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长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 1 内容简介内容简介 本实验系统从了解和熟悉光电系统的角度出发 讨论光电系统中的主要技术问题 主要 知识点包括 光电系统中常用的光源及其特性 常用光电探测器的工作原理 特性参数及光 电信号检测的基本线路 光学调制器 光电探测方法及光电信号处理方法 CCD 电荷耦合器 原理及其应用等 本实验系统与理论紧密结合 注重实用 可作为测控技术与仪器 物理电子技术 仪器 仪表 自动控制 精密仪器及办公自动化等专业本科生 研究生和有关科技人员课堂实验和 研究 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 2 目目 录录 实验一实验一 LD LEDLD LED 的的 P I VP I V 特性曲线测试特性曲线测试 4 4 实验二实验二 光电探测原理实验光电探测原理实验 1313 实验三实验三 光电探测器直流特性测试光电探测器直流特性测试 2424 实验四实验四 光纤端面处理 耦合及熔接光纤端面处理 耦合及熔接 2828 实验五实验五 光纤衰减系数的测试光纤衰减系数的测试 3434 实验六实验六 光电倍增管特性参数的测试光电倍增管特性参数的测试 3838 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 3 实验一实验一 LD LED 的的 P I V 特性曲线测试特性曲线测试 一 实验目的一 实验目的 1 通过测量 LD 半导体激光器域值电流 LED 发光二极管和 LD 半导体激光器的输出 功率 电流 P I 特性曲线和电压 电流 V I 特性曲线 计算阈值电流 Ith 和外微分 量子效率 从而对 LED 发光二极管和 LD 半导体激光器工作特性有个基本了解 2 了解温度 T 对阈值电流 Ith 和光功率 P 的影响 二 实验内容二 实验内容 1 测试 YSLED3215 型 LED 发光二极管的电压 电流 V I 特性曲线 2 测试 YSLED3215 型 LED 发光二极管的输出功率与电流 P I 特性曲线 3 测试 YSLD3125 型半导体激光器电压 电流 V I 特性曲线 4 测试 YSLD3125 型半导体激光器输出功率与电流 P I 特性曲线 5 测试 YSLD3125 型半导体激光器工作域值电流 6 测试 LD 温度特性 三 实验仪器三 实验仪器 1 YSLD3125 型半导体激光二极管 带尾纤输出 FC 型接口 1 只 2 YSLED3215 型发光二极管 1 只 3 ZY606 LD LED 电流源 1 台 4 温控器 可选 1 台 5 光功率计 1 台 6 万用表 1 台 四 实验原理四 实验原理 1 激光器一般知识 激光器一般知识 激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射 再利用谐振腔的正反馈 实现 光放大而产生激光振荡的 激光 其英文 LASER 就是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 受激辐射的光放大 的缩写 激光的本质是相干辐射与工作物质的原子相互作用的结果 尽管实际原子的能级是非常 复杂的 但与产生激光直接相关的主要是两个能级 设 Eu表示较高能级 El表示较低能级 原子能在高低能级间越迁 在没有外界影响时 原子可自发的从高能级越迁到低能级 并伴 随辐射一个频率为 hEE lu 的光子 这过程称自发辐射 若有能量为的光子作用于原子 会产生两个过程 一是原子吸收光子能量 lu EEh 从低能级越迁到高能级 同时在低能级产生一个空穴 称为受激越迁或受激吸收 此激发光 子消失 二是原子在激发光子的刺激下 从高能级越迁到低能级 并伴随辐射一个频率 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 4 hEE lu 的光子 这过程称受激辐射 受激辐射激发光子不消失 而产生新光子 光子增加 而且产生的新光子与激发光子具 有相同的频率 相位和偏振态 并沿相同的方向传播 具有很好的相干性 这正是我们所需 要的 受激辐射和受激吸收总是同时存在的 