光电探测实验报告

1、光梳社极实验一光敏电阻特性实验实验原理：光敏电阻又称为光导管，是一种均质的半导体光电器件，其结构如图（1）所示。由于半导 体在光照的作用下，电导率的变化只限于表面薄层，因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体 表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状 结构是由于在间距很近的电阻之间有可能釆用大的灵敏面积,提鬲灵敏度。实验所需部件：稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元八 电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤：1.观察光敏电阻的结构，用遮光罩将光敏电阻完全枪 盖，用万用表测得的电阻值为暗电阻R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏

2、电阻的 阻值为亮电阻，皓电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，則灵敏度越鬲。在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图（3）接线，电源可从+2+8V间选用，分别在皓光和正常环境光照下测出输出电 压V暗和V亮則皓电流L暗二V h/Rl,亮电流L亮二V亮/RL,亮电流与皓电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越爲。分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。图（2）几种光敏电阻的光谱特性3、伏安特性:光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。按照图（3）分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、1 0V、1 2V时的光电流，并尝试鬲照

3、射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提爲与光电流增大的情况。将所测得的结果填 入表格并作出V/ I曲线。偏压2V4V6V8V10V12V光电阻I光电阻II注意事项:实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LVo 光源照射时灯胆 及灯杯温厦均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以釆用 在仪器上的光源灯泡前加装各邑滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。实验二光敏管的应用光控电路图1°光敏二极管光控电路实验目的：了解光敏管在控制电路中的具体应用。实验所需部件：光敏二极管或光敏三极管、光控电路、光源、电压表. 电阻器、三极管实验步骤

4、：1. 图（10）为一常用的由光敏管组成的光控电路，其 原理与前述光敏电阻光控电路相似，电路接线时须 注意光敏管的极性。接通电源后调节控制电路，使其 在自然光下负载发光管不亮。2. 分别用白纸带色的纸书本和遮光罩改变光敏管 的光照，观察控制电路的亮灯请况。实验三光纤传感器位移测试实验原理：本实验仪中所用的为传光型光纤传感器，光纤在传感器中是到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。光纤传感器的两支多模光纤分别为光源发射及接收光强之用.其工作原理如图（22）所示。光纤传感器工作特性曲线如图（23）所 示。一般都选用线性范国较好的前坡为测 试区域。实验所需部件：光纤.光电变换器、放大稳幅电路

5、、近图22光纤位移传感器工作原理图红外发射及检测电路（光纤变换电路内）、反射物（电机叶面人电压表.实验步骤:输出电压（对移位（mm）图23反射式光纤位移传感器输岀特性曲线1将光纤.光电变换块与光纤变换 电路相连接，注意同一实验室如 有多台光电传感器实验仪，由于 光电变换块中的光电元件特性 存在不一致，则光纤变换电路中 的发射接收放大电路的参数也 不一致，故请做实验之前将光纤 光电变换块和实验仪对应编号, 不要混用，以免影响正常实验。2. 光纤探头安裟于位移平台的支 架上用紧定螺丝固定，电机叶片 对准光纤探头，注意保特两端面 的平行。3. 尽量降低室内光照，移动位移平台使光纤探头紧贴反射面，此时

6、变换电路输出电压Vo 应约等于零。4. 旋动螺旋测微仪带动位移平台使光纤端面离开反射叶片，每戒转一圈（0. 5毫米）记录 Vo a,并将记录结果填入表格，作出距离X与电压值mv的关系曲线。从测试结果可以看出，光纤位移传感器工作特性曲线如图（23）所示分为前坡I和后坡 II o前坡I范国较小，线性较好。后坡工作范国大但线性较差。因此平时用光纤位移传 感器测试位移吋一般釆用前坡特性范围。根据实脸结果试找出本实脸仪的炭佳工作点。 （光纤端面距被测目标的距离）实验四 光电位置敏感器件PSD传感器实验原理：P SD （ p o s it io n sen s i t i v e d etector）是一

7、种新型的横向光电效 应器件，当入射光点照在器件光敏面上 吋，激发光生载流子而产生电流I,光 生电流的大小与光点的大小无关，只和 光点在器件上的位置有关系。当光点位图27PSD光电位置敏感器件原理圈 于器件中点（原点）时，光生电流11 = 12,根据这一原理，将PSD器件两极电流I 1、I 2变换成电 压信号后再进行运算即可知道光点的位置。PSD器件工作原理见图（27）实验所需器件：PSD基座（器件已裟在基座上）、固体激光器、及射体、PSD处理电路单元.电压表实验步骤：1. 通过基座上端圆形观察孔观察PSD器件及在基座上的安装位置，连接好PSD器件与处理 电路，开启仪器电源，输出端Vo接电压表，

8、此时因无光源照射，PSD前聚焦透镜也无因光 照射而形成的光点照射在PSD器件上,Vo输出的为环境光的噪声电压，试用一块遮光片 将观察圆孔盖上，观察光噪声对输出电压的变化。2. 舟激光器插头插入“激光电源”插口，激光器安装在基座圆孔中并固定。注意激光束照 射到反射面上时的情况，光束应与反射面垂直。旋转激光器角度，调节激光光点，（必要 时也可调节PSD前的透镜）使光点尽可能集中在器件上。3. 仔细调节位移平台，用电压表观察输出电压Vo的变化，当输出为零时，再分别测两路 信号电压输出端Vox V02的电压值，此时两个信号电压应是基本一致的。4.从原点开始，位移平台分别向前和向后位移10mm,因为PS

