(整理)光电子器件物理实验指导书(修改).
光电子技术实验指导书(doc 98页)
光电子技术实验指导书(doc 98页)光纤通信与光电子技术实验指导书引言光通信技术是当代通信技术发展的最新成就，在信息传输的速率和距离、通信系统的有效性、可靠性和经济性方面取得了卓越的成就，使通信领域发生了巨大的变化，已成为现代通信的基石，是信息时代来临的主要物质基础之一。
现代光通信是从1880年贝尔发明‘光话’开始的。
他以日光为光源，大气为传输媒质，传输距离是200m。
1881年，他发表了论文（关于利用光线进行声音的复制与产生）。
但贝尔的光话始终未走上实用化阶段。
究其原因有二：一是没有可靠的、高强度的光源；二是没有稳定的、低损耗的传输媒质，无法得到高质量的光通信。
在此后几十年的时间里，由于上述两个障碍未能突破，也由于电通信得到高速发展，光通信的研究一度沉寂。
这种情况一直延续到本世纪60年代。
1970年被称为光纤通信元年，在这一年发生了通信史上的两件大事：一是美国康宁(Corning)玻璃有限公司制成了衰减为20dB／km 的低损耗石英光纤，该工艺理论由英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于1966年提出；二是美国贝尔实验室制作出可在室温下连续工作的铝镓砷(A1GaAs)半导体激光器，这两项科学成就为光纤通信的发展奠定了基础。
此后，光纤通信以令人眩目的速度发展起来，70年代中期即进入了实用化阶段，其应用遍及长途干线、海底通信、局域网、有线电视等各领域。
其发展速度之快，应用范围之广，规模之大，涉及学科之多(光、电、化学、物理、材料等)，是此前任何一项新技术所不能与之相比的。
现在，光纤通信的新技术仍在不断涌现，生产规模不断扩大，成本不断下降，显示了这一技术的强大生命力和广阔应用前景。
它将成为信息高速公路的主要传输手段，是将来信息社会的支柱。
经过30年的发展，光纤通信历经五次重大技术变革，前四代光纤通信均已得到广泛应用。
第一代光纤通信的工作波长为0.85um，属短波长波段，传输光纤用多模光纤。
光源使用铝镓砷半导体激光器，光电检测器为硅(Si)材料的半导体PIN光电二极管或半导体雪崩光电二极管(APD)。
光电子器件物理实验指导书(修改)-18页文档资料
光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。
学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。
实验仪器：①光电综合实验平台主机系统1台；②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③焦距f =50mm的透镜及其支架1只；④发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤狭缝及其夹持装置各1个；⑥像屏及其夹持装置各1个；⑦磁性表座4个；实验内容：1）棱镜对“白光”的分光特性；2）掌握分光光谱的分布规律；3）测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1)棱镜分光实验①认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。
将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。
打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。
若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。
分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。
若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。
分析变化的原因。
2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。
光电效应实验指导书说明书
Planck’s Constant–Measuring hDr.Darrel Smith1Physics DepartmentEmbry-Riddle Aeronautical University(Dated:10February2014)The purpose of this experiment is to measure Planck’s constant,h,a constant that describes the quantum of action in quantum mechanics.This experiment measures the kinetic energy of ejected electrons due to the photoelectric effect.In this lab,photons havingfive different wavelengths(i.e.,different energies)are incident on a clean metal surface.A linear relationship is observed between the photon frequency(f=c/λ)and the kinetic energy of the ejected electrons.Two parameters are measured in the straight-linefit,the work functionφ,and Planck’s constant h.I.BACKGROUNDThe Planck’s Constant Apparatus is described in theinstruction manual found on my physicsx website.At the beginning of the20th century,Max