如果受激吸收超过受激辐射 则光子数的减少多 于增加 总的效果是入射光被衰减 反之 如果受激辐射超过受激吸收 则入射光被放大 实现受激辐射超过受激吸收的关键是维持工作物质的原子粒子数反转分布 所谓粒子数反转 分布就是工作物质中处于高能级的原子多于处于低能级的原子 所以原子的粒子数反转分布 是产生激光的必要条件 实现粒子数反转可以使受激辐射超过受激吸收 光在工作介质中得到放大 产生激光 但工作介质的增益都不足够大 若使光单次通过工作介质而要产生较强度的光 就需要很长 的工作物质 实际上这是十分困难 甚至是不可能的 于是就想到了用光学谐振腔进行光放 大 所谓光学谐振腔 实际上是在激光器两端 面对面地装两块反射镜 如下图所示 图 1 光学谐振腔结构图 一块几乎全反射 一块为部分反射 激光可透过部分反射镜射出 被反射回到工作介质 的光 可在工作介质中多次往返 设往返次数为 m 则有效长度为 m 1 2 3 4 mLLeff2 L 为工作介质的的实际长度 由于谐振腔内工作介质存在吸收 反射镜存在透射和散射 而且只有沿轴线方向的光才 被放大 因此光受到一定损耗 当增益和损耗相当时 在谐振腔内建立起稳定的激光振荡 即一个激光器 m 有一个确定的值 谐振腔的另一个作用是选模 光在谐振腔内反射时 反射波将和入射波发生干涉 为了 能在腔内形成稳定的振荡 必须满足相干相长的条件 也就是沿腔的纵向 轴线方向 形成 驻波的条件 这条件是 或 n qL 2 q nL2 式中 为波长 n 是工作介质的折射率 q 1 2 3 4 为某一整数 为驻波波 幅的个数 它表征了腔内纵向光场的分布 称为激光的纵模 q 1 称单纵模激光器 q 2 称 多纵模激光器 每个驻波的频率是不一样的 第 q 个驻波的频率由 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 5 L c q q 2 为光速 smC 103 8 以上两式都说明 虽然由于导带和价带是由许多连续能级组成的有一定宽度的能带 两 个能带中不同能级之间电子的跃迁会产生许多不同波长的光波 但只有符合激光振荡的相位 条件的那些波长存在 不符合激光振荡的相位条件的那些波长的光将衰减掉 这些波长取决 于激光器工作物质的纵向长度 L 多纵模激光器输出 q 个波长的光 但幅度不一样 幅度最大的称为主模 其余的称为边 模 2 半导体激光器的结构 半导体激光器的结构 半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体 由于邻近原子的作用 电子所处 的能态扩展成能级连续分布的能带 如下图 a 所示 能量低的能带称为价带 能量高的 能带称为导带 导带底的能量 Eu 和价带顶的能量 El之间的能量差称为禁带 glu EEE 宽度或带隙 不同的半导体材料有不同的带隙 本征半导体中导带和价带被电子和空穴占据 的几率是相同的 N 型半导体导带被电子占据的几率大 P 型半导体价带被空穴占据的几率 大 如下图 b c 所示 图 2 半导体激光器的电子和空穴分布 半导体激光器的结构多种多样 基本结构是下图所示的双异质结平面条形结构 这种结 构由三层不同类型半导体材料构成 中间层通常为厚度为 0 1 0 3 m 的窄带隙 P 型半导体 称为有源层 作为工作介质 两侧分别为具有较宽带隙的 N 型和 P 型半导体 称为限制层 具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结 有源层与右侧的 N 层之间形成 的是 P N 异质结 而与左侧的 P 层之间形成的是 P P 异质结 故这种结构又称 N P P 双异 质结构 简称 DH 结构 图 3 半导体激光器的基本结构 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 6 施加正向偏压后 就能使右侧的 N 层向有源层注入电子 左侧的 P 层向有源层注入空穴 但由于左侧的 P 层带隙宽 导带的能态比有源层高 对注入电子形成了势垒 注入到有源层 的电子不可能扩散到 P 层 同理 注入到有源层的空穴也不可能扩散到 N 层 这样 注入 到有源层的电子和空穴被限制在 0 1 0 3 m 的有源层内 形成了粒子数的反转分布 前后两个晶体解理面作为反射镜构成谐振腔 给半导体激光器施加正向偏压 即注入电流是维持有源层介质的原子永远保持粒子数的 