光电探测器实验报告
光电探测器特性测量实验
摘 要：
本实验中探测并绘制了光电二极管的光谱响应曲线。分别运用脉冲法，幅频特性法和截止频率法对二极管和光敏电阻的响应时间进行了测量，并分析比较了这三种方法的利弊。最后自己设计连接电路测量光敏电阻的响应时间，更深入地理解了响应时间及测量原理。
一、 引言
光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。
通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。
本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。
二、 实验原理
1. 光电探测器光谱响应度的测量
光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度
()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，即()()()
λλλP V Rv =
；同理，电流光谱响应度()()()λλλP I R i =
式中，()λP 为波长λ时的入射光功率；
()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。
实验中用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则
()()
f
f f K R V P λλ=
（f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。在本实验中，K f =100×300，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，f R ＝900V/W ）。
然后在相同的光功率()λP 下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()λb V ，从而得到光电二极管的光谱响应度
()()()()()f
f f b b
K R V K V P V R //λλλλλ==
式中K b 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里K b =150×300。 2. 光电探测器响应时间的测试
表示时间响应特性的方法主要有脉冲响应特性法和幅频特性法。 1) 脉冲响应
响应落后于作用信号的现象称为弛豫。对于信号开始作用时产弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。弛豫时间的具体定义如下：
如用阶跃信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的（1-1/e ）（即63%）时所需的时间。衰减弛豫定义为信号撤去后，探测器的响应下降到稳定值的1/e （即37%）所需的时间。这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。另一种定义弛豫时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。这种定义多用于响应速度很快的器件，如光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增管等。
若光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为[1-exp(-t/τ1)]，衰减响应函数为exp(-t/τ2),则根据第一种定义，起始弛豫时间为τ1，衷减弛豫时间性为τ2。
此外，如果测出了光电探测器的单位脉冲响应函数，则可直接用其半值宽度来表示时间特性。为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源，即δ函数光源，可以采用脉冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。
在通常测试中，更方便的是采用具有单位阶跃函数形式亮度分布的光源。从而得到单位阶跃响应函数，进而确定响应时间。 2) 幅频特性
由于光电探测器惰性的存在，使得其响应度不仅与入射辐射的波长有关，而且还是入射辐射调制频率的函数。这种函数关系还与入射光强信号的波形有关。通常定义光电探测器对正弦光信号的响应值和调制频率间的关系为它的幅频特性。许多光电探测器的幅频特性具有如下形式。 A(ω)=
()
2
/122
11
τω+
式中，A 表示归一化后幅频特性；ω=2Πf 为调制圆频率；f 为调制频率；τ为响应时间。
在实验中可以测得探测器输出电压V(ω)为 V(ω)=
()
2
/122
1τω+V
式中V 0为探测器在入射光调制频率为零时的输出电压。这样，如果测得调制频率为f 1时的输出信号电压V 1和调制频率为f 2时为输出信号电压V 2，就可由下式确定响应时间
τ=
()()2
112222
21
2121
f V f V V V --∏
截止频率法
由于许多光电探测器的幅频特性都可由式（2-1）描述，人们为了更方便地表示这种特性，引出截止频率。它的定义是当输出信号功率降至超低频信号功率一半时，即信号电压降至超低频信号电压的70.7%时的调制频率。故f c 频率点又称为三分贝点或拐点。由式（2-1）可知πτ
21=e f ，由此可求出响
应时间。
三、 实验装置及过程
实验装置：
WD30光栅单色仪、热释电探测器、硅光电二极管、选频放大器、调制盘、卤
素灯、双踪示波器、光电探测器时间常数测试实验箱（峰值波长为900nm 的光电二极管和可见光波段的光敏电阻以及峰值波长为900nm 的红外发光管和可见光（红）发光管）、光敏电阻、LED 灯。 实验步骤：
（一）用脉冲法测量光电二极管的响应时间
1. 探测器选择光电二极管，选定偏压为15V 和负载10K ，波形为方波。
2. 在反向偏压为15V 时，改变探测器的偏置电阻，观察探测器在不同偏置电阻时的脉冲响应时间。
3. 选定负载为l0k Ω，改变其偏压分别为5V ，10V 和15V 。观察并记录不同反偏下光电二极管的响应时间。
（二）用幅频特性法测量CdSe 光敏电阻的响应时间
1. 探测器选择CdSe 光敏电阻，偏压为15V ，负载10K ，波形为正弦波。
2. 改变光波信号频率，记录不同频率下CdSe 相应的的输出电压。
3. 以V 2为y 轴，以（Vf ）2为x 轴进行直线拟合，由τ=可知拟合所得直线斜率k=−（2πτ）2
，截距ρ=V 02。 （三）用截止频率法测量CdSe 光敏电阻的响应时间
将正弦波的频率调到超低频（最低频），测量此时CdSe 的输出电压，近似等于V 0，逐渐调高正弦波的频率，当CdSe 的输出衰减到V 0的70.7％时记录此时的调制频率f c ，并由式πτ
21=
e f 确定响应时间τ。
（四）光谱响应度的测量
1.打开光源开关，调整光源位置，使之成像在单色仪入射狭缝上，选择最宽的入射狭缝以及最窄的出射狭缝。把热释电器件光敏面对准出射狭缝，并连接好与放大器和数字示波器，打开选频放大器的开关。
2.转动光谱手轮，记下探测器的入射波长及数字示波器上相应波长的输出电压值，每隔约0.25mm 测量一次输出电压，记录刻度与对应的输出电压。
3.用光电二极管换下热释电器件，重复步骤2，刻度与步骤2中的选取一致。