Planck con-structed a model that described the radiation spectra emitted from a blackbody sources.The success of his model hinged on the assumption that electromagnetic radiation was quantized(i.e.,the radiation of frequency f can only be emitted in integral multiples of the basic quantum hf).However,it was Einstein who correctly described the photoelectric effect in terms of Planck’s constant h.II.THE EXPERIMENTIn this experiment,the photons from a light source pass throughfive different band-passfilters,one at a time.After the light passes through one of thefilters, only a narrow range of frequencies(f)are permitted to pass to the photocell surface.Since the electrons are bound to the metallic surface,they must absorb the “whole”photon to overcome the work function(φ),the binding energy holding the electron to the surface.Any excess energy results in the kinetic energy of the elec-tron.We can write this relationship using conservation of energy:K max=hf−φ(1) where K is the kinetic energy,f is the frequency,andφis the work function measured in eV.The kinetic energy in Eq.1produces a current when collected on the cathode plate and this is recorded by the ammeter.A variable voltage source provides a reverse-biased voltage that slows the electrons during their tran-sit.The voltage is increased until the most energetic electrons arefinally brought to rest.The voltage(V max) at which this occurs is recorded in order to calculate the maximum kinetic energy(K max=eV max).FIG.1.Thisfigures shown the approximately monoenergetic photons incident on a photocell causing electrons to be ejected from the metallic surface.The electrons are collected on the cathode to the left and a current is recorded on the ammeter. Figure is from Taylor and Zafiratos,Modern Physics.III.THE EQUIPMENTThe equipment includes the following:1.a mercury light source,2.a set of5interferencefilters,3.an object glass to focus the mercury lamp on thephototube’s cathode plate,4.a GD-2phototube,and5.a picoampere amplifier and control unit.and these are described in the instruction manual.When you handle the interferencefilters,please make sure to keep yourfingers,dust,and dirt offthe surface.Han-dle them carefully by their edges.Also,make sure that you start with the coarse setting on the pico-ammeter (∼10−10A)before advancing to the more sensitive set-tings(∼10−12A).A picture of the equipment used in this experiment is shown in Fig.2.IV.PROCEDUREYou willfind more information regarding the experi-mental procedure in the following material:2FIG.2.Thisfigures shows the equipment used in the Planck’s Constant Apparatus.The unit in the foreground is the pi-coammeter.The two units in the background are the mercury lamp(right),and the photocell(left).Filters are attached to the photocell tube allowing a narrow range of wavelengths into the photocell.