反转分布 自发辐射产生的光子作为激发光子诱发受激辐射 受激辐射产生的更多新光子作 为新的激发光子诱发更强的受激辐射 3 半导体激光器的主要特性 半导体激光器的主要特性 1 输出电压特性 LD 和 LED 都是半导体光电子器件 其核心部分都是 P N 结 因此其具有与普通二极管 相类似的 V I 特性曲线 如下图所示 V VT I 图 4 激光器输出 V I 特性曲线 由 V I 曲线我们可以计算出 LD LED 总的串联电阻 R 和开门电压 VT 2 输出光功率特性 激光器光功率特性通常用输出光功率与激励电流 I 的关系曲线 既 P I 曲线表示 Ith I Pth P LD LED 图 5 LD LED 的 P I 特性曲线 在结构上 由于 LED 与 LD 相比没有光学谐振腔 因此 LD 和 LED 的功率 电流的 P I 关系特性曲线则有很大的差别 LED 的 P I 曲线基本上是一条近似的直线 从图 5 中可 以看出 LD 的 P I 曲线有一阈值电流 Ith 只有在工作电流 If Ith部分 P I 曲线才近似一根直 线 而在 IfT1 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 8 图 7 LD 激光器的四种形式 图中 LD 为激光器 PD 为背景光探测器 PD N side dwon 的管是探测器 PD 的负 N 与激光器 LD 的负 N 或正 P 相连 PD P side dwon 的管是探测器 PD 的正负 P 与激 光器 LD 的负 N 或正 P 相连 与激光器 LD 的负 N 相连的称为 DVD 型管 与激 光器 LD 的正 P 相连的称为 POINT 型管 所用 ZY YSLD3125 型激光器为 PD N side dwon 的 POINT 型管 单模光纤同轴封装 带尾纤 FC 连接 性能指标如下表所示 参数参数 符符 号号 测试条件测试条件 最小最小 值值 典型值典型值最大值最大值单位单位 额定功率PoutIop Ith 200 2 1mW 中心波长 CW129013101330nm 光谱宽度 CW 25nm 阈值电流IthCW 1015mA 工作电流IopCW Ith 20 mA 探测器电流ImCW100 A 探测器暗电流IdCW 0 1nA 表中 CW 表示连续 管脚图如下 图8 LD引脚说明 1 激光器正 2 从多模突变型 SIF 多模渐变型 GIF 光纤到单模 SMF 光纤 损耗依次减小 在 0 8 m 1 55 m 波段内 除吸收峰外 光纤损耗随波长增加而迅速减小 3 GIF 光纤和 SMF 光纤 在 1 39 m 吸收峰两側 1 31 m 和 1 55 m 处存在两个损耗 极小的波长 窗口 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 35 由于引起光纤损耗的原因较多 较复杂 至今尚没有一个适宜的公式指导分析和计算 通常均采用实验测量 方法有截断法和反向散射法 这里采用截断法 1 1 截断法测光纤损耗截断法测光纤损耗 平均损耗系数和稳态损耗系数 我们已知 只要光源激励的数值孔径足够大 w 则在光纤输入端即可激励起所有导波模 在离开输入端相当长的一段光纤内 被传输的各导 波模之间的功率分布是不稳定 或者说是不平衡的 而且各导波模经受的功率损耗也不同 高次模衰减大 低次模衰减小 因此可以断定 在这段距离内 单位长度的光功率损耗系数 不是常数 它应是传输长度 L 和光波波长 的函数 即 L 这时距输入端 L 处的 光功率可表示为 1 L dll ePLp 0 0 两边取对数得 Log L dll 0 10 0 P Lp 则损耗系数平均值为 2 L dll L L 0 1 0 10 P Lp Log L kmdB 传播过程中 由于各导波模间的频繁耦合或功率交换以及高次模的不断衰减 经过 一段较长的传输距离后 模功率分布将趋于统计平衡 这时 我们说达到了平衡模分布 或稳态模分布 只有稳态模分布时 单位长度的光功率损耗系数不在随光纤长度变化 仅仅是波长 的函数 对于确定的波长 光损耗系数为一常数 称稳态损耗系数 它才 代表光纤的本征特性 稳态时 任意两点间光功率的关系可表示为 3 dl L L w eLPLp 1 1 因此有 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 