4.利用刻度与波长的线性关系算出刻度对应的波长，由公式
算出光电二极管的光谱响应度并作图。
()()2
112222
21
2121
f V f V V V --∏
()()()()()f
f f b b
K R V K V P V R //λλλλλ==
四、
实验结果及分析
(一) 脉冲法测光电二极管响应时间
1) 偏压为15V 时不同负载下的响应时间：
由右图可知负载越大，上升时间和下降时间都增大，其平均时间与负载呈线性关系。
2) 负载为10k Ω时不同偏压下的响应时间：
由右图可知负载一定时，偏压越大，上升时间和下降时间都减小，且上升时间大于下降时间。
对光电二极管响应时间随负载增大而增大现象的解释：
光电二极管是由一个 PN
结组成的半导体器件。当 PN 结加正向偏压时，势垒区的电场随正向偏压的增加而减弱，势垒区宽度变窄，空间电荷数量减少。因为空间电荷是由不能移动的杂质离子组成的，所以空间电荷的减小是由于 n 区和 p 区的空穴过来中和了势垒区中一部分电离施主和电离受主。这就是说，再外加正向偏压增强时，将有一部分电子和空穴“存入”势垒区。反之，当正向偏压减小时，势垒区的电场增强，势垒区宽度增加，空间电荷数量增多，这就是有一部分电子和空穴从势垒中“取出”。对于加反向偏压的情况，可作类似分析。总之，PN 结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区“存入”和“取出”作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这和一个电容器的充放电作用相似。这种 PN 结的电容效应称为势垒电容。
于是可以将光电二极管当作电容器考虑。根据 RC 电路的特性，有 τ =
t 1
A
t 1
A
RC ，即在不考虑电容变化的情况下弛豫时间和电路中的总负载成正比，取 15V 偏压下衰减弛豫τ−R 关系进行直线拟合如下图所示，得R2 = 0.994.基本已呈现线性，截距基本为零，可能由于信号源本身或电路中其它元件有不可忽略的电阻。于是有光电二极管响应时间随负载增大而增大。
t 1
R
(二) 幅频特性法测光敏电阻响应时间
由τ=1
2π√V 12−V 22
(V 2f 2
)2−(V 1f 1
)2，令f 1=0，V 1=V 0得：1
V 2=（
2πτV 0
）2
f 2+1
V 0
2
以V^2为y 轴，以（V*f ）^2为x 轴进行直线拟合如右图所示：
截距ρ=1
V 0
2=（2.3±0.3）∗10^（−6） 不确定度u (V 0)=
dV 0dρ
∗u (ρ)=2√ρ3
=−2∗
√12.167
=−40
所以V 0=1/√ρ±u (V 0)=(6.6±0.4)∗102mV 斜率k=（
2πτV 0
）2
=（3.79±0.04）∗10^（−9）
不确定度u (τ)=dτ
dk ∗u (k )=04π√k
=−94π∗√3.79∗10−9
=−0.03∗10^(−3)
所以τ=(3.23±0.03)∗10^（−3）s
由图可看出，高频段频率不太稳定，故取100Hz 以下的数据重新拟合：
1/V 2
f2
1/V 2
f2
(三) 截止频率法测光敏电阻响应时间
实验仪器所能调节到的最小的频率为7.37Hz ，对应的输出电压为1.14V ，以此作为近似的V 0，调节频率至V=V 0∗0.707=805.98mV （实际调节至800mV ）时，得截止频率f c =13.5Hz ，响应时间τ=1
2πf c
=11.8ms
分析：
由1
V 2=（
2πτV 0
）2
f 2+1
V 0
2可知，f 若继续减小V 将增大，所以V 0偏小，所得
截止频率偏大，响应时间偏小。
再观察之前幅频特性法得出的结果，取频率较低的数据时，所得V 0和响应时间均增大，但还是小于截止频率法测得的结果，说明幅频特性法在低频时更准确。
(四) 光电二极管响应度测量
由单色仪刻度与波长已知的四组数据算出刻度与波长的对应关系：
得：λ=(100.10±0.11)x +(−2.0±0.8)
利用此关系式算出其它刻度对应的波长，作光谱响应度与波长的曲线如右图所示： A ．实验结果：
约在波长为974nm 处有最大的响应度。 B ．分析：
实验中的光源为钨灯，可以产生连续波长的光，便于测得连续的光谱响应度
R
wavelength
曲线，但由于单色光强度低，所以需要选频放大器。
若要测得某个特定波长下的响应度，可选取汞灯等具有特征谱线的光源，其单色光强度大，不需要选频放大器，缺点是无法获得连续的响应曲线。
实验中通过与热释电探测器的响应曲线对比而间接获得光电二极管的响应曲线，是因为热释电探测器的响应度基本不随波长变化，且试验中难以毫无干扰地直接测出光源入射二极管前在不同波长下的强度，单色仪本身的响应度也会造成干扰，利用热释电探测器采用控制变量法就能排除以上干扰。
(五) 探究光敏电阻的频率特性
如右图所示连接电路（电源正极要先与电阻箱相连，否则会发生短路）。
调节信号发生器的输出电压，分别在LDE 灯照度为370lux ，1003lux ，98lux ，743lux 时测量不同频率下光敏电阻两端的电压，以V^2为y 轴，以（V*f ）^2为x 轴进行直线拟合，结果如下图所示：
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0.20
0.250.300.350.40
0.450.50
0.55 370lux
Linear Fit of 1/V^2
1/V ^2
f^2Equation y = a +Adj. R-Sq 0.9835
Value Standard 1/V^2
Interce 0.2085
0.00563
1/V^2
Slope
1.9901 6.6447E-
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7 1003lux
Linear Fit of 1/V^2
1/V ^2
f^2Equation y = a + b*x Adj. R-Square 0.97949
Value
Standard Error
1/V^2Intercept 0.286770.008131/V^2
Slope
2.57E-4
9.59616E-6
200
400
600
800
1000
1200
1400
1.5
2.02.5
3.03.5
4.0
4.5
5.05.5 98lux
Linear Fit of 1/V^2
1/V ^2
f^2
Equation y = a + b*Adj. R-Squar 0.98407
Value
Standard Erro
1/V^2Intercept 1.57010.079261/V^2
Slope
0.0030
1.09051E-4
370lux 1003lux 98lux
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0.20
0.250.300.350.40
0.450.500.55 743lux
Linear Fit of 1/V^2
1/V ^2
f^2Equation
y = a +
Adj. R-Sq 0.9740
Value
Standard 1/V^2Interce 0.232880.00669
1/V^2
Slope
1.944558.46831E-
