、脈沖間隔調(diào)制、脈沖

32、調(diào)頻以及其它雙參數(shù)脈沖調(diào)制等。在這些方式中除脈沖調(diào)幅外，都不受光源非線性的影響。脈沖頻率調(diào)制有兩種方式，一種是調(diào)制脈沖的重復(fù)頻率隨信號幅度大小呈線性變化，而脈沖持續(xù)期（脈寬）則固定不變；另一種是脈沖占空比為1:1，而調(diào)制脈沖的重復(fù)頻率仍然與信號的幅度成比例變化。后者實(shí)際上叫做方波調(diào)頻（SWFM）方式。方波頻率調(diào)制（SWFM）是一種脈沖化了的調(diào)頻方式（也叫脈沖占空比為1:1的PFM方式），它是在等寬PFM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的更適合于光纖傳輸系統(tǒng)的視頻傳輸方式。因此，近年來在光纖單路電視傳輸中占有重要地位。通過頻譜分析可知：等寬PFM信號的頻譜中含有基帶電視信號成份，這給PFM信號的解調(diào)帶來了方便。但

33、同時也給接收端的判決帶來了不便，這是因?yàn)樵诘葘扨FM脈沖中的直流成分會給判決點(diǎn)的確定帶來麻煩。由于脈沖較窄，帶寬較寬，給接收端前置放大器設(shè)計和接收靈敏度的提高也都帶來了不便，而在SWFM系統(tǒng)中，上述這些不足之處都可以得到克服。SWFM信號的頻譜成分中不含基帶視頻分量，也不含直流成分，因此，它不影響判決點(diǎn)的確定。而且其信號能量主要集中在載頻f0附近，因此傳輸帶寬比較窄。圖3 SWFM視頻光纖傳輸三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光發(fā)送與接收模塊（光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)）2、光纖跳線3、攝像頭和監(jiān)視器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟對于基帶直傳視頻圖像的傳輸，實(shí)驗(yàn)電路圖如下。其具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下。圖像傳輸采用乙路光纖通信系統(tǒng)。

34、光纖蓮花頭蓮花頭模擬光發(fā)送機(jī)模擬光接收機(jī)攝像頭P101P102監(jiān)視器1、用短接帽將光發(fā)送接收模塊上的SW102的2腳與3腳短接。2、打開實(shí)驗(yàn)箱及光發(fā)送接收模塊的電源；將模塊的按鍵KS101_1按下（LED101_1燈亮）。3、攝像頭視頻輸入接模塊的圖像輸入端P101，模塊的圖像輸出端P102接監(jiān)視器。4、傳輸過程中如果圖像不清晰可調(diào)節(jié)模塊的RP103。實(shí)驗(yàn)六 光電倍增管PMT實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 理解光電倍增管的工作原理；2、 熟習(xí)光電倍增管的正確使用；3、 掌握光電倍增管的暗電流、響應(yīng)度等參數(shù)的測試方法；4、 掌握PMT在弱光信號檢測中的應(yīng)用；二、實(shí)驗(yàn)原理光電倍增管是一種真空光電器件，它主要

35、由光入射窗口、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極和陽極組成，其工作原理：光子透過入射窗口入射在光電陰極K上；光電陰極的電子受光子激發(fā)，離開表面發(fā)射到真空中；光電子通過電場加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子經(jīng)N級倍增極倍增后，光電子就放大N次。經(jīng)過倍增后的二次電子由陽極P收集起來，形成陽極光電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號電壓。光電倍增管的工作原理如圖1所示。 為了使光電子能有效地被各電極收集并通過各倍增極倍增，陰極與第一倍增極、各倍增極之間以及末級倍增極與陽極之間都必須施加一定的電壓。最普通的形式是外接一系列電阻，在陰極和陽極之間加上適當(dāng)?shù)?/p>

36、高壓，陰極接負(fù)，陽極接正，使各電極之間獲得一定的偏壓，如圖1所示。hfRN-1RN-1R2R1KP-HVRLD1D2DN圖1 光電倍增管的原理示意圖入射光窗口通常需在陰極（K）和陽極（P）之間加上近千伏的高壓。同時，還需在陰極、聚焦極、倍增極和陽極之間分配一定的極間電壓，保證光電子能被有效地收集，光電流通過倍增極系統(tǒng)得到放大。最常用的分壓器是采用一組電阻，跨接在陰極與陽極之間，如圖1所示。為了保證上述極間電壓恒定，有時在陰極與第一倍增極之間，以及陽極與末級倍增極之間有時采用齊納二極管代替電阻。1、供電電壓的極性 一般的分壓電路中采用陽極接地，負(fù)高壓供電，如圖1所示，這種方式可消除外部信號輸出電