36 og 4 L LL 1 10 1 LP Lp kmdB 稳态损耗系数的测量 通常 都是测量光纤的稳态损耗系数 令光纤达到稳态模功 率分布的长度为 LC 则式 4 为 6 gL LL C W 10 C LP Lp kmdB 可见 要测量光纤的稳态损耗系数 需要测两组数据 一是被测光纤输出端的光 W 功率及相应的长度 L 一是达到稳态分布时的光功率以及相应的长度 LC Lp C Lp 因此 首先要测出及 L 然后再测 LC 并在 LC处将光纤截断 测出此处输出的 Lp 这正是截断法名称的由来 显然 在这种测量中 需确知 LC值的大小 由于现 C Lp 代光纤拉制技术的提高 光纤芯子与包层界面均匀度已达到相当高的程度 因此 LC很长 可达 25Km 测量很不方便 在实际测量装置中可置入扰模器 可使 LC的长度缩短为 2m 左 右 扰模器如图所示 采用弯曲法 即沿一排等距离插销穿插光纤 使其产生正弦型弯曲 只要传播相当短的距离 就能达到稳态分布 下图所示为剪断法测量光纤稳态损耗系数的框图 光源一般采用谱线宽度足够窄的单色 光源 波长最好选择光纤的窗口波长 在整个测量过程中 光源位置 强度和波长应保持稳 定 五 实验步骤五 实验步骤 一 稳态模分布的获得 取一根与待测光纤性能相同的短光纤 长约 5 米 按下列步骤处理好光纤两端面 1 用光纤剥皮钳 或刀片将两端的涂敷层除掉 保证除掉涂敷层的光纤长约 3cm 2 用脱脂棉蘸乙醇 乙醚混合溶液清醒洗光纤头 3 用光纤切割刀切割光纤头 要保证除掉涂敷层的光纤长为 11m m 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 37 4 在显微镜下检查光纤两端面 要保证没有裂痕 5 将光纤头插入 FC 型裸纤适配器 将光线拉至与适配器插针端面平齐 最多伸出量不 得超过 0 2mm 6 将两个 FC 型裸纤适配器分别接入光源的 1310nm 输出端和光功率计的输入端 7 将光源和光功率计均调至 1310nm 微调光纤头插入适配器的深度 使输出功率最大 8 在距离光源输出端约 1m 处将光纤盘绕在扰模器上 观察光功率的变化 当光功率 变化缓慢时 表示已趋于稳态模分布 记录下此时的光纤在扰模器上盘绕的匝数 N 和光功率 则短光纤的长度即为 LC C Lp 二 光纤衰减系数的测试 1 将待测光纤两端面进行处理 并插入 FC 型裸纤适配器 处理方法与短光纤一样 因 为时间关系 此步实验前已做好 2 将短光纤换成待测光纤 在距离光源输出端约 1m 处在扰模器上绕 N 匝 以获得稳 态分布 3 测量此时光纤输出的光功率 LP 4 将 代入公式 6 计算出光纤在此波长下的衰减系数 C Lp LP 5 改变光源的波长重复上述测量 比较两波长下的衰减系数 六 实验要求六 实验要求 1 实验报告中给出测量原理 详细的测量系统框图和测量步骤 2 实验报告中给出测量结果 并分析本实验的测试精度受到哪些因素的影响 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 38 实验六实验六 光电倍增管特性参数的测试光电倍增管特性参数的测试 一 实验目的一 实验目的 1 了解光电倍增管的基本特性 2 学习光电倍增管基本参数的测量方法 3 学会正确使用光电倍增管 二 实验内容二 实验内容 1 暗电流的测量 2 阴极灵敏度的测量 3 阳极灵敏度的测量 4 光电倍增管放大倍数的测量 5 光电倍增管光电特性 6 光电倍增管时间特性 三 实验仪器三 实验仪器 1 光电倍增管实验仪 1 台 2 双踪示波器 1 台 四 实验原理四 实验原理 1 1 光电倍增管工作原理光电倍增管工作原理 用下图说明光电倍增管的工作原理 K 是光电阴极 受光照射时发射电子 D 为聚焦极 它与阴极共同形成电子光学聚焦系统 将光电阴极发射的电子会聚成束并通过膜孔射向第一 倍增极 D1 D1 D10 为倍增极 所加电压逐级增加 每一级约 80 150V A 为收集电子的 阳极 这些电极封装在真空管内 光电阴极附近制作光入射窗口 在高速初电子的激发下 第一倍增极被激发出若干二次电子 这些电子在电场的作用下 又射向第二倍增极 又引起 第二倍增极更多的二次电子发射 此过程一直继续 D10 最后经倍增的电子被阳极 A 收 集而输出电流 在负载 RL上产生信号电压 