•my physicsx webpage,•your Modern Physics textbook(chapter4.3)The procedure is pretty straight forward.There are five interferencefilters,each with a range of bandpass frequencies.The transmission probability for each filter can be seen in Fig.3.As you can see,there is a width associated with eachfilter(i..e.,a range of frequencies are transmitted),not just one very narrow frequency.After inserting thefirstfilter,adjust the FIG.3.Thefigure shows the transmission spectra for thefive filters used in the Planck’s Constant Apparatus.Datafiles for each spectrum can be found in my PS315course on my physicsx website.Courtesy of Dr.A.Gretarsson.reverse-bias voltage to where the current approaches zero.The value of the potential is the V max for that particular frequency.Repeat this process for the otherfilters and determine the maximum potential V max required to bring the current to zero on the picoammeter. N.B.Please take some time to read Section5titled “Operation”of the picoampere amplifier.Thecorrect operation of the picoammeter is criticalfor obtaining good data from this experiment. After making a table of the maximum potentials (volts),and the frequencies(Hz),you will make a plot of the K max vs.f as shown in Fig.4.FIG.4.Thisfigure shows the linear relationship described by Eq.1.Notice the cutofffrequency at f o.Photons with frequency less than f o have insufficient energy required to overcome the work functionφin order to remove the electron from the metallic surface.In other words,hf o<φ.Figure is from Taylor and Zafiratos,Modern Physics.A.Supplemental MaterialThere are no other leaflets or manuals relating to this experiment;however,I encourage you to read about the photoelectric effect from other sources,for example, other modern physics textbooks found in the library,as well as reliable sources on the internet.V.IMPORTANT CONSIDERATIONS•Keep thefilters clean.Hold them by their edges.•Let the mercury lamp warm up(∼10-20minutesbefore making measurements.•Do not stare at the mercury lamp.It’s pretty in-tense.•Make sure to read section5on the operation of thepicoammeter before using it.。
《光电技术》课程实验指导书
《光电技术》课程实验说明课程实验计划进行四次第一次：实验一第二次：实验二第三次：实验三、四第四次：实验五、六其中第一次、第二次实验需要同学自己进行实际测量；第三次、第四次实验属于演示实验。
实验一光电探测原理实验一、实验目的1、了解光照度基本知识、光照度测量基本原理，学会光照度的测量方法。
