紅外物理特性及應(yīng)用實驗備課講稿

紅外物理特性及應(yīng)用試驗僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝2紅外物理特性及應(yīng)用試驗0.75~1000微米的電磁波稱為紅外波，對紅外頻譜的爭論歷來是根底爭論的重要組成局部。對原子與分子的紅外光譜爭論，幫助我們洞察它們的電爭論奠定了根底?！驹囼?zāi)康摹?、 了解紅外通信的原理及根本特性。2、 了解局部材料的紅外特性。3、 了解紅外放射管的伏安特性，電光轉(zhuǎn)換特性。4、 了解紅外放射管的角度特性。5、 了解紅外接收管的伏安特性?！驹囼炘怼?、紅外通信用信號對載波進展調(diào)制，用載波傳輸信號，在接收端再將需要的信號解調(diào)復(fù)原出8兆赫茲的帶寬。載波的頻率間隔假設(shè)小于信方式。紅外傳輸?shù)慕橘|(zhì)可以是光纖或空間，本試驗承受空間傳輸。2、紅外材料成正比：dIIdx 〔1〕對上式積分，可得：IIeL 〔2〕oL為材料的厚度。材料的衰減系數(shù)是由材料本身的構(gòu)造及性質(zhì)打算的，不同的波長衰減系數(shù)不硫化物玻璃，鍺硫系玻璃等。光波在不同折射率的介質(zhì)外表會反射，入射角為零或入射角很小時反射率：nR(1n1

n2)2n2

〔3〕由〔3〕式可見，反射率取決于界面兩邊材料的折射率。由于色散，材料在不1所示。反射光強與入射光強之比為：I (1R)2e2LRR[1(1R)2e2L(1R2e2LR4e4L ] 〔4〕I 1R2e2L0透射光強與入射光強之比為：IIT (1R)2eL(1R2e2LR4e4L0

)(1R)2eL1R2e2L

〔5〕、IT，聯(lián)立〔4〕、〔5〕Rα。下面Rα。對于衰減可無視不計的紅外光學(xué)材料，α=0，e–αL=1，此時，由〔4〕式可解出：RIR I /RI0 〔6〕2I /IR 0對于衰減較大的非紅外光學(xué)材料，可以認為屢次反射的光線經(jīng)材料衰減后光強度接近零，對圖1中的反射光線與透射光線都可只取第一項，此時：II0IR0I(1-R)2I0IR0I(1-R)2e-αLI(1-R)2Re-2αL00I(1-R)2R3e-4αLI(1-R)2R2e-3αL00I(1-R)2R5e-6αLI(1-R)2R4e-5αL0……0……001lnI0

(1R)2

〔8〕L IT由于空氣的折射率為1，求出反射率R1 RnR1 R

圖1 光在兩界面間的屢次反射〔9〕很多紅外光學(xué)材料的折射率較大，在空氣與紅外材料的界面會產(chǎn)生嚴峻的反2.2144，反射率為光學(xué)元件的透過率。3、發(fā)光二極管NPNP管，本試驗承受發(fā)光二極管。