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1
2
34
5
6
1/V ^2
f^2 370lux 1003lux 98lux 743lux
020040060080010001200140016001800
0.20
0.250.30
0.350.400.450.50
0.550.600.650.700.751/V ^2
f^2
370lux 1003lux 743lux
743lux 总 总
Equation
y = a + b*x
Value
Standard Error
Adj. R-Square
370lux Intercept 0.209 0.006 0.98 Slope 1.99E-4 0.06E-4 1003lux
Intercept
0.287
0.008
0.98
对数据的处理与步骤二相同，结果如下：
实验结果显示：1）信号发生器电压与LED光照强度呈非线性关系；
2）光照强度越大与响应时间及V0没有很明显的对应关系。
注意事项与现象分析：
1)室内光源的干扰：
将LED和光敏电阻放置在密闭黑盒子里，关闭室内灯光，减小干扰；
2）LED光照角度及距离对强度计示数影响很大：
测LED光照强度时要将LED垂直正对强度计中心,无LED光照时强度计在黑盒子里示数小于0.5lux，可忽略；
3）一开始电阻箱阻值较小，示波器上显示峰峰值只有几百毫伏，无法准确读数，增大电阻箱阻值至600Ω，峰峰值增大至1-2V，可以清晰读数：用万用表测得光敏电阻在不接收光照时电阻约为14kΩ，接受光照后电阻约为5 kΩ，若电阻箱阻值太小，则光敏电阻在接受光照前后两端电
压变化不大，导致峰峰值太低，增大电阻箱阻值，使其远小于14kΩ，但
与5 kΩ可以比拟，则光敏电阻在接受光照前后两端电压变化较大，峰峰
值增大。
4）之前的实验结果分析得出较高频段结果拟合更准确，但本实验中频率增大至40Hz左右示数便极不稳定导致无法读数，造成了较大误差。
5）本电路中示波器测得的响应时间实际上包括两部分：左边电路中LED电信号转化成光信号的响应时间，以及右边电路中光敏电阻光信号转化成电信号的响应时间，由之前的实验结果可知，LED响应时间为μs数量级，而光敏电阻响应时间为ms数量级，因此LED响应时间可以忽略不计。
6）用脉冲法测响应时间时，无论频率调至多低，光敏电阻都没能响应完全，即信号还未出现稳定的最大值就开始降低，所以无法测量响应时间。
(六)对三种响应时间测量方法的比较：
1）脉冲法精度较高，测量方便，可直接读数，缺点是只适用于响应时间短的光电探测器而无法测光敏电阻的响应时间。
2）幅频特性法适用于响应时间较长的光电探测器。缺点是该方法只有在较低频率下才准确。
，3）截止频率法优点是操作简单快捷。缺点是试验中无法得到准确的V
0导致所得响应时间偏小，而且只测量一次，增大了实验误差。
七）实验结论
通过本次实验基本了解了光电探测器的响应时间，光谱响应等基本特性。掌握了光谱响应的探测方法，绘制了光电二极管的光谱响应曲线。分别运用脉冲法，幅频特性法和截止频率法对探测器的响应时间进行了测量，并分析比较了这三种方法的利弊。自己连接电路测量光敏电阻的响应时间，更深入地理解了响应时间及测量原理。
八）参考文献
[1]讲义_gcs-gdtc光电探测器参数测量实验3
VIR-rrZ-vBLd7X856mrrenuY5TlrZW
[3]刘恩科, 朱秉升 - 半导体物理学. 国防工业出版社: 北京, 1998
光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)
光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。 一、实验目的 （1）加深对光谱响应概念的理解； （2）掌握光谱响应的测试方法； （3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 二、实验内容 （1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线； （2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 三、基本原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度()λV ℜ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为 ()()() λλλP V V = ℜ （1－1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 ()()() λλλP I i = ℜ （1－2） 式中， P (λ)为波长为λ时的入射光功率；V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压；I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见，()λV ℜ和()λi ℜ均可以用()λℜ表示。但在具体计算时应区分()λV ℜ和()λi ℜ，显然，二者具有不同的单位。 通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光谱响应度为()λf ℜ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探 测器的电信号输出（例如为电压信号）()λf V 可得单色辐射功率()()()λλλℜ=f V P ，再通过（1－1）式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用图1－2所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率P (λ)。 图1－2 光谱响应测试装置图 这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得P (λ)入射时的输出电压为()λf V 。若用 f ℜ表示热释电探测器的响应度，则显然有
光电探测技术实验报告
光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫
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采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、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、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 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电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 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，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 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、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高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。 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=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，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采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