2、了解光电二极管和光电池的工作原理和使用方法3、掌握光电二极管和光电池的光照特性及其测试方法4、理解光电二极管和光电池的的伏安特性并掌握其测试方法二、实验仪器1、光电探测原理实验箱2、光照度计3、光电二极管和光电池4、光源三、实验原理1、光照度基本知识（1）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：2EI/L式中：E——光照度，单位为Lx；I——光源发光强度，单位为cd；L——距离，单位为m。
（2）光照度计的结构光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如图1.1。
图1光照度计结构图图中D为光探测器，图1.2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。
余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。
余弦校正器的透光性要好；F为V（λ）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V （λ），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（λ）匹配。
物理实验技术中的光电子学与光电器件应用
光电子学的基本原理是光与电子的相互作用。光波在穿过物质界面时会与电子发生相互作用，这种相互作用可以产生电荷激发、能量转换等现象。而光电子器件是利用这种光与电子的相互作用原理设计制造的器件。例如，光电传感器利用光的能量将光信号转换为电信号，从而测量光的强度、频率、偏振等参数。光谱仪则根据物质对光的吸收、散射等现象，通过光电子器件将光的频率分解，得到物质的光谱信息。光纤通信则是利用光的高速传输特性进行信息传输。
除了光敏二极管，还有其他光电传感器广泛应用于实验技术中。例如，光电二极管和光电三极管，它们可以产生电流信号，用于检测光的强度和频率。还有光敏电阻，将光的能量转变为电阻值的变化，用于光强传感和光电控制。在实验室的光学测量中，单光子探测器也是常用的光电子器件之一。通过单光子探测器可以实现对单个光子的探测和计数，提供极高的灵敏度和分辨率，有助于对微弱光信号进行精确测量。
光纤通信是光电子学在实验技术中的另一个重要应用。光纤通信利用光的高速传输特性，实现了大容量、远距离的信息传输。在实验室中，光纤通信系统可以用于实时、远程的数据传输。例如，在天文观测中，望远镜通过光纤传输观测数据到控制中心，以实时分析和处理观测结果。此外，光纤通信还被应用于实验室内部的仪器联接，例如将光谱仪与计算机相连，实现自动的数据采集和处理。光纤通信的特点包括宽带、低损耗、抗干扰等，使其成为现代实验测量技术的重要组成部分。
在物理实验技术中，光电传感器是非常常用的光电子器件之一。以光敏二极管为例，它是一种将光信号转换为电信号的器件。在实验室中，光敏二极管可以用于测量光的强度，比如用于实验中的光密度计。光密度计可以通过测量不同物质对光的吸收程度来确定物质的浓度或者进行光反应动力学研究。另外，光敏二极管还可以用于测量光的频率，比如在光谱仪中，通过将光与光敏二极管结合，可以将光的频率分解成不同波长的光，从而获得物质的光谱信息。
《光电子技术与仪器》实验指导书
光电子技术与仪器实验指导书实验一线阵CCD原理及驱动实验一、实验目的1、掌握本实验仪的基本操作和功能。
2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。
3、通过对典型线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验前准备内容1、学习线阵CCD的基本工作原理（参考《图像传感器应用技术》教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书。
2、学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理与驱动波形图（参考附录）。
3、掌握双踪迹示波器的基本操作方法，尤其是它的同步、幅度、频率、时间与相位的测量方法。
4、根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与F1（CR1）、F2（CR2）的相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程。
观测F1与F2及F1与CP、SP、RS间的相位关系，理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS的作用。
5、测量CCD在不同驱动频率的情况下的F1与F2、F1、RS的周期与频率值，以及它的行周期（FC）值。
三、实验所需仪器设备1、双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。
2、彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD－IV一台。
四、实验内容及步骤1．实验预备（1）首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V的电源插座上；（2）取出双踪迹同步示波器，将电源线插入交流220V的电源插座上，测试笔（或称探头）分别接入测试输入端口；打开示波器的电源开关，选择自动测试方式，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观察的位置；（3）将示波器的两个测试笔分别接到示波器的标准输出信号输入端子上进行校准；2（4） 打开YHLCCD －IV 的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束后显示为“00 0”字样，前两位数表示积分时间档次值，末位数表示CCD 的驱动频率档位值。
光学仪器与光电子器件制造作业指导书