勢壘電 空間場方向 電荷區(qū)圖2 半導(dǎo)體P-N結(jié)示意圖發(fā)光二極管是由P型和N型半導(dǎo)體組成的二極管。P型半導(dǎo)體中有相當數(shù)量的空穴，幾乎沒有自由電子。N型半導(dǎo)體中有相當數(shù)量的自由電子，幾乎沒有空穴。當兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成P-N結(jié)時，N區(qū)的電子〔帶負電〕向P區(qū)集中，P區(qū)的空穴〔帶正電〕向N區(qū)集中，在P-N結(jié)四周形成空間電荷區(qū)與勢壘電場。勢壘電場會使載流子向集中的反方向作漂移運動，最終集中與漂移到達平衡，使流過P-N結(jié)的凈電流為零。在空間電荷區(qū)內(nèi)，PN區(qū)的電子復(fù)合，N區(qū)的電子被來自P區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)內(nèi)幾乎沒有能導(dǎo)電的載流子，又稱為結(jié)區(qū)或耗盡區(qū)。當加上與勢壘電場方向相反的正向偏壓時，結(jié)區(qū)變窄，在外電場作用下，P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子就向?qū)Ψ郊羞\動，從而在PN結(jié)四周產(chǎn)生電子與空穴的復(fù)光譜的中心波長。343可見，發(fā)光二極4可見，發(fā)光二極管輸出光功率與驅(qū)動電流近似呈線性關(guān)系。這是由于：驅(qū)動電流與注入PN結(jié)的電荷數(shù)成正比，在復(fù)合發(fā)光的量子效率肯定的狀況下，輸出光功率與注入電荷數(shù)成正比。發(fā)光二極管的放射強度隨放射方向而異。方向的特性如圖55準，當方向角度為零度時，其放射強度定義為100％。當方向角度增大時，其放射強度相對減少，放射強度如由光軸取其方向角度一半時，其值即為峰值的一半，此角度稱為方向半值角，此角度越小即代表元件之指向性越靈敏。僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝6I PV I圖3 發(fā)光二極管的伏安特性 圖4 發(fā)光二極管輸出特性一般使用紅外線發(fā)光二極管均附有透鏡，使其指向性更靈敏，而圖5〔a〕的曲線就是附有透鏡的狀況，方向半值角大約在±7°。另外每一種型號的紅外線發(fā)光二極管其幅射角度亦5(b)所示之曲線為另一種型號之元件，方向半值角大約在±50°?！病瞐〕A型管〔加裝透鏡〕〔b〕B型管4、光電二極管向偏置狀態(tài)下的PN結(jié)，反向偏壓電場方向與勢壘電場方向全都，使結(jié)區(qū)變寬，無光照時只有很小的暗電流。當PN結(jié)受光照耀時，價電子吸取光能后擺脫價鍵的束縛成為自由電子，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對，在電場作用下，電子向N區(qū)運動，空穴P區(qū)運動，形成光電流。于在P型和N型半導(dǎo)體之間夾有一層沒有滲入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體材料，稱為I型僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝6和響應(yīng)速度。圖6是反向偏置電壓下光電二極管的伏安特性。無光照時的暗電流很小，它是率與飽和光電流之間呈較好的線性關(guān)系。RR兩端的電壓也與光功率成正比。RI V+RP=2mw2P=1mw1P=00(V)圖6 光電二極管的伏安特性 圖7 簡潔的光電轉(zhuǎn)換電路【試驗儀器】7僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝88試驗系統(tǒng)組成框圖圖8中，紅外放射裝置產(chǎn)生的各種信號，通過放射管放射出去。發(fā)出的信號通將信號處理后，通過儀器面板顯示或者示波器觀看傳輸后的各種信號。測試鏡架的“A”處，可以安裝不同的材料，以爭論這些材料的紅外傳輸特性。紅外傳輸后是否失真等特性〔學(xué)校自備〕。紅外發(fā)生裝置、紅外接收裝置、軌道局部，三者要保證接地良好?！驹囼瀮?nèi)容和步驟】1、 局部材料的紅外特性測量僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝10將紅外放射器連接到放射裝置的“放射管”接口，接收器連接到接收裝置的“接收管”接口〔在全部的試驗進展中，都不取下放射管和接收管〕，二者相對放置，通電。統(tǒng)顯示窗口設(shè)置為“電壓源”。接收系統(tǒng)顯示窗口設(shè)置為“光功率計”。00點誤差，登記此時顯示的背景值，以后的光強測量數(shù)據(jù)應(yīng)是顯示值減去該背景值。I0>4mW，微調(diào)接收器受光方向，使顯示值最大?！?㎜〕，IT。材料010203(mm)(mW)(mW)R材料010203(mm)(mW)(mW)Rn(/mm)說明：1＃鏡片可見與紅外都透光，衰減可無視不計〔α0〕。2＃鏡片不3＃鏡片對可見光有局部透過率，對紅外光衰減嚴峻?！?〕式計算反射率，〔9〕式計算折射率。對衰減嚴峻的材料，用〔7〕式計算反射率，〔8〕式計算衰減系數(shù)，〔9〕式計算折射率。2、 發(fā)光二極管的伏安特性與輸出特性測量2，微調(diào)接收端受光方向，使顯示值最大。將放射系統(tǒng)顯示窗口設(shè)置為“放射電流”，接收系統(tǒng)顯示窗口設(shè)置為“光功率計”?！才c放射光功率成正比〕。將放射系統(tǒng)顯示窗口切換倒“正向偏壓”，記錄與放射電流對應(yīng)的放射管兩端電壓。2中。〔注：儀器實際顯示值可能無法準確的2中設(shè)定值，應(yīng)按實際調(diào)整的放射電流數(shù)值為準〕2發(fā)光二極管伏安特性與輸出特性測量(V)光功率(mW)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 4534所描述的規(guī)律是否符合。3、 發(fā)光管的角度特性測量為“電壓源”，將接收系統(tǒng)顯示窗口設(shè)置為“光功率計”。連接電壓源輸出到放射2，微調(diào)接收端受光方向，使顯示值最大。增大電壓源輸出，4mW。0°，記錄此時的光功率，以順時針方向〔作為〕5°〔也可以依據(jù)需要調(diào)整角度間隔〕記錄一次光功率，填入作為負角度方向〕5°記錄一次光功率，填入表3中。3紅外發(fā)光二極管角度特性的測量轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)動角度-30°-25°-20°-15°-10°-5°0°5°10°15°20°25°30°光功率光功率(mW)3〔60％以上的角度〕。4、 光電二極管伏安特性的測量4所示。4中。4光電二極管伏安特性的測量(伏)P=000.512345P=1mW 光電流P=2mWP=3mW以表4數(shù)據(jù)，作光電二極管的伏安特性曲線。6所描述的規(guī)律是否符合。5、 音頻信號傳輸試驗將放射裝置“音頻信號輸出”接入放射模塊信號輸入端；將接收裝置“接收信號輸出”端接入音頻模塊音頻信號輸入端。傾聽音頻模塊播放出來的音樂。定性觀看位置沒對正，衰減，遮擋等外界因素對傳輸?shù)挠绊憽?、 數(shù)字信號傳輸試驗假設(shè)需傳