37、路與陽極之間的電位差，因而光電倍增管的輸出光電流可直接與電流計或電流電壓轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器相連。但是，陽極接地也帶來一些問題，由于靠近管子玻殼的金屬支架或磁屏蔽接地，它們與陰極和倍增極之間存在比較高的電位差，結(jié)果使某些光電子打到玻殼上產(chǎn)生噪聲。此外，對于端窗式光電倍增管，如果靠近光電陰極的端面或玻殼接地，因玻璃材料存在極微小的電導(dǎo)率，具有高負(fù)電位的陰極與地之間就會產(chǎn)生漏電流，故會引起光陰極電解，從而導(dǎo)致陰極的損壞。因此這種情況下，在設(shè)計光電倍增管的支架或使用電磁屏蔽筒時要格外小心。 另外也可以用泡沫橡膠或其它類似的材料將光電倍增管與管罩隔開，當(dāng)然這些材料應(yīng)有良好的絕緣性能。如果在玻殼外涂上黑色的

38、導(dǎo)電層（稱HA膜），并將它與陰極連接，這樣就可以解決陰極漏電流問題。2、高壓電源 光電倍增管對高壓供電電源的穩(wěn)定性要求比較高。由式可知，一般高壓電源電壓的穩(wěn)定性應(yīng)比光電倍增管所要求的穩(wěn)定性約高10倍。在精密的光輻射測量中，通常要求電源電壓的穩(wěn)定度達(dá)到0.01%0.05%。 目前，一種體積小巧的高壓電源模塊比較適合用于光電倍增管中。輸入直流電壓一般為+15伏，輸出端可獲得上千伏的負(fù)高壓，電壓穩(wěn)定度為0.02%0.05%。通過調(diào)節(jié)控制端的電阻或電壓值，輸出的電壓可以從200伏至1200伏之間變化?？勺冸娮枰话銥?0K的多圈精密電位器或其它精密電阻。如果可變電壓由微機(jī)的D/A輸出控制，那么可以通過微

39、機(jī)編程自動設(shè)定高壓，許多分光光度計采用該方法，根據(jù)測量的光信號強(qiáng)度可自動調(diào)整光電倍增管測理系統(tǒng)靈敏度。3、信號輸出 光電倍增管輸出的電流信號，用一只負(fù)載電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸出信號再連接到其它電壓放大器或電壓表上。一般光電倍增管可看作是恒流源，似乎可以用比較大的負(fù)載電阻將微小的電流信號轉(zhuǎn)換成很大的電壓信號。但實(shí)際上，這會使光電倍增管的頻率響應(yīng)和線性變差。選擇負(fù)載電阻的三點(diǎn)建議： 在頻響要求比較高的場合，負(fù)載電阻應(yīng)盡可能小一些。 當(dāng)輸出信號的線性要求較高時，選擇的負(fù)載電阻應(yīng)使信號電流在它上面產(chǎn)生的壓降在幾伏以下。 負(fù)載電阻應(yīng)比放大器的輸入阻抗小得多。 為了保證光電倍增管具有良好的線性和

40、頻響特性，負(fù)載電阻要小，這又使得輸出信號的轉(zhuǎn)換效率很低。如果用運(yùn)算放大器來代替負(fù)載電阻，實(shí)現(xiàn)電流電壓的轉(zhuǎn)換，就能解決上述問題。4、倍增管的主要特性參數(shù)光電倍增管的特性參數(shù)包括靈敏度、光譜響應(yīng)度、電流增益、伏安特性、暗電流、線性和時間特性等。下面介紹本實(shí)驗(yàn)涉及到的特性。(1)靈敏度靈敏度是衡量光電倍增管將光輻射轉(zhuǎn)換成電信號能力的一個參數(shù)，一般是指積分靈敏度，即白光靈敏度。包括陰極靈敏度和陽極靈敏度。陰極靈敏度SK陰極光照靈敏度SK是指光電陰極本身的積分靈敏度。定義為光電陰極的飽和光電流Ik除以入射到陰極的光通量所得的商陰極光照靈敏度只與光電陰極的材料和光電倍增管的結(jié)構(gòu)有關(guān)。測量時應(yīng)如圖所示，陰極