9、D器件对光点位置的变化非 常敏感，故毎次螺旋测微仪旋转5格（1/10nini），并将位移值（mm）与输出电压值（Vo） 记录列表，作出V/X曲线，求出灵S,S = AV/AXo根据曲线分析其线性。位移电压注意事项：实验中所用的固体激光器光点可调节，实验时请注意光束不要直接照射眼睛，否则有可 能对視力造成不可恢复的损伤。每一支激光器的光点和光强都略有差异，所以对同一PSD 器件，光源不同时光生电流的大小也是不一样的。实验时背景光的影响也不可忽视，尤其是 采用日光灯照明时，或是仪器周困有物体移动造成光线反射发生变化时，都会造成PSD光 生电流改变，致使单元V0输出端电压产生跳变，这不是仪器的毛病。

10、如实验时电压信号输 出较小，则可调节一下激光器照射角度，使输出达到最大。实验五光敏三极管对不同光谱的响应实验原理：在光照度一定时，光敏三极管输出的光电流随波长的改变而变化，一般说来, 对于发射与接收的光敏器件，必须由同一种材料制成才能有此较好的波长响应，这就是光学工程中使用光电对管的原因。T?EI工DR图14光敏三极管对不同光谱的响应实验所需部件：光敏三极管、发光二极管（包括红外发射管、各种颜色的LED）、试件插座、 直流稳压电源、电压表（自备4 1/2位）实验步骤：1、按图（14）接好光敏三极管测试电路，电路中的光敏三极管为红外接收管, 电路中的光源采用红外发光二极管，必须注意发光二极管的接

11、线方向。发光二 极管的光都是通过顶端的透镜发射的，因此实验时必须注意二极管与三极管 的相对位置。（顶端透镜相对）2、接好如图（15）所示的发光二极管电路，注意发光二极管限流电阻阻值的调 节（电位器阻值的调节一定要按从大到小的原则），发光二极管可插在试件插 座上。实验中发光源可用多种颜色的LED。3、用黑色胶管将发光二极管与光敏三极管对顶相连，并用遮光覃将它们罩住， 如果光谱一致的话则测试电路输出端信号变化较大，反之则说明发射与接收 不配对，需更换发光源。4、调整发光二极管发光强度（可调节电位器）或改变与光敏管的相对位置，重复 上述实验。注意事项：发光二极管限流电阻一定不能太小，否则将损坏发光源

12、。实验六 光栅衍射实验光栅距的测定实验目的：了解光栅的结构及光栅距的测量方法。衍射光斑I图28光栅衍射光斑排列实验所需部件：光栅、激光器、直尺与投射屏（自备）。实验步骤：1、激光器放入光栅正对而的支座中用紧定螺丝固定，接通激光电源后使光点对 准光栅中点。2、在光栅E面安放好投射屏，观察到一组有序排列的衍射光斑，与激光器正对的 光斑为中央光斑，依次向两侧为一级、二级、三级衍射光斑。如图（28） 所示。请观察光斑的大小及光强的变化规律。3、根据光栅衍射规律，光栅距D与激光波长入、衍射距离L、中央光斑与一级 光斑的间距S存在下列的关系：（式中单位：1_、S为m m ,入为nm, D为pim）根据此关

13、系式，已知固体激光器的激光波长为650nm,用直尺量得衍射距离L、 光斑距S,即可求得实验所用的光栅的光栅距。（测出五组数据，取平均值） 测距实验：1、按照光栅衍射公式，已知光栅距、激光波长、光斑间距，就可以求出衍射距离!_。2. 将激光对准衍射光栅中部，在投射屏上得到一组衍射光斑，根据公式求出L。3、调整投射屏与光栅的距离，并尽可能试用不同的激光器，将测得的各参数L、S、D、X填入表格，以验证公式。实验数据表序号12345L (mm)S (mm)D ( n m)实验七 光电池应用光强计实验所需部件:图20光电池光強测试电胳实验步骤：1. 图（2 0）为光电池测光实验电路单元的原理图。光电池接

14、入时请注意极性。 发光二极管已在电路中接入。2. 调节光电池受光强度，分别在光照很暗、正常光照和光照很强时观察两个发 光二极管不亮、稍亮、两个都很亮，这样就形成了一个简易的光强计。实验八 电荷耦合图像传感器-CCD摄像法测径实验实验原理：电荷耦合器件（CCD）的重要应用是作为摄像器件，它将二维光学图像信号通 过驱动电路转变成一维的视频信号输出。当光学镜头将被摄物体成像在CCD的光 敏面上，每一个光敏单元（MOS电容）的电子势阱就会收集根据光照强度而产生的 光生电子，每个势阱中收集的电子数与光照企度成正比。在C CD电路时钟脉冲 的作用下，势阱中的电荷信号会依次向相邻的单元转移，从而有序地完成载.流子 的运输一输出，成为视频信号。用图像采集卡将模拟的视频信号转换成数字信号，在计算机上实时显示， 用实验软件对图像进行计算处理，就可获得被测物体的轮廓信息。实验所需部件：CCD摄像头、被测目标（圆形测标）、视频线、图像釆集卡、实验软件实验步骤：1、根据图像采集卡光盘安装说明在计算机中安装好图像卡。并按要求正确设置。2、在被测物前安装好摄像头，连接CCD稳压电源，视频线正确连接图像卡与摄 像头。3、检查无误E进入测量程序，启动图像采集后，屏幕窗口即