光电探测器实验报告
光电探测器实验报告 光电探测器实验报告 引言： 光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光学通信、 光电测量等领域。本实验旨在通过实际操作，了解光电探测器的工作原理、特 性以及应用。 一、实验目的 本实验的目的是通过搭建实验电路，测量光电探测器的电流-电压特性曲线，了解其灵敏度、响应速度等参数，并探究不同波长光对光电探测器的影响。 二、实验装置与方法 本实验所用的主要装置有光电探测器、光源、电流电压源、示波器等。首先， 将光电探测器与电流电压源相连接，然后将示波器与光电探测器并联，最后将 光源对准光电探测器。在实验过程中，我们将改变电流电压源的输出电压，记 录光电探测器的输出电流，并观察示波器上的波形。 三、实验结果与分析 通过实验测量，我们得到了光电探测器的电流-电压特性曲线，如图1所示。从图中可以看出，当电压较小时，光电探测器的输出电流较小，随着电压的增加，输出电流逐渐增大。当电压达到一定值后，输出电流基本保持稳定。这是因为 在低电压下，光电探测器的内部电场较弱，电子-空穴对的产生较少，因此输出电流较小。随着电压的增加，内部电场增强，电子-空穴对的产生增多，导致输出电流增大。当电压达到一定值后，内部电场已经达到饱和，此时输出电流基 本保持稳定。
图1 光电探测器的电流-电压特性曲线 另外，我们还对不同波长光对光电探测器的影响进行了实验。通过改变光源的波长，我们测量了不同波长下光电探测器的输出电流。实验结果显示，当光源的波长与光电探测器的工作波长匹配时，输出电流最大。这是因为光电探测器对特定波长的光敏感度最高，其他波长的光则会引起较小的输出电流。这一特性使得光电探测器在光学通信等领域中具有重要的应用价值。 四、实验总结 通过本次实验，我们深入了解了光电探测器的工作原理和特性。光电探测器的电流-电压特性曲线反映了其灵敏度、响应速度等重要参数。同时，不同波长光对光电探测器的影响也得到了验证。这些实验结果有助于我们更好地理解光电探测器的应用和优化设计。 在实验过程中，我们也发现了一些问题。例如，光电探测器的输出电流受环境光的影响较大，因此在实际应用中需要采取一定的屏蔽措施。此外，光电探测器的响应速度也会受到器件本身的特性和外部电路的影响，需要进一步研究和优化。 总之，本实验通过实际操作，使我们对光电探测器有了更深入的了解。光电探测器作为一种重要的光学器件，在通信、测量等领域有着广泛的应用前景。希望通过今后的学习和研究，能够进一步发展和改进光电探测器，推动光学技术的发展。
光电传感器系列实验
东南大学 物理实验报告 姓名学号指导教师 日期报告成绩 实验名称光敏传感器的光电特性研究 目录 实验一光敏电阻特性实验 实验二光敏二极管特性实验
一、实验目的： 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线； 2、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线； 3、了解硅光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线； 4、了解硅光敏三极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 二、实验原理： 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 1、光电效应 光敏传感器的物理基础是光电效应，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应。即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。 （1）光电导效应 若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。 光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 （2）光生伏特效应 在无光照时，半导体PN结内部自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。 2、光敏传感器的基本特性 本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性。光敏传感器的基本特性则包括：伏安特性、光照特性等。其中光敏传感器在一定的入射照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形
实验一 光电探测器特性测试实验
实验一 光电探测器特性测试实验 一、实验目的 1、学习光电探测器响应度及量子效率的概念 2、掌握光电探测器响应度的测试方法 3、了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响 二、实验内容 1、测试1310nm 检测器I-P 特性 2、根据I-P 特性曲线，得出检测器的响应度并计算其量子效率 三、实验仪器 1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱 1台 2、光功率计 1台 3、FC-FC 单模光跳线 1根 4、万用表 1台 5、连接导线 1根 四、实验原理 在光纤通信工程中，光检测器（photodetector ），又称光电探测器或光检波器。按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。前者是吸收光子使器件升温，从而探知入射光能的大小，后者则将入射光转化为电流或电压，是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测目的。 最简单的光检测器就是p-n 结，但它存在许多缺点，光纤通信系统中，较多采用p-i-n 光电二极管（简称PIN 管）及雪崩光电二极管（APD 管），都是实现光电转换的半导体器件。 在给定波长的光照射下，光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位的光功率产生的平均输出电流，R 的单位为A/W 或uA/uW 。其表达式为： P I R p = （1-1） 响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为h υ的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量： hv P e P //I ＝入射到器件上的光子数对数通过结区的光生载流子= η （×100％） （1-2） 上式中，e 是电子电荷；υ为光的频率。