41、為一極，其它各極連在一起為另一極，使從陽極測得的電流沒有倍增。圖2 光電倍增管陰極電流的測量光通量要適當(dāng)，太大會由于光電陰極層的電阻損耗會引起測量誤差；太小會由于歐姆漏電流影響使光電流的測量精度降低，通常選在lm的數(shù)量級。陽極靈敏度陽極光照靈敏度是指光電倍增管在一定工作電壓下，陽極輸出光電流與入射到陰極的光通量的比值陽極光照靈敏度除與光電陰極的材料和光電倍增管的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與工作電壓有關(guān)。而且公式中的要保證光電倍增管處于正常的線性工作狀態(tài)，若在飽和狀態(tài)，光通量變化時電流并不改變，測得的靈敏度就沒有意義。因此測量時所用光通量比測陰極靈敏度時要小很多。(2) 放大倍數(shù)(電流增益)G放大倍數(shù)G(電

42、流增益)定義為在一定的入射光通量和陽極電壓下，陽極電流與陰極電流IK間的比值。也可以由在一定工作電壓下陽極靈敏度和陰極靈敏度的比值來確定，即放大倍數(shù)G取決于系統(tǒng)的倍增能力，因此它是工作電壓的函數(shù)。(3) 暗電流Id當(dāng)光電倍增管在完全黑暗的情況下工作時，在陽極電路里仍然會出現(xiàn)輸出電流，稱為暗電流，暗電流與陽極電壓有關(guān)，通常是在與指定陽極光照靈敏度相應(yīng)的陽極電壓下測定的。(4)伏安特性有陽極伏安特性和陰極伏安特性之分，在實(shí)際應(yīng)用中，感興趣的是陽極伏安特性。陽極伏安特性：定義為當(dāng)光照度E一定時，陽極電流Ip和陽極與陰極之間的總電壓（陽極電壓）VA的關(guān)系。如圖3所示：圖3 光電倍增管陽極電流與電壓之間

43、的特性曲線(5)線性線性是指在一定的工作電壓下，陽極輸出電流IP與光照度E的線性關(guān)系，也稱光電特性，是光電測量系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。影響線性的原因很多，除與光電倍增管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)外，在很大程度上取決于外部高壓供電電路及信號輸出電路。這里僅就高壓供電電路加以分析。為使光電倍增管能正常工作，需要在陰極K和陽極A加近千伏的電壓。同時，還需要在陰極、聚焦極、倍增極、陽極之間分配一定的極間電壓，才能保證光電子能被有效的收集，光電流通過倍增極系統(tǒng)得到放大。通常由下圖所示的電阻鏈分壓來完成。圖4 光電倍增管的分壓電路流過分壓電路的電流Ib與光電倍增管輸出信號的線性密切相關(guān)，分壓電阻的取值應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。隨著

44、光通量的增加，陽極電流Ia也相應(yīng)增加。當(dāng)光通量進(jìn)一步增大并超過某一定值后，陽極電流與光通量之間會偏離線性關(guān)系，甚至使光電倍增管進(jìn)入飽和狀態(tài)，如圖5所示圖5 光電倍增管的光電特性輸出信號是直流情況下，當(dāng)陽極電流為Ia時，末級倍增極Dn的一次電流，為倍增極的二次發(fā)射系數(shù)，從此倍增極經(jīng)過電阻流向陰極的電流為，同理，其它倍增極也有一部分電流流向陰極，而且這些電流隨光電流增大而增大，這些電流會使各極間電壓重新分配。當(dāng)Ia遠(yuǎn)小于流過分壓電路的電流Ib時，極間電壓的重新分配不明顯，陽極電流Ia隨光通量線性增加；如曲線A段。當(dāng)陽極電流增大到能與分壓器電流相比擬時，極間電壓的重新分配將很明顯，導(dǎo)致陽極與后幾級倍

45、增極的極間電壓下降，陰極與前幾級倍增極的極間電壓上升，結(jié)果光電倍增管的電流放大倍數(shù)明顯增加，如曲線B段。當(dāng)陽極電流進(jìn)一步增加時，陽極與末級倍增極的極間電壓趨向零，陽極的電子收集率逐漸減小，最后陽極輸出電流飽和，如曲線C段。為防止極間電壓的再分配以保證增益穩(wěn)定，分壓器電流至少為最大陽極電流的20倍。對于直線性要求很高的應(yīng)用場合，分壓器電流至少為最大陽極平均電流的100倍。(6)時間特性由于電子在倍增過程中的統(tǒng)計性質(zhì)以及電子的初速效應(yīng)和軌道效應(yīng)，從陰極同時發(fā)出的電子到達(dá)陽極的時間是不同的，因此，輸出信號相對于輸入信號會出現(xiàn)展寬和延遲現(xiàn)象，這就是光電倍增管的時間特性。三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光學(xué)導(dǎo)軌及