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 39 图 1 光电倍增管的内部结构图 2 2 倍增管的主要特性参数 倍增管的主要特性参数 光电倍增管的特性参数包括灵敏度 光谱响应度 电流增益 伏安特性 暗电流 线性 和时间特性等 下面介绍本实验涉及到的特性 1 1 灵敏度 灵敏度 灵敏度是衡量光电倍增管将光辐射转换成电信号能力的一个参数 一般是指积分灵敏度 即白光灵敏度 包括阴极灵敏度和阳极灵敏度 阴极灵敏度阴极灵敏度S SK K 阴极光照灵敏度 SK是指光电阴极本身的积分灵敏度 定义为光电阴极的饱和光电流 Ik除 以入射到阴极的光通量 所得的商 LmA I S K k 阴极光照灵敏度只与光电阴极的材料和光电倍增管的结构有关 测量时应如图所示 阴极为一极 其它各极连在一起为另一极 使从阳极测得的电流没 有倍增 光通量要适当 太大会由于光电阴极层的电阻损耗会引起测量误差 太小会由于欧姆漏 电流影响使光电流的测量精度降低 通常选在 lm 的数量级 9 10 2 10 阳极灵敏度阳极灵敏度 a S 阳极光照灵敏度是指光电倍增管在一定工作电压下 阳极输出光电流与入射到阴 a S a I 极的光通量的比值 LmA I S a a 图 2 光电倍增管阴极电流的测量 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 40 阳极光照灵敏度除与光电阴极的材料和光电倍增管的结构有关外 还与工作电压有关 而且公式中的要保证光电倍增管处于正常的线性工作状态 若在饱和状态 光通量变化 时电流并不改变 测得的灵敏度就没有意义 因此测量时所用光通量比测阴极灵敏度时要小 很多 2 2 放大倍数放大倍数 电流增益电流增益 G G 放大倍数 G 电流增益 定义为在一定的入射光通量和阳极电压下 阳极电流与阴极电 a I 流 IK间的比值 K a I I G 也可以由在一定工作电压下阳极灵敏度和阴极灵敏度的比值来确定 即 K a S S G 放大倍数 G 取决于系统的倍增能力 因此它是工作电压的函数 3 3 暗电流暗电流I Id d 当光电倍增管在完全黑暗的情况下工作时 在阳极电路里仍然会出现输出电流 称为暗 电流 暗电流与阳极电压有关 通常是在与指定阳极光照灵敏度相应的阳极电压下测定的 4 伏安特性 伏安特性 有阳极伏安特性和阴极伏安特性之分 在实际应用中 感兴趣的是阳极伏安特性 阳极伏安特性 阳极伏安特性 定义为当光照度 E 一定时 阳极电流 Ip和阳极与阴极之间的总电压 阳 极电压 VA的关系 如图 3 所示 5 5 线性线性 线性是指在一定的工作电压下 阳极输出电流 IP与光照度 E 的线性关系 也称光电特 性 是光电测量系统的一个重要指标 影响线性的原因很多 除与光电倍增管的内部结构有 关外 在很大程度上取决于外部高压供电电路及信号输出电路 这里仅就高压供电电路加以 分析 为使光电倍增管能正常工作 需要在阴极 K 和阳极 A 加近千伏的电压 同时 还需要在 阴极 聚焦极 倍增极 阳极之间分配一定的极间电压 才能保证光电子能被有效的收集 光电流通过倍增极系统得到放大 通常由下图所示的电阻链分压来完成 图 3 光电倍增管阳极电流与电压之间的特性曲线 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 41 图 4 光电倍增管的分压电路 流过分压电路的电流 Ib与光电倍增管输出信号的线性密切相关 分压电阻的取值应考虑 到这一点 随着光通量的增加 阳极电流 Ia也相应增加 当光通量进一步增大并超过某一定值后 阳极电流与光通量之间会偏离线性关系 甚至使光电倍增管进入饱和状态 如图 5 所示 图 5 光电倍增管的光电特性 输出信号是直流情况下 当阳极电流为 Ia时 末级倍增极 Dn 的一次电流 naDn II 为倍增极的二次发射系数 从此倍增极经过电阻流向阴极的电流为 n 1 n R 同理 其它倍增极也有一部分电流流向阴极 而且这些电流随光电 a n Dna III 1 1 流增大而增大 这些电流会使各极间电压重新分配 当 Ia远小于流过分压电路的电流 Ib时 极间电压的重新分配不明显 阳极电流 Ia随光通量线性增加 如曲线 A 段 当阳极电流增 大到能与分压器电流相比拟时 极间电压的重新分配将很明显 导致阳极与后几级倍增极的 极间电压下降 阴极与前几级倍增极的极间电压上升 