光学仪器与光电子器件制造作业指导书第1章光学仪器与光电子器件概述 (4)1.1 光学仪器发展简史 (4)1.2 光电子器件的基本概念与分类 (4)1.3 光电子器件的应用领域 (4)第2章光学基础知识 (5)2.1 光的传播与反射 (5)2.1.1 光的传播 (5)2.1.2 光的反射 (5)2.2 光的折射与衍射 (5)2.2.1 光的折射 (5)2.2.2 光的衍射 (5)2.3 光的偏振与干涉 (6)2.3.1 光的偏振 (6)2.3.2 光的干涉 (6)第3章光电子器件的原理与设计 (6)3.1 光电器件的工作原理 (6)3.1.1 光电导效应 (6)3.1.2 光生伏特效应 (6)3.1.3 光电发射效应 (6)3.2 光电子器件的设计方法 (6)3.2.1 材料选择 (6)3.2.2 结构设计 (7)3.2.3 尺寸优化 (7)3.2.4 器件工艺 (7)3.3 光电子器件的功能参数 (7)3.3.1 光电转换效率 (7)3.3.2 响应速度 (7)3.3.3 噪声 (7)3.3.4 灵敏度 (7)3.3.5 动态范围 (7)3.3.6 稳定性和可靠性 (7)第4章光学仪器制造工艺 (8)4.1 光学元件加工工艺 (8)4.1.1 抛光工艺 (8)4.1.2 磨边工艺 (8)4.1.3 镀膜工艺 (8)4.1.4 超精密加工工艺 (8)4.2 光学零件装配工艺 (8)4.2.1 光学零件清洗 (8)4.2.2 光学零件组装 (8)4.2.3 光学零件调校 (8)4.3 光学仪器整机装配与调试 (9)4.3.1 整机装配 (9)4.3.2 整机调试 (9)4.3.3 整机检验 (9)第5章光电子器件制造工艺 (9)5.1 半导体材料与外延生长 (9)5.1.1 半导体材料概述 (9)5.1.2 外延生长技术 (9)5.2 光电子器件的加工与制备 (9)5.2.1 光刻技术 (9)5.2.2 蚀刻技术 (9)5.2.3 化学气相沉积（CVD） (10)5.2.4 扩散技术 (10)5.2.5 表面修饰技术 (10)5.3 光电子器件的封装与测试 (10)5.3.1 封装技术 (10)5.3.2 测试技术 (10)5.3.3 可靠性评估 (10)第6章激光器件与激光技术 (10)6.1 激光原理与激光器件 (10)6.1.1 激光原理 (10)6.1.2 激光器件分类与结构 (10)6.1.3 激光器件的工作原理与功能参数 (11)6.2 激光技术的应用 (11)6.2.1 工业加工 (11)6.2.2 医疗领域 (11)6.2.3 通信技术 (11)6.2.4 科研与军事 (11)6.3 激光器件的制造工艺 (11)6.3.1 激光器件的设计 (11)6.3.2 材料选择与处理 (12)6.3.3 激光器件的组装与调试 (12)6.3.4 激光器件的封装与测试 (12)6.3.5 质量控制与可靠性保证 (12)第7章光纤通信器件与系统 (12)7.1 光纤与光纤通信原理 (12)7.1.1 光纤结构及分类 (12)7.1.2 光纤传输原理 (12)7.2 光纤通信器件 (12)7.2.1 光源器件 (12)7.2.2 光检测器 (13)7.2.3 光放大器 (13)7.2.4 波分复用器与解复用器 (13)7.3 光纤通信系统的设计与实现 (13)7.3.1 光纤通信系统设计原理 (13)7.3.2 光纤通信系统的主要功能指标 (13)7.3.3 光纤通信系统的实现与优化 (13)7.3.4 光纤通信系统的测试与维护 (13)第8章光学仪器与光电子器件在生物医学领域的应用 (13)8.1 生物医学光学成像技术 (13)8.1.1 荧光显微镜成像 (13)8.1.2 共聚焦显微镜成像 (13)8.1.3 光学相干断层扫描技术（OCT） (14)8.1.4 光声成像技术 (14)8.2 光学诊疗技术与器件 (14)8.2.1 光动力疗法 (14)8.2.2 光热疗法 (14)8.2.3 光学器件在生物医学诊疗中的应用 (14)8.3 光子计数与生物传感器 (14)8.3.1 光子计数技术 (14)8.3.2 生物传感器 (14)8.3.3 光学生物传感器 (14)第9章光学仪器与光电子器件在能源领域的应用 (14)9.1 太阳能光电器件 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 太阳能电池 (15)9.1.3 太阳能光伏器件 (15)9.2 光催化与光电子能源转换 (15)9.2.1 光催化技术 (15)9.2.2 光电子能源转换 (15)9.3 燃料电池与光电子技术 (15)9.3.1 燃料电池概述 (15)9.3.2 光电子技术在燃料电池中的应用 (15)9.3.3 光电子技术在燃料电池系统优化中的应用 (15)第10章光学仪器与光电子器件在信息处理与存储领域的应用 (16)10.1 光学信息处理技术 (16)10.1.1 光学信息处理原理 (16)10.1.2 光学信息处理器件 (16)10.1.3 光学信息处理技术在信息领域中的应用 (16)10.2 光电子存储器件 (16)10.2.1 光电子存储原理 (16)10.2.2 常见光电子存储器件 (16)10.2.3 光电子存储技术在信息存储领域的应用 (16)10.3 光子集成电路与光电子芯片技术 (16)10.3.1 光子集成电路概述 (16)10.3.2 光子集成电路的关键技术 (16)10.3.3 光子集成电路在信息处理与存储领域的应用 (16)10.3.4 光电子芯片技术 (17)第1章光学仪器与光电子器件概述1.1 光学仪器发展简史光学仪器的历史可追溯至数个世纪以前。
光电子器件实验技术的使用教程
光电子器件实验技术的使用教程引言：光电子器件是现代科技中不可或缺的一部分，它们被广泛应用于通信、能源和医学等领域。
在使用光电子器件进行实验时，正确的操作技巧和实验技术是至关重要的。
本文旨在为大家介绍一些光电子器件实验技术的基本知识和使用方法，希望对初学者有所帮助。
一、实验前的准备在进行光电子器件实验之前，我们需要做一些准备工作。
首先，要确保实验室环境干燥、整洁，以避免灰尘和杂物对实验结果的影响。
其次，要检查实验设备和器件的状态，确保其正常工作。
最后，对实验进行详细的计划，确定实验目标和步骤。
二、光电子器件的基本原理光电子器件主要通过光电效应、半导体材料等原理实现光信号的产生、转换和探测。
在实验过程中，我们需要了解光电子器件的基本工作原理，以便正确操作和分析实验结果。