46、配件2、光源3、PMT管座4、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟圖6(a) 光電倍增管PMT實(shí)驗(yàn)光源管座PMT管座信號線旋鈕PMT輸出PMT高壓多圈電位器圖6(b) PMT光電倍增管面板圖IKIA1、 PMT高壓偏置測試。電路連接如圖7 所示。實(shí)驗(yàn)時注意連線，不要碰PMT殼體。將PMT的HV輸出端口通過專用的連接線(Q9-測試針)連接到量程為2000V的電壓表上,調(diào)節(jié)HV調(diào)節(jié)旋鈕,觀察PMT偏置電壓的變化范圍。（0-1200V）PMT高壓輸出端PMTPV圖7 PMT偏置電壓測試連接圖 說明：注意區(qū)分連接線的類型，如（Q9-測試針）表示連接線的一頭為Q9頭，另一頭為插針，以下類同。2、PMT暗電

47、流測試。在沒有光照的情況下用微電流計測試PMT的輸出電流。電路連接 如圖8所示。用連接線（香蕉頭香蕉頭），分別將IK和IA的正負(fù)兩端自環(huán)，遮光筒蓋子旋緊，以免光進(jìn)入PMT。用連接線(Q9-測試針)將PMT的HV輸出端口連接到量程為2000V的電壓表上,調(diào)節(jié)HV調(diào)節(jié)旋鈕,使PMT的偏置電壓為-800V。用連接線(Q9-測試針)將PMT的信號輸出端口連接到最小量程為2µA的微電流表上。緩慢調(diào)節(jié)HV高壓旋鈕,觀測并記錄PMT在-800V偏置電壓時的暗電流。測試完畢將HV高壓旋鈕逆時針旋到底,去除PMT上的負(fù)高壓，防止下次測量時帶來累積誤差。PMT輸出端PMTP圖8 PMT暗電流測試連接圖

48、µA3、PMT陽極電流I A與陽極靈敏度測試。光路連接如圖6(a)所示。用連接線將高亮LED接到實(shí)驗(yàn)箱的恒流源輸出端口。恒流源的調(diào)節(jié)旋鈕逆時針到底，使電流輸出為0mA，此時的光照度為零。固定PMT暗盒，用短接線（香蕉頭香蕉頭）連接陰極電流IK輸出的兩個端口，然后將陽極電流IA的兩個端口之間串接一只最小量程為200µA的電流表，。將PMT的遮光套筒蓋子旋開，將LED套筒旋進(jìn)PMT套筒打開實(shí)驗(yàn)箱電源，用連接線(Q9-測試針)將PMT的HV輸出端口連接到量程為2000V的電壓表上,調(diào)節(jié)HV調(diào)節(jié)旋鈕,使PMT的偏置電壓為-800V。緩慢調(diào)節(jié)恒流源旋鈕，使電流表讀數(shù)為100µ

49、;A左右，不要超過200µA！記下所測的電流值即為陽極電流I A。旋開LED光源套筒，將其與光照度計探頭對準(zhǔn)，測此時的光照度值Lx，計算陽極靈敏度Sa（mA/lx）。重發(fā)步驟分別記下電壓為-300V、-500V、-700V、-900V、1000V時的繪制在該光照下的I A或Sa-V關(guān)系曲線。測試完畢將HV高壓旋鈕逆時針旋到底，PMT偏置歸零。注意：恒流源電流不能大，應(yīng)保證弱光條件下測量。用光照度計對準(zhǔn)LED出光孔（實(shí)驗(yàn)中測量光照度時照度計光敏探頭應(yīng)緊貼LED光源出光口，盡量保證不受自然光的影響，以下實(shí)驗(yàn)都應(yīng)如此。4、PMT陰極電流IK與陰極靈敏度測試。將上面實(shí)驗(yàn)3的步驟：改為用短接線

