光電探測技術(shù)實驗報告

光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28實驗一光敏電阻特性實驗實驗原理:光敏電阻又稱為光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)的半導(dǎo)體光電器件，其結(jié)構(gòu)如圖(1)所示。由于半導(dǎo)體在光照的作用下，電導(dǎo)率的變化只限于表面薄層，因此將摻雜的半導(dǎo)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(jié)構(gòu)是由于在間距很近的電阻之間有可能采用大的靈敏面積，提高靈敏度。光梳苴極實驗所需部件：光梳苴極穩(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(jié)構(gòu)，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BiR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。Bi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(3)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。圖(2)幾種光敏電阻的光譜特性3、伏安特性：光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系。按照圖(3)分別測得偏壓為2V、4V、6V、8V、10V、12V時的光電流，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(jié)果填入表格并作出V/I曲線。注意事項：實驗時請注意不要超過光電阻的最大耗散功率Pmax，Pmax=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。

實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果:1.亮電阻測量數(shù)據(jù)及平均值:22.68k22.5K22.5K23.3K22.2K22.7K暗電阻測量數(shù)據(jù)及平均值：0.47M0.435M0.44M0.43M0.505m0.524M亮電壓測量數(shù)據(jù)及平均值:2.212V2.23V2.21V2.20V2.21V2.21V暗電壓測量數(shù)據(jù)及平均值:3.678V3.68V3.67V3.68V3.68V3.68V暗電流L暗=V暗/Rl=3.678V/0.47M=7.82*10-6亮電流L亮=V亮/RL=2.212V/22.68k=9.75*10-52.偏壓2V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA1.856751.953101.433601.805150.963401.403200.745301.365100.495200.91410偏壓4V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA1.98852.06151.63701.89151.35601.79180.91401.51100.42200.8210偏壓6V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA2.02803.80301.68703.36301.48602.92301.28502.75252.25903.9735偏壓8V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA1.96802.90301.75702.85251.53602.76200.97401.95201.24502.4222

偏壓10V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA1.60653.85351.45603.29351.23502.94300.93402.29250.72302.0520偏壓12V亮電壓/V亮電流/uA暗電壓/V暗電流/uA2.15903.95351.95803.63351.75703.50301.46603.08301.33502.5130光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫圖1°圖1°光敏二極管光控電路實驗二光敏管的應(yīng)用-----光控電路實驗?zāi)康模毫私夤饷艄茉诳刂齐娐分械木唧w應(yīng)用。實驗所需部件：光敏二極管或光敏三極管、光控電路、光源、電壓表、電阻器、三極管實驗步驟：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(diào)節(jié)控制電路，使其在自然光下負載發(fā)光管不亮。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。實驗結(jié)果及結(jié)論:亮電阻白紙帶色的紙書本遮光罩9.00V5.18V4.45V3.00V1.79V很亮較亮微亮較暗很暗光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫實驗原理：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、近紅外發(fā)射及檢測電路（光纖變換電路內(nèi)）、反射物（電機葉面）、電壓表.圏22光纖位移傳感器工作扁理圖實驗步驟：輸出電壓移位（mm〕輸出電壓移位（mm〕圖23反射式光纖位移傳感器輸岀特性曲線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。盡量降低室內(nèi)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V。應(yīng)約等于零。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(zhuǎn)一圈（0.5毫米）記錄V。值，并將記錄結(jié)果填入表格，作出距離X與電壓值mv的關(guān)系曲線。從測試結(jié)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II。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(jié)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）起始電壓0.05V峰值電壓0.76V每次相距0.15mm由峰值向前20組0.760.750.740.720.690.680.670.660.650.630.620.610.600.490.370.260.200.120.090.05由峰值向后20組0.760.740.700.650.600.580.550.500.470.420.390.360.320.280.220.180.120.090.070.06思考題：如何利用光纖傳感器位移測試的原理，設(shè)計一個光纖傳感器壓力測試單元？（提示壓力致使物體產(chǎn)生形變）。答：壓力一位移一電壓一數(shù)字信號光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫

實驗四.光電位置敏感器件——PSD傳感器實驗原理：PSD（positionsensitivedetector）是一種新型的橫向光電效應(yīng)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(guān)，只和光點在器件上的位置有關(guān)系。當光點位于器件中點（原點）時，光生電流Ii=【2,根據(jù)這一原理，將PSD器件兩極電流Ii、I2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：通過基座上端圓形觀察孔觀察PSD器件及在基座上的安裝位置，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。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(yīng)與反射面垂直。旋轉(zhuǎn)激光器角度，調(diào)節(jié)激光光點，（必要時也可調(diào)節(jié)PSD前的透鏡）使光點盡可能集中在器件上。仔細調(diào)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VO1、V°2的電壓值，此時兩個信號電壓應(yīng)是基本一致的。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(zhuǎn)25格（5/10mm），并將位移值（mm）與輸出電壓值（V0）記錄列表，作出V/X曲線，求出靈敏度S,S=^V/^XO根據(jù)曲線分析其線性。參考電壓0.473V絕對位置20mm向前20組△X=0.5mm測量電壓0.4680.4620.4580.4560.4540.4500.4470.4410.4400.4370.4340.4290.4230.4200.4160.4110.4050.3990.3930.389△U0.0060.0040.0020.0020.0040.0030.0060.0010.0030.0050.0060.0030.0040.0050.0060.0060.004△U的平均數(shù)=0.0038V△X的平均數(shù)=0.5mm S=^V/^X=7.6向后20組△X=0.5mm測量電壓0.4730.4750.4790.4840.4880.4920.4940.4960.5040.507

0.5110.5150.5170.5190.5230.5260.5300.5320.5360.540△U0.0020.0040.0050.0040.0040.0020.0020.0030.0040.0040.0020.0020.0040.0030.0020.0040.004注意事項：實驗中所用的固體激光器光點可調(diào)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(fù)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Vo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(diào)節(jié)一下激光器照射角度，使輸出達到最大。光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫實驗五光敏三極管對不同光譜的響應(yīng)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(yīng),這就是光學工程中使用光電對管的原因。圖14光敏三極管對不同光譜的響應(yīng)圖14光敏三極管對不同光譜的響應(yīng)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LED）、試件插座、直流穩(wěn)壓電源、電壓表（自備41/2位）實驗步驟：1、 按圖（14）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、 接好如圖（15）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(diào)節(jié)（電位器阻值的調(diào)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LED。3、 用黑色膠管將發(fā)光二極管與光敏三極管對頂相連，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、 調(diào)整發(fā)光二極管發(fā)光強度（可調(diào)節(jié)電位器）或改變與光敏管的相對位置，重復(fù)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。

綠色二極管電阻852Q1344Q1386Q電壓0.530V0.521V0.519V紅色二極管電阻1132Q1144Q1248Q電壓0.105V0.103V0.10V光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫實驗六光柵衍射實驗——光柵距的測定實驗?zāi)康模毫私夤鈻诺慕Y(jié)構(gòu)及光柵距的測量方法。￡衍射光斑I圖陰光柵衍射光斑排列實驗所需部件：光柵、激光器、直尺與投射屏（自備）。實驗步驟：1、 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、 在光柵后面安放好投射屏，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(cè)為一級、二級、三級…衍射光斑。如圖28）所示。請觀察光斑的大小及光強的變化規(guī)律。3、 根據(jù)光柵衍射規(guī)律，光柵距D與激光波長入、衍射距離L、中央光斑與一級光斑的間距S存在下列的關(guān)系：（式中單位：L、S為mm，入為nm,D為口m）根據(jù)此關(guān)系式，已知固體激光器的激光波長為650nm，用直尺量得衍射距離L、光斑距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）測距實驗: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。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。3、 調(diào)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、S、D、入填入表格，以驗證公式。實驗數(shù)據(jù)表序號12345L(mm)300350400450500S(mm)1113151820D(口m)18.881417.512117.345516.263016.2630D的平均數(shù)=0.017253^光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫實驗七光電池應(yīng)用光強計實驗七光電池應(yīng)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氏 光耳池光強測試電路實驗步驟：圖(20)為光電池測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。調(diào)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。不亮稍亮兩個都很亮0.02V0.61V5.27V思考題：如何將此電路改造成可更細分光照強度的光強計？答：光強度計電路如圖所示。其中由VT1、R4、R5及RP1組成電橋電路。在無光照時，調(diào)節(jié)電位器RP1使電橋平衡，電流表中沒有電流流過，電流表指針指示為零。當光照射在光敏二極管VD1上時，隨著光強度的不同，光敏二極管呈現(xiàn)出不同的內(nèi)阻，從而使場效應(yīng)電流流過電流表，表頭指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這樣，同光照的強度。光電探測技術(shù)

實驗報告班級：08050341X學號：28姓名：宮鑫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（CCD）的重要應(yīng)用是作為攝像器件，它將二維光學圖像信號通過驅(qū)動電路轉(zhuǎn)變成一維的視