三、光电子器件的光源选择在光电子器件的实验中，选择合适的激光器或光源对实验结果的准确性和可靠性起着重要作用。
常见的光源有氘灯、白光源、半导体激光器等。
根据实验要求，选择适合的光源，并合理调节光源的功率和频率。
四、光电二极管的使用技巧光电二极管是一种常见的光电子器件，用于探测和测量光信号。
在使用光电二极管之前，需先检查其引线的连接是否正确，并确保正常电压下光电二极管的工作状态。
实验时，我们可以通过改变光源的距离、角度和强度，观察和记录光电二极管的输出变化。
五、光电倍增管的实验技巧光电倍增管是一种能够将光信号放大成电信号的器件，在一些低强度光信号的测量中被广泛应用。
实验中，我们应注意光电倍增管的高压电源和控制电路的连接，保证它们的正常工作。
同时，要避免光电倍增管受到强光直接照射，以免损坏管子。
六、光电子器件的调试和测量在进行光电子器件实验时，正确的调试和测量技巧是非常重要的。
我们可以利用示波器和多用途仪表等设备对光电子器件的输入和输出信号进行观测和记录。
此外，合理选用合适的光源和滤波器，对实验过程中可能出现的干扰因素进行准确控制。
七、实验结果的分析和处理实验结束后，我们需要对实验结果进行分析和处理。
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光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。
学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。
实验仪器：①光电综合实验平台主机系统1台；②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③焦距f =50mm的透镜及其支架1只；④发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤狭缝及其夹持装置各1个；⑥像屏及其夹持装置各1个；⑦磁性表座4个；实验内容：1）棱镜对“白光”的分光特性；2）掌握分光光谱的分布规律；3）测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1)棱镜分光实验①认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。
将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。
打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。
若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。
分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。
若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。
分析变化的原因。
2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。
分析并记录色条的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。
通过该实验要充分认识LED光源的光谱分布特性与光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习光栅光谱仪器奠定基础。
3）发光二极管电流与亮度的关系从实验平台备件箱中取出各种单色LED发光管与通用实验装置，把LED发光二极管插入通用实验装置，构成LED光源，把照度计的探测头与LED光源相对按着如图2.1-7所示的结构安装在光学台上，将它们它们的引线和电流表按如图2.1-8所示的电路连接成测量电路，在测量电路中调整电阻用50Ω固定阻值电阻与1kΩ电位器相连接，便于调整流过LED发光管的电流I LED。
在发光二极管的供电电路中串入数字电流表，测量流过LED的电流I LED。
打开实验平台的电源开关，在发光管未点亮时测出暗背景照度E vb；然后，通过串入发光二极管的1kΩ电位器调节发光电流I LED，记录不同发光电流I LED 下的光照度E v，将其填入表2.1-1；改变LED与光电探测头间的距离，再重复进行上述实验，分析数据变化的原因。
将LED与光电探测头间的距离L锁定，找出电流I LED与照度间E v 的关系。
关机与结束：①所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；②将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；③将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。
实验2 LED光谱特性的测量与光栅光谱仪实验目的：LED灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度分布特性与光谱特性是人们普遍关心的重要特性，也是难于测量的特性。
光源的光谱内含有丰富的信息，为此人们研制出各种光谱探测器进行物质化学成分的分析。
安排这个实验有助于学生了解LED发出的光谱成分，并深入掌握光谱探测器的特性，更合理地运用它于分析不同光源的光谱。
实验仪器：1）光电综合实验平台主机；2）发光光谱测试仪；3）发出不同颜色光的被测LED器件；实验内容：LED发光光谱特性既有别于LD（半导体激光器）又有别于钨丝灯等热辐射体的发光，它的单色性远不如LD，但是光谱范围是有限宽度的，具有较好的单色性，当然通过二次光致发光获得的“白光”LED的光谱较为丰富，但是仍然无法与钨丝灯等热辐射体的发光光谱相比。
描述LED发光光谱特性的方法是测量它的光谱辐射带宽与功率分布。
不同颜色与种类的LED发出的光谱辐射带宽与功率分布差异很大。
在用LED构成大屏幕显示器应用领域为获得不同颜色的显示效果，必须对所用的LED器件进行光谱特性的测量，以便正确地配制出各种颜色的图案。