50、（香蕉頭香蕉頭）連接陽極電流IA輸出的兩個端口，然后將陰極電流IK的兩個端口之間串接一只最小量程為200µA的電流表。其余同實(shí)驗(yàn)3的其他步驟。計算陰極靈敏度。5、PMT增益（放大倍數(shù)）的計算。自行設(shè)計放大倍數(shù)的測試步驟，測試恒定的弱光照射時的陽極電流和陰極電流，偏置電壓為-800V時，PMT的放大倍數(shù)，與理論值比對并加以分析。實(shí)驗(yàn)七 透射式光開關(guān)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔干涫焦怆婇_關(guān)組成原理及應(yīng)用；掌握透射式光電開關(guān)的應(yīng)用電路及場合。二、基本原理光電開關(guān)可以由一個光發(fā)射管和一個接收管組成。光發(fā)射管和接收管之間無遮檔時，接收管有光電流產(chǎn)生，一旦此光路中有物體阻擋時光電流中斷，利用這種特性可

51、制成光電開關(guān)用于工業(yè)控制等。發(fā)射管接收管遮擋物移動方向圖1 透射式光電開關(guān)原理圖三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光電開關(guān)（已安裝在箱內(nèi)的模塊上）2、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)步驟1、打開光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱電源，選擇光電功能模塊。2、調(diào)節(jié)發(fā)射管及注入電流。3、遮擋物插入/移動光電開關(guān)。4、注意二極管發(fā)光，聲光報警。實(shí)驗(yàn)八 反射式光電開關(guān)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解紅外線光電接近開關(guān)的組成及基本原理；掌握透射式光電開關(guān)的應(yīng)用電路及場合。二、基本原理 紅外線光電接近開關(guān)中有一個紅外發(fā)射二極管和光敏三極管組成。當(dāng)物體接近時，發(fā)射管發(fā)射的紅外線被子物體反射到接收管上，被接收管接收產(chǎn)生光電流，經(jīng)采樣放大和控制電路，可作為自動

52、開關(guān)。發(fā)射管接收管遮擋物移動方向圖1 反射式光電開關(guān)原理圖三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光電開關(guān)2、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)步驟1、打開光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱電源，選擇光電功能模塊。2、調(diào)節(jié)發(fā)射管及注入電流。3、遮擋物靠近/遠(yuǎn)離光電開關(guān)。4、注意二極管發(fā)光，揚(yáng)聲器報警。實(shí)驗(yàn)九 紅外光電報警實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解紅外對管的原理及應(yīng)用； 2、掌握它們在紅外遙控、光電報警中的應(yīng)用二、基本原理 紅外對管包括發(fā)射管和紅外接收管，發(fā)射管是發(fā)光二極管，其發(fā)光波長為紅外光，接收管是一個光敏三極管，其中心響應(yīng)波長位于紅外波段。紅外光在空中傳輸距離較遠(yuǎn)，因而可用于遠(yuǎn)距離遙控、光電報警系統(tǒng)工程中。紅外發(fā)射管紅外接收管圖1 紅

53、外發(fā)射管與接收管原理圖紅外線三、實(shí)驗(yàn)裝置與儀器1、光學(xué)導(dǎo)軌及配件2、紅外發(fā)射管3、紅外接收管4、光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)步驟1、打開光電子綜合實(shí)驗(yàn)箱電源，選擇聲光報警功能模塊。2、調(diào)節(jié)發(fā)射管及注入電流。3、調(diào)整接收管使其對準(zhǔn)發(fā)射管。 4、注意二極管發(fā)光，聲光報警。升降桿升降桿調(diào)節(jié)旋鈕位移調(diào)節(jié)旋鈕升降桿座導(dǎo)軌支撐柱光學(xué)導(dǎo)軌圖2 光電聲光報警實(shí)驗(yàn)紅外發(fā)射管座紅外接收管座信號線五、實(shí)驗(yàn)要求1、熟習(xí)儀表的正確操作；2、掌握紅外遙控器的電路設(shè)計；3、借助紅外傳感與光電報警模塊，自已設(shè)計實(shí)驗(yàn)電路，并進(jìn)行連線實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)十 紅外熱釋電探測器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握晶體材料的熱釋電效應(yīng)；2、了解紅外熱釋電探測器

54、的組成；3、掌握菲涅爾透鏡的作用，學(xué)會使用熱釋電探測器；4、掌握其在紅外探測、人體感應(yīng)、安全監(jiān)控方面的常用。二、基本原理熱釋電傳感器（PIR）是利用的晶體的熱釋電效應(yīng)，即指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷的現(xiàn)象。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極，在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感。紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為