通过测试I P 与P 的关系，即可计算获得检测器 的量子效率，其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为： 24 .1ηλ = R （1-3） 在波长确定的情况下，通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流，即可获得检测器的响应度及量子效率的大小，从而了解检测器的性能指标。 实验箱中，1310nm 与1550nm 两个波长使用的检测器均为PIN 光电二极管，用光功率计测试得到光发端机输出的平均光功率，然后再测试得到光收端机检测得到的响应电流，改变光发端机输出功率，作检测器端的I-P 特性曲线，曲线斜率即为特定波长下的响应度。响应电流的测定是通过运放，将检测器的电流信号，放大成电压信号后得到的，检测电压点为T103（VOUT ），即此测试点与接地点之间的电压V 。其放大系数为n 可以通过W47（现行度调
光电探测实验讲义603
光电技术实验讲义 --光电探测部分 目录 实验a光电倍增管的静态和时间特性的测试(2) 实验b光电探测器响应时间的测试(9)
验a光电倍增管的静态和时间特性的测试 光电倍增管是一种基于外光电效应（光电发射效应）的器件，由于其内部具有电子倍增系统，所以具有很高的电流增益，从而能够检测到极微弱的光辐射。光电倍增管的另一大优点是响应速度很快，因此其时间特性的描述和测量都与其它光电器件有所不同。此外，光电倍增管的光电线性好，动态范围大，因而被广泛应用于各种精密测量仪器和装备中。由于光电发射需要一定的光子能量，所以大多数光电倍增管工作在紫外和可见光波段，目前在近红外波段也有应用。由于使用面广，现已有多种结构、多种特性的管子可供选择。 一、实验目的 （1）熟悉光电倍增管的静态特性和时间特性，掌握光电倍增管的正确使用方法。 （2）学习光电倍增管的基本特性测量方法。 二、实验内容 （1）测量光电倍增管静态特性参数； （2）测量光电倍增管时间特性参数。 三、基本原理 1.光电倍增营的主要特性和参数光电倍增管的特性参数，有灵敏度、电流增益、光电特性、阳极特性、暗电流等效噪声功率和时间特性等。下面介绍本实验涉及到的特性和参数。 （1）灵敏度灵敏度是标志光电倍增管将光辐射信号转换成电信号能力的一个参数，一般指积分灵敏度，即白光灵敏度，单位取U A/Im。通常，光电倍增管的使用说明书中都分别给出了它的阴极灵敏度和阳极灵敏度，有时还需要标出阴极的蓝光、红光或红外灵敏度。 ①阴极灵敏度S k阴极灵敏度S k是指光电阴极本身的积分灵敏度。测量时光电阴极为 一极，其它各电极连在一起为另一极，在其间加上100〜300V电压，如图1—1所示。照在阴极上的光通量通常选在10-9〜10-21m的数量级，因为光通量过小会由于漏电流的影响而使光电流的测量准确度下降，而光通量过大也会引起测量误差。 ②阳极灵敏度S A阳极灵敏度S A是指光电倍增管在一定工作电压下阳极输出电流与照在阴极面上光通量的比值。它是一个经过倍增以后的整管参数，在测量时为保证光电倍增管处于正常的线性工作状态光通量要取得比测阴极灵敏度时小，一般在10-10〜10-51m的数量 级。 因为倍增极材料的§值是所加电压的函数，所以光电倍增管的阳极灵敏度与整管工作电压有关。在使用时，往往标出在指定的阳极灵敏度下所需的整管工作电压。 （2）放大倍数（电流增益）在一定的工作电压下，光电倍增管的阳极信号电流和阴极信号电流的比值称为该管的放大倍数或电流增益，以符号G表示，则 G=】A/I K⑴1） 式中I A为阳极信号电流；I K为阴极信号电流。放大倍数G主要取决于系统的倍增能力，因比它也是工作电压的函数。上述的阳极灵敏度就包含了放大倍数的贡献，于是放大倍数也可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 G=S A/S K（1—2）
光电探测实验报告
光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴
实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 =Φ I kα Φ 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。 三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 2、伏安特性
光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理： 拟合曲线如下：
光电探测器特性测量实验报告
光电探测器特性测量实验报告 实验目的： 1.了解光电探测器的基本原理和工作方式； 2.掌握光电探测器的特性测量方法； 3.分析光电探测器的特性曲线。 实验仪器： 1.光电探测器：用于将光信号转换为电信号，并测量光电流的大小。 2.光源：用于提供光信号，可以调节光强度。 3.测量设备：包括电流表、电压表和电阻箱，用于测量和调节光电流、光电压和负载电阻。 实验原理： 光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，其基本原理是 利用光电效应。当光照射到光电探测器的光敏面时，光子的能量会使光敏 物质中的电子获得足够的能量而逸出，形成电子空穴对。通过施加电场， 将电子和空穴分离，形成电流，即光电流。光电探测器的输出信号主要有 光电流和光电压两种形式。 实验步骤： 1.将光电探测器连接到电流表，将电阻箱调节到最大电阻，打开光源，并调节光强度到合适的数值。 2.记录电流表的读数，即为光电流的大小。
3.将光电探测器连接到电压表和负载电阻，调节电阻箱的电阻，使光 电压维持一定的数值。 4.记录电压表和电流表的读数，并计算光电阻和负载电阻之间的电流。 5.将光电压和光电流绘制成特性曲线。 实验结果： 根据记录的数据，得到了光电流和光电压的大小，并绘制了光电流- 光电压特性曲线。 实验讨论： 通过特性曲线的分析，可以看出光电探测器的工作特性。在一定范围内，光电流随光电压的增加而增加，并呈线性关系。当光电压达到一定值时，光电流趋于饱和，不再随光电压的增加而增加。这是因为在较低的光 电压下，光电子所带的能量与光电子轰击表面所需的能量相差较大，导致 轰击效率较低。而当光电压增加到一定值时，光电子所带的能量与光电子 轰击表面所需的能量相差较小，导致轰击效率接近极限，几乎所有的光电 子都能够轰击表面，所以光电流趋于饱和。 实验结论： 本实验中，我们通过测量光电流和光电压的大小，得到了光电探测器 的特性曲线，并根据曲线分析得出了光电探测器的工作特性。实验结果与 理论相符合，证明了光电探测器的基本原理和工作方式。同时，实验还展 示了光电探测器的特性测量方法和特性曲线分析方法，为进一步的研究和 应用提供了基础。
实验一光电探测原理实验