结果光电倍增管的电流放大倍数明显 增加 如曲线 B 段 当阳极电流进一步增加时 阳极与末级倍增极的极间电压趋向零 阳极 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 42 的电子收集率逐渐减小 最后阳极输出电流饱和 如曲线 C 段 为防止极间电压的再分配以 保证增益稳定 分压器电流至少为最大阳极电流的 20 倍 对于直线性要求很高的应用场合 分压器电流至少为最大阳极平均电流的 100 倍 6 6 时间特性时间特性 由于电子在倍增过程中的统计性质以及电子的初速效应和轨道效应 从阴极同时发出的 电子到达阳极的时间是不同的 因此 输出信号相对于输入信号会出现展宽和延迟现象 这 就是光电倍增管的时间特性 五 实验装置简述五 实验装置简述 1 1 光电倍增管 光电倍增管 实验所用光电倍增管为 931A 型 光电倍增管直径 1 1 8 英寸 九级倍增 侧窗型光电 倍增管 硼硅玻壳 锑铯光阴极 300 650nm S 4 谱响应 采用特殊设计的抗滞后结构 具有极好的输出稳定性 图 6 为光电倍增管暗箱的结构示意图 2 光电倍增管实验仪光电倍增管实验仪 实验装置的框图如下 照度表 测量连续光源强度 有调零和换档功能 光照度调节 调节连续光源的电源电压 从 LED2 输出接到光源 脉冲宽度调节 调节脉冲光源的脉冲宽度 从 LED1 输出脉冲电压 接到光源 高压调节 调节光电倍增管直流电压 由 高压输出 输出 接入光电倍增管 高压 输入 开关拨向 HV 输出 0 1000V 电压 开关拨向 LV 输出 0 40V 电压 电压表 测量光电倍增管直流电压 PMT 输入 光电倍增管电流输入端 进入电流检测单元 经处理送入电流表 电流表 测量光电倍增管输出电流 单位为 A 或 nA 自动换档 时间特性测试区 开关拨向时间特性测试 则测试光电倍增管的时间特性 从 光脉 冲 测试脉冲光源电源的脉冲电压 从 PMT 输出 测试光电倍增管输出的脉冲电流 开关 拨向静态特性测试 则测试光电倍增管的静态特性 图 7 为光电倍增管实验箱结构图 图 6 光电倍增管暗箱结构示意图 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 43 六 实验内容六 实验内容 准备步骤 用同轴电缆线将光电倍增管暗箱的 PMT 输出 接口与光电倍增管实验仪实 验箱上的 PMT 输入 接口相连 用同轴电缆线将光电倍增管暗箱上的 高压输入 接口与 实验箱上的 高压输出 接口相连 用同轴电缆线将照度计探头与实验箱上的 照度计输 入 接口相连 将所有旋钮逆时针调节到最小 注 注 1 1 从光电倍增管暗箱上拿下光源前 或进行阴极电流和阳极电流测量切 从光电倍增管暗箱上拿下光源前 或进行阴极电流和阳极电流测量切 换时 一定要将光电倍增管直流高压调至零 换时 一定要将光电倍增管直流高压调至零 2 2 本实验采用的光电倍增管的受光面面积为 本实验采用的光电倍增管的受光面面积为 24mm 8mm24mm 8mm 1 1 暗电流测量 暗电流测量 1 将光源旋接在光电倍增管暗箱上 2 将暗箱上的 阴极电流 阳极电流 开关 以下简称 阴极 阳极 开关 打到 阳极电流 档 3 将实验箱上的 HV LV 开关打到 HV 档 将 静态特性测试 时间特性测试 开 关 以下简称 静态 时间 开关 打到 静态特性测试 档 4 缓慢调节电压调节旋钮至电压表显示为 1000V 记下此时电流表的显示值 该值即 为光电倍增管在 1000V 时的暗电流 5 将高压调节旋钮逆时针调节到零 2 2 阳极灵敏度测量 阳极灵敏度测量 1 将光电倍增管暗箱上的 阴极 阳极 开关打到 阳极电流 档 2 将实验箱上的 HV LV 开关打到 HV 档 将 静态 时间 开关打到 静态特性 测试 档 将光源与照度计探头旋接 并与实验箱上的 LED2 相连 连接完毕后 将光照 度调节旋钮逆时针调节到零 按下照度表的换档开关将照度表的量程调节到 20lx档 调节 调零旋钮将照度值调节到 0 00 3 缓慢调节光照度调节旋钮 将照度值调节到 0 1lx 保持光照度调节旋钮不变 将 图 7 光电倍增管实验箱结构图 长江大学长江大学 光电原理实验系统实验指导书光电原理实验系统实验指导书 44 光源与照度计探头分开 4 将将光源旋接在暗箱上 缓慢调节高压调节旋钮 分别记下电压为 100V