实验步骤：（1）熟悉测量仪器LED光源光谱分布测量的实验要用到LED光谱分布测试仪，它的外形图如图1.2-1所示，其原理结构如图1.2-2所示。
被测LED安装到LED光谱分布测量仪右侧的暗室内，它发出的光经过狭缝入射到反射光栅上，经反射分光后发出多色光带光谱，再经凹面反射镜汇聚到线阵CCD的像敏面上。
CCD采集并输出载有LED光谱信息的信号电压，再经数据采集卡将其转换成数字信号送入计算机，在计算机软件的支持下形成的谱图显现在显示器上，其中的横坐标为以nm为计量单位的波长（λ），纵轴为16位二进制数（0~65535）。
图1.2-3 LED 灯安装结构图光谱分布测试仪的右端是LED 发光管的安装机构，由如图1.2-3所示它由LED 灯座、固定套与外圈等三部分构成，将LED 的两个电极插入2个插孔（注意标有白色标记的插孔插较长的正极）后，先将定位套套住LED ，然后再将外套拧在LED 灯座上，旋紧顶丝。
再将LED 灯拧到右边的可调狭缝上的螺纹口上。
（2）构成测量系统实验时，先将LED 光谱分布测试仪用USB 连接线与计算机的USB 端口（光电综合实验平台的USB 接入端口）相连接，再将电源线插到AC220V 电源板上，如果只测量LED 的光谱，则先将仪器右侧的LED 安装装置拧下，将被测的LED 插入管座，再将其拧在一起，将直流电源连接线接入仪器右侧的电源插口中便完成了测量系统的安装。
（3）开机与测量开机时，先开光谱仪的电源，然后再启动计算机，查看是否安装了测量软件？若没有安装，请按光谱仪软件安装说明书提示的步骤安装软件，软件安装后，可以直接执行光谱采集软件，弹出光谱分布测量程序界面，界面的上层菜单为基本操作控制主菜单，它与通用“word ”文档内容相同，而最下边一行的菜单为操作菜单，其中“打开”与“保存”菜单是对文档进行打开与保存的操作，“打开”已经保存的文档与“保存”现在正在执行的结果文档；“曲线”菜单是将CCD 采集到的光谱信号以波形曲线方式显示在界面上；“数据”菜单是将CCD 采集到的数据按一定的数据格式显示在界面上；“连续”菜单是执行菜单，点击“连续”菜单，在计算机显示屏上将显示出如图1.2-4所示的黄色LED 发出光谱的分布曲线。
“停止”菜单是执行停止采集的操作，点击“停止”菜单后，CCD的采集工作将停止，界面上显示点击“停止”菜单后的结果曲线；“单次”菜单也是执行菜单，点击它以后，线阵CCD只采集一行信号，并将这一行信号以波形曲线的方式显示在界面上；“0ms”菜单是控制所采集到的光谱在界面上停留的时间，点击这个菜单，可以弹出不同的时间选择，改变光谱曲线在界面上停留的时间。
“积分3档”是控制线阵CCD积分时间参数的功能菜单，当前选择的为积分时间是“第3档”。
点击它可以弹出多种积分时间的选择菜单，实现对不同强度光谱的观测；“关于”菜单是注释菜单，对光谱测量没有关系。
测量光谱分布曲线时，在设定好显示时间与积分时间后，可执行“连续”菜单，界面出现便于观察的光谱特性曲线后，可执行“停止”菜单，使界面上的光谱曲线不再变化，通过“数据”菜单可以读到每个像元的光谱强度值。
另外，也可以将“鼠标”标记放到所选波形的特征点（所需要测量的点）位置，再点击鼠标右键，弹出测量标线如图1.2-4所示的白色标线，在标线的上方分别显示x与y坐标值，其中x值为横坐标（光谱的波长），y为其强度（16进制数值）的数值。
利用这一功能可以测量光谱的峰值波长与光谱带宽等参数。
（4）LED发光光谱半宽度的测量LED发光光谱半宽度的定义为光谱分布曲线的幅度衰减到1/2所对应的谱线宽度。
测量时，先将整个光谱曲线计算机界面上显示出来，然后，找出光谱分布曲线的幅度（垂直坐标）衰减到1/2所对应的位置上点击鼠标右键，弹出如图1.2-4所示的白色测量线和相应的x，y 坐标，LED光谱辐射半宽度的带宽Δλ既为Δλ=x2－x1（1.2-1）如图1.2-4所示的半波带宽Δλ为（597.15－576.51）=20.64nm。
由于光谱仪在出厂之前已经用汞灯的标准谱图进行了严格的标定。
如果用户没有标准汞灯谱图，则不能再自行进行标定。
如果用户有条件进行标定，也可以自行进行标定。
但是，自己进行标定应当承担由此带来的误差责任。
（5）文件的存储与打开通过执行“保存”菜单，能够将计算机界面上显示的光谱分布曲线以文本方式或图像方式保存到文件夹内，它即为LED的光谱辐射分布曲线图。
通过执行“打开”菜单，能够将以前存储在某个文件夹内的光谱分布曲线打开并显示在界面上。
关机与结束：1、将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；2、先退出计算机软件，关掉计算机电源，再将实验平台的电源关掉；3、最后，将所用的配件放回配件箱；将实验所用仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后离开实验室。
4、分析上述实验过程中为什么要旋转被测LED？如何能找到LED的真正光轴？5、LED发光强度的改变是否影响它的光谱分布？为什么？图1.3-1 LED 发光的空间分布特性实验3 LED 角度特性参数测量实验实验目的：LED （发光二极管）是非常有发展前景的半导体发光器件，是将来取代钨丝灯、日光灯、照明灯、高压汞灯与其他系列灯具的节能替代产品。
LED 灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度的空间分布特性是人们普遍关心的重要特性，安排这个实验有助于我们深入掌握它的特性，更合理地应用它为人类照明与视觉效应服务。
实验仪器：① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台；② LED 发光特性测试仪1台；实验内容：1）发光强度空间分布特性与偏差角θ根据中国光学光电子行业学会2002年制定的“发光二极管测试方法”， LED 发光强度的空间分布特性是指器件发射出的光强I V 或I e 参数与空间方向角θ的函数关系I V = f (θ)。
显然，θ角度一般取为LED 器件的“机械角”，机械角的定义为器件几何尺寸的中心线或法线为其零度角。