福建师范大学物理与光电信息科技学院光电检测 技术实验－实验一 1 实验一光电探测原理实验 一、内容简介 光电探测原理实验箱，是本公司为适合光电子、信息工程、物理等专业教学内容的需要，最新推出的光电类教学实验装置。本实验箱从了解和熟悉光电二极管和光电池的角度出发，讨论关于光电二极管和光电池的主要技术问题，主要知识点包括：光照度及其测量基本知识；光电池的结构、工作原理和光照特性及其应用；光电二极管的结构、工作原理和光照特性及其应用等。 本实验系统注重理论与实践的紧密结合，突出实用性，可作为光测控技术、光电子技术、光电子仪器仪表及精密仪器等专业本科生和研究生课堂实验与研究。 二、实验箱说明 实验箱配备有0～12V 可调的直流电压源，可为光电二极管提供可以调节的偏置电压。本实验箱还配有照度计、电压表和电流表，各表头显示单元和各种调节单元都放在面板上，而光源、照度计探头、硅光电池和硅光电二极管等不需要经常移动的器件都在实验箱里面固定，所有引出线都通过连线连接到面板上，学生做实验时只需要简单连线即可，连线、调节、观察和记录都很方便。 实验箱还配备10K 粗调电位器RP1和47K 多圈精密细调电位器RP2，可供学生配合其它元件自己动手搭建实验之用，提高学生动手动脑能力。 面板操作示意图：
实验（一）光照度测试 一、实验目的 1、了解光照度基本知识； 2、了解光照度测量基本原理； 3、学会光照度的测量方法。 二、实验内容 对光照度进行测量，观察现象。 三、预备知识 1、光照度基本知识 光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。 光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L 处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即： 2 E
光纤传感器实验报告
光纤传感器实验报告 光纤传感器实验报告 引言 光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，通过光信号的变化来感知和测量环 境中的物理量。它具有高灵敏度、抗干扰能力强等优点，在工业、医疗、环境 监测等领域得到广泛应用。本实验旨在探究光纤传感器的原理和应用，并通过 实验验证其性能。 实验一：光纤传感器的原理 光纤传感器的基本原理是利用光的传输特性，通过光纤中的光信号的变化来感 知和测量环境中的物理量。光纤传感器主要包括光源、光纤、光探测器和信号 处理器等组成部分。 在实验中，我们使用了一根单模光纤作为传感器。当外界物理量作用于光纤时，光纤中的折射率发生变化，从而改变了光信号的传输特性。通过测量光信号的 变化，我们可以间接地得到环境中的物理量。 实验二：光纤传感器的应用 光纤传感器具有广泛的应用领域，下面我们将介绍几个典型的应用案例。 1. 温度传感器 光纤传感器可以用来测量温度。通过将光纤与温度敏感材料结合，当温度发生 变化时，光纤中的折射率也会发生变化，从而改变了光信号的传输特性。通过 测量光信号的变化，我们可以得到温度的信息。 2. 压力传感器 光纤传感器还可以用来测量压力。通过将光纤与压力敏感材料结合，当压力作
用于光纤时，光纤中的折射率发生变化，从而改变了光信号的传输特性。通过测量光信号的变化，我们可以得到压力的信息。 3. 拉力传感器 光纤传感器还可以用来测量拉力。通过将光纤与拉力敏感材料结合，当拉力作用于光纤时，光纤中的折射率发生变化，从而改变了光信号的传输特性。通过测量光信号的变化，我们可以得到拉力的信息。 实验三：光纤传感器性能测试 在本实验中，我们对光纤传感器的性能进行了测试，包括灵敏度、线性度和稳定性等。 灵敏度是指光纤传感器对物理量变化的响应能力。我们通过改变环境中的物理量，并记录光信号的变化，来计算光纤传感器的灵敏度。 线性度是指光纤传感器输出信号与输入物理量之间的关系是否呈线性关系。我们通过改变环境中的物理量，并记录光信号的变化，来计算光纤传感器的线性度。 稳定性是指光纤传感器输出信号在长时间内是否保持稳定。我们对光纤传感器进行长时间的监测，并观察其输出信号是否有明显的波动，来评估光纤传感器的稳定性。 实验四：光纤传感器的优缺点 光纤传感器具有许多优点，如高灵敏度、抗干扰能力强、体积小等。但同时也存在一些缺点，如成本较高、安装和维护复杂等。 结论 通过本实验，我们深入了解了光纤传感器的原理和应用，并通过实验验证了其
光谱仪的原理及应用实验报告总结
光谱仪的原理及应用实验报告总结 1. 引言 光谱仪是一种用于分析光谱的仪器，其原理是通过将光分解成不同波长的成分，并测量不同波长的强度，从而得到一个光谱图。在本次实验中，我们学习了光谱仪的工作原理，并进行了相关的应用实验。 2. 原理 光谱仪的工作原理基于能量的分散和检测。当光通过光谱仪时，它经过一个光栅、棱镜或干涉仪等组件，这些组件能够将不同波长的光分散开来。然后，分散后的光通过一个光电探测器进行检测。光电探测器将光转化为电信号，并通过放大和处理得到最终的光谱图。 3. 实验步骤 本次实验主要分为以下几个步骤： - 步骤1：准备实验所需材料和设备，包括 光谱仪、样品等。- 步骤2：将样品放入光谱仪中，并确保其与光谱仪的接触良好。- 步骤3：调整光谱仪的参数，包括波长范围、光强度等，以确保获得准确的光谱 数据。 - 步骤4：启动光谱仪，记录实验数据。 - 步骤5：分析和处理实验数据， 绘制光谱图。 4. 实验结果 通过实验，我们得到了样品的光谱图，并获得了相关的实验数据。根据光谱图，我们可以观察到样品在不同波长光照射下的吸收情况。通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论： - 结论1：样品在某个特定波长附近存在吸收峰，表明该波 长的光被样品吸收。 - 结论2：吸收峰的强度与样品的浓度有关，浓度越高，吸收 峰越强。 5. 应用实验 除了学习光谱仪的原理外，我们还进行了一些应用实验来展示光谱仪的实际应用。以下是其中的几个实验： - 实验1：使用光谱仪测量不同光源的光谱特性，了 解不同光源的发光机制。 - 实验2：通过测量水中溶解的某种物质的吸收光谱，确 定该物质的浓度。 - 实验3：利用光谱仪分析某种药品的质量，判断是否为正品。 6. 总结 光谱仪是一种非常重要的分析仪器，广泛应用于化学、物理等领域。通过本次 实验，我们深入了解了光谱仪的工作原理，并通过应用实验展示了光谱仪的实际应
光纤传感实验报告
光纤传感实验报告 光纤传感实验报告 引言： 光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤的特殊性质来实现对物 理量的测量和监测。光纤传感技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰性强等优点，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。本实验旨在通过设计和搭建光纤传 感系统，探究光纤传感技术的原理和应用。 实验一：光纤传感系统搭建 在本实验中，我们搭建了一个简单的光纤传感系统，包括光源、光纤、光纤传 感器和光电探测器。首先，我们将光源与光纤连接，通过光纤传输光信号到传 感器。传感器可以根据不同的物理量，如温度、压力等，改变光信号的特性。 然后，光信号再通过光纤传输回来，经过光电探测器转换成电信号，最终通过 数据采集系统进行分析和处理。 实验二：温度传感应用 在本实验中，我们以温度传感应用为例，探究光纤传感技术在温度测量领域的 应用。通过将光纤传感器与温度测量物体接触，光纤传感器的特性会随温度的 变化而改变。我们通过测量光纤传感器输出的光功率的变化，可以间接得到温 度的信息。实验结果表明，光纤传感技术在温度测量中具有高精度和高灵敏度 的优势。 实验三：压力传感应用 在本实验中，我们以压力传感应用为例，进一步探究光纤传感技术在压力测量 领域的应用。通过将光纤传感器与被测压力物体接触，光纤传感器的特性会随
压力的变化而改变。我们通过测量光纤传感器输出的光功率的变化，可以间接 得到压力的信息。实验结果表明，光纤传感技术在压力测量中具有较高的准确 度和稳定性。 实验四：光纤传感系统的优势与挑战 在本部分，我们将对光纤传感技术的优势和挑战进行分析。光纤传感技术具有 高精度、高灵敏度、抗干扰性强等优点，可以实现对多种物理量的测量和监测。然而，光纤传感系统的搭建和维护成本较高，对环境条件要求较高，同时在长 距离传输和多参数测量方面还存在一定的挑战。因此，在实际应用中需要综合 考虑技术和经济等因素。 结论： 通过本实验，我们对光纤传感技术有了更深入的了解。光纤传感技术具有广泛 的应用前景，可以在工业、医疗、环境监测等领域发挥重要作用。然而，光纤 传感技术仍然面临一些挑战，需要进一步的研究和发展。希望通过我们的努力，能够推动光纤传感技术的进一步应用和发展，为社会的进步和发展做出贡献。
红外激光测量硅片的折射率和厚度
请将电子版打印出来，仔细阅读，不懂之处用笔标记上，这样才算写了预习报告。老师将根据认真程度给预习分 红外激光测量硅片的折射率和厚度 实验类型：近代光学设计性实验 实验地点：实训中心2号楼1楼2123教室 实验日期：第9-12周（第一轮），每周 （例如周五）节次 （例如34节） 学生姓名： 学号： 手机号： Email: 一.目的要求 用光波导法测量硅片的折射率和厚度。实验要求达到： 1、了解Au-Si-Au 三层平板波导结构，理解导模的激发原理 2、掌握导模测量的衰减全反射实验方法 3、计算硅片的折射率和厚度 二.仪器设备 光纤激光器、小孔、Au-Si-Au 波导、ω-2ω转台、红外光电探测器、红外激光显示卡、电脑、电路控制箱。 三.原理 本实验采用光波导法测量硅片的折射率和厚度。将硅片的两个表面分别镀上20纳米与200纳米厚的金膜，制作成Au-Si-Au 双面金属包覆波导。实验装置如图1所示，波长1550nm 的红外激光经小孔被卡成口径1mm 的光束，以小角度入射到Au-Si-Au 双面金属包覆波导片的20纳米薄金膜上。Au-Si-Au 双面金属包覆波导片置于ω-2ω转台的中心转盘上，红外光电探测器固定在ω-2ω转台的外圈上。ω-2ω转台的外圈与中心转盘严格同心。计算机控制中心转台带动Au-Si-Au 片以角速度ω转动。由反射定律可知，被Au-Si-Au 片反射的光线以角速度2ω转动。为了保证红外光电探测器跟上反射光的角度变化，ω-2ω转台的外圈以角速度2ω绕转台中心转动。ω-2ω转台由计算机控制，它转过的角度经计算机处理后显示在测量软件的工作界面上。 硅片 金膜 金膜小孔红外光纤激光器 红外光电探测器 电脑 激光电源控制箱 θ 图1 实验装置
光电效应测普朗克常数-实验报告
普朗克常量的测定 【摘要】 本文介绍了大学物理实验中常用的光电效应测普朗克常量实验的根本原理及实验操作过程，验证了爱因斯坦光电效应方程并准确测量了普朗克常量，通过对实验得出的数据仔细分析比拟，探讨了误差现象及其产生的原因，根据实验过程中得到的体会和思索，提出了一些改良实验仪器和条件的设想。 【关键字】 爱因斯坦光电方程；光电流；普朗克常量 【引言】 在文艺复兴和工业革命后，物理学得到了迅猛的开展，在实际应用中也发挥了巨大的作用。此刻人们感觉物理学的大厦已经建成，剩下只是一些补充。直到19世纪末，物理学领域出现了四大危机：光电效应、固体比热、黑体辐射、原子光谱，其实验现象用经典物理学的理论难以解释，尤其对光电效应现象的解释与理论大相径庭。 光电效应最初是赫兹在1886年12月进展电磁波实验研究中偶然发现的，虽然是偶然发现，但他立即意识到它的重要性，因此在以后的几个月中他暂时放下了手头的研究，对这一现象进展了专门的研究。虽然赫兹没能给出光电效应以合理的解释，但赫兹的论文发表后，光电效应成了19世纪末物理学中一个非常活泼的研究课题。勒纳是赫兹的学生和助手，很早就对光电效应产生了兴趣。1920年他发表论文介绍了他的研究成果，勒纳得出，发射的电子数正比于入射光所带的能量，电子的速度和动能与发射的电子数目完全无关，而只与波长有关，波长减少动能增加，每种金属对应一特定频率，当入射光小于这一频率时，不发生光电效应。虽然勒纳对光电效应的规律认识很清楚，但其解释却是错误的。 1905年，爱伊斯坦在普朗克能量子的启发下，提出了光量子的概念，并成功解释了光电效应。接着，密立根对光电效应进展了10年左右的研究，与1916年发表论文正是了爱因斯坦的正确性，并准确测出了普朗克常量。从而为量子物理学的诞生奠定了坚实的理论和实验根底，爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的出色奉献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔物理学奖。 对光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性本质，促进了光电子理论的简历和近代物理学的开展。利用光电效应制成电器件如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可或缺的传感和换能器。光电探测器和光电测量仪的应用也越来越广泛。另外，利用光电效应还可以制一些光控继电器，用于自动控制、自动设计数、自动报警、自动跟踪等。 【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的根本规律； 2、掌握用光电管进展光电效应研究的方法； 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数h。
光电探测实验报告
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为了光敏电阻，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采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻(选配单元)、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、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构 ,用遮光罩将光敏电阻彻底掩 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电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 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，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V 暗和 V 亮则暗电流 L 暗=V 暗/R L,亮电流 L 亮=V 亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 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、10V、12V 时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高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 2V 4V 6V 8V 10V 12V 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=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，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采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，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 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:
光电效应测普朗克常量实验报告
光电效应测普朗克常量实验报告 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢 篇一：光电效应测普朗克常量实验报告 广东第二师范学院学生实验报告 1 2 3 4 5 篇二：光电效应测普朗克常数-实验报告 普朗克常量的测定 摘要 本文介绍了大学物理实验中常用的光电效应测普朗克常量实验的基本原理及实验操作过程，验证了爱因斯坦光电效应方程并精确测量了普朗克常量，通过对实验得出的数据仔细分析比较，探
讨了误差现象及其产生的原因，根据实验过程中得到的体会和思索，提出了一些改进实验仪器和条件的设想。 关键字 爱因斯坦光电方程；光电流；普朗克常量 引言 在文艺复兴和工业革命后，物理学得到了迅猛的发展，在实际应用中也发挥了巨大的作用。此刻人们感觉物理学的大厦已经建成，剩下只是一些补充。直到19世纪末，物理学领域出现了四大危机：光电效应、固体比热、黑体辐射、原子光谱，其实验现象用经典物理学的理论难以解释，尤其对光电效应现象的解释与理论大相径庭。 光电效应最初是赫兹在1886年12月进行电磁波实验研究中偶然发现的，虽然是偶然发现，但他立即意识到它的重要性，因此在以后的几个月中他暂时放下了手头的研究，对这一现象进行了专门的研究。虽然赫兹没能给出光电效
应以合理的解释，但赫兹的论文发表后，光电效应成了19世纪末物理学中一个非常活跃的研究课题。勒纳是赫兹的学生和助手，很早就对光电效应产生了兴趣。1920年他发表论文介绍了他的研究成果，勒纳得出，发射的电子数正比于入射光所带的能量，电子的速度和动能与发射的电子数目完全无关，而只与波长有关，波长减少动能增加，每种金属对应一特定频率，当入射光小于这一频率时，不发生光电效应。虽然勒纳对光电效应的规律认识很清楚，但其解释却是错误的。 1905年，爱伊斯坦在普朗克能量子的启发下，提出了光量子的概念，并成功解释了光电效应。接着，密立根对光电效应进行了10年左右的研究，与1916年发表论文正是了爱因斯坦的正确性，并精确测出了普朗克常量。从而为量子物理学的诞生奠定了坚实的理论和实验基础，爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别于1921年和
光电探测器实验报告
光电探测器特性测量实验 摘 要： 本实验中探测并绘制了光电二极管的光谱响应曲线。分别运用脉冲法，幅频特性法和截止频率法对二极管和光敏电阻的响应时间进行了测量，并分析比较了这三种方法的利弊。最后自己设计连接电路测量光敏电阻的响应时间，更深入地理解了响应时间及测量原理。 一、 引言 光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的，它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。因此，无论是设计还是使用光电系统，深入了解光电探测器的性能参数都是很重要的。 通常，光电探测器的光电转换特性用响应度表示。响应特性用来表征光电探测器在确定入射光照下输出信号和入射光辐射之间的关系。主要的响应特征包括：响应度、光谱响应、时间响应特性等性能参数。 本实验内容主要是光电探测器性能参数测量和光电探测器的一般使用方法，并专门列举了几种常用的光电探测器的使用方法。 二、 实验原理 1. 光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 ()λRv 定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，即()()() λλλP V Rv = ；同理，电流光谱响应度()()()λλλP I R i = 式中，()λP 为波长λ时的入射光功率； ()λV 为光电探测器在入射光功率()λP 作用下的输出信号电压；()λI 则为输出用电流表示的输出信号电流。 实验中用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得入射光功率为()λP 时的输出电压为()λf V 。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则
()() f f f K R V P λλ= （f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘积，即总的放大倍数。在本实验中，K f =100×300，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，f R ＝900V/W ）。 然后在相同的光功率()λP 下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()λb V ，从而得到光电二极管的光谱响应度 ()()()()()f f f b b K R V K V P V R //λλλλλ== 式中K b 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里K b =150×300。 2. 光电探测器响应时间的测试 表示时间响应特性的方法主要有脉冲响应特性法和幅频特性法。 1) 脉冲响应 响应落后于作用信号的现象称为弛豫。对于信号开始作用时产弛豫称为上升弛豫或起始弛豫；信号停止作用时的弛豫称为衰减弛豫。弛豫时间的具体定义如下： 如用阶跃信号作用于器件，则起始弛豫定义为探测器的响应从零上升为稳定值的（1-1/e ）（即63%）时所需的时间。衰减弛豫定义为信号撤去后，探测器的响应下降到稳定值的1/e （即37%）所需的时间。这类探测器有光电池、光敏电阻及热电探测器等。另一种定义弛豫时间的方法是：起始弛豫为响应值从稳态值的10%上升到90%所用的时间；衰减弛豫为响应从稳态值的90%下降到10%所用的时间。这种定义多用于响应速度很快的器件，如光电二极管、雪崩光电二极管和光电倍增管等。 若光电探测器在单位阶跃信号作用下的起始阶跃响应函数为[1-exp(-t/τ1)]，衰减响应函数为exp(-t/τ2),则根据第一种定义，起始弛豫时间为τ1，衷减弛豫时间性为τ2。 此外，如果测出了光电探测器的单位脉冲响应函数，则可直接用其半值宽度来表示时间特性。为了得到具有单位冲激函数形式的信号光源，即δ函数光源，可以采用脉冲式发光二极管、锁模激光器以及火花源等光源来近似。