光电定向实验报告文档
实验二十一 光电定向实验讲义
实验二十一光电定向实验光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。
本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。
定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。
采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。
学生可以通过该系统了解四象限定向基本原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。
一、实验目的1、了解四象限探测器的工作原理及其特性2、了解并掌握四象限探测器定向原理二、实验内容1、系统组装调试实验2、激光器（650nm）脉冲驱动实验3、四象限探测器输出脉冲信号放大实验4、四象限探测器输出脉冲信号展宽实验（采样保持）5、硬件定向实验（1）由电阻构成的硬件和差运算电路实验（2）由运算放大器构成的硬件和差运算电路实验（3）坐标计算实验四、实验原理1、系统介绍:光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。
光电实验效应实验报告
光电实验效应实验报告光电实验效应实验报告引言：光电实验效应是物理学中一个重要的实验现象，它揭示了光与物质之间的相互作用。
通过研究光电效应，我们可以深入了解光的性质以及物质的电子结构。
本实验旨在通过观察光电效应，探究光的粒子性和波动性，以及光电子的能量与频率之间的关系。
实验步骤：1. 准备实验所需的材料和设备，包括光源、金属板、电压源、电流计等。
2. 将金属板放置在光源的前方，调整光源的位置和强度，确保光线垂直照射到金属板上。
3. 通过电压源和电流计，将金属板与电路连接起来，测量光电流的大小。
4. 改变光源的频率，重复步骤3，记录不同频率下的光电流值。
实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了光电流的存在，并且发现了一些有趣的现象。
首先，我们发现光电流的大小与光源的频率有关。
当光源的频率增加时，光电流的强度也随之增加。
这与光电效应的理论预测相符，即光电子的能量与光的频率成正比。
其次，我们发现光电流的大小与光源的强度无关。
无论光源的强度如何变化，光电流的强度始终保持一定。
这进一步验证了光电效应的粒子性质，即光子是光的基本单位，光的强度与光子的数量有关，而不是光的强度。
此外，我们还观察到了光电流的截止电压。
当光源的频率增加到一定程度时，光电流的强度突然减小，并最终消失。
这是因为当光源的频率增加到一定值时，光子的能量足够大，可以克服金属表面的束缚力，将电子从金属中释放出来。
而当光源的频率低于截止频率时，光子的能量不足以克服束缚力，因此无法引起光电效应。
结论：通过本次实验，我们验证了光电效应的几个重要特性。
首先，光电电流的大小与光源的频率成正比，验证了光子能量与频率的关系。
其次，光电电流的强度与光源的强度无关，进一步证明了光子的粒子性质。
最后，我们还观察到了光电流的截止电压，这是光电效应的一个重要参数。
光电效应在现代科学和技术中有着广泛的应用。
例如，光电效应被应用于光电池和光电二极管等光电器件中，用于转换光能为电能。
光电特性实验报告
光电特性实验报告光电特性实验报告引言：光电特性是物质与光的相互作用过程中产生的电学现象。
通过对光电特性的研究，可以深入了解光与物质之间的相互作用机制，为光电器件的设计和应用提供理论基础。
本实验旨在通过测量光电效应、光电流与光照强度之间的关系，探索光电特性的基本规律。
实验一：光电效应的测量光电效应是指当光照射到金属表面时，金属释放出电子的现象。
本实验中，我们使用了一块金属板作为光电效应的观测对象。
首先，我们将金属板放置在真空室中，并通过调节光源的强度和波长来改变光照条件。
随后，我们使用电压表测量金属板上的电压变化。
实验结果显示，随着光照强度的增加，金属板上的电压也随之增加。
这一结果表明，光照强度对于光电效应是一个重要的影响因素。
实验二：光电流的测量光电流是指在光照射下，金属板上产生的电流。
为了测量光电流，我们使用了一个光电池，它是一种能将光能转化为电能的器件。
在实验中，我们将光电池连接到电流表上，并将光源照射到光电池表面。
随着光照强度的增加，光电池上的电流也随之增加。
实验结果显示，光电流与光照强度之间存在着线性关系。
这一结果表明，光照强度对于光电流的大小具有直接影响。
实验三：光电效应与波长的关系在实验中，我们使用了不同波长的光源，通过测量光电效应的电压变化来研究光电效应与波长的关系。
实验结果显示，随着波长的减小，金属板上的电压变化也随之减小。
这一结果表明，波长对于光电效应具有重要的影响。
较短的波长能够导致更高的光电效应，这与光子能量与波长之间的关系相一致。
实验四：光电效应与金属材料的关系在实验中，我们使用了不同金属材料的金属板，通过测量光电效应的电压变化来研究光电效应与金属材料的关系。
实验结果显示，不同金属材料的光电效应存在着明显的差异。
有些金属材料具有较高的光电效应，而有些金属材料则具有较低的光电效应。
这一结果表明，金属材料的选择对于光电器件的设计和应用具有重要意义。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光电特性的基本规律。
光电定向实验报告
光电定向实验李康华（哈尔滨工业大学威海校区光电科学系，威海264209）摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。
实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。
关键词:光电定向四象限探测器1、引言随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。
，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］. 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。
定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD 转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。
采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。
通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。
并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。
2、实验原理2.1、系统介绍光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
最新光电实验报告.
最新光电实验报告.
在本次光电实验中，我们探究了光电效应的基本原理及其在现代科技中的应用。
实验的主要目的是验证爱因斯坦的光电效应理论，并测量光电子的动能与入射光频率之间的关系。
实验开始前，我们首先搭建了光电实验装置，包括光电管、光源、电压源和电流计。
光电管内部涂有高灵敏度的光电材料，能够将入射光子的能量转换为电子的动能。
光源选用了一系列不同波长的单色光，以便我们能够观察不同频率光对光电效应的影响。
实验过程中，我们调整了光源的强度和电压源的偏压，记录了不同条件下的电流计读数。
通过改变入射光的频率，并保持其他条件不变，我们得到了一系列的电流-电压（I-V）特性曲线。
数据分析阶段，我们将实验数据与爱因斯坦的光电效应公式进行了对比。
根据公式，光电子的最大动能应与入射光的频率成正比，与光强度无关。
我们的实验结果与理论预测相符，证明了光电效应的量子性质。
此外，我们还观察到，在一定的偏压下，电流随光强度的增加而增加，这表明了光电效应的饱和现象。
在实验的最后部分，我们探讨了光电效应在实际应用中的潜力，例如在太阳能电池和光电探测器中的作用。
我们还讨论了如何通过改进光电材料和设计来提高光电转换效率。
总结来说，本次实验不仅加深了我们对光电效应理论的理解，而且通过实践操作提高了我们的实验技能。
通过分析和讨论，我们也对光电技术的未来发展趋势有了更清晰的认识。
最新光电实验报告
最新光电实验报告在本次光电实验中，我们旨在探究光电池在不同光照强度下的输出特性，并分析其光电转换效率。
实验采用了标准的光电管和一系列可调节光源强度的设备。
以下是实验的主要步骤、观察结果和分析结论。
实验步骤：1. 搭建实验装置：将光电管与电源、电流表和可调节光源连接，确保电路通畅。
2. 调整光源强度：从最低强度开始，逐步增加光源对光电管的照射强度。
3. 记录数据：在每个光照强度下，记录电流表的读数，持续时间为5分钟以确保数据稳定。
4. 重复测量：为确保数据的准确性，每个光照强度重复三次测量，并取平均值。
5. 数据分析：根据记录的数据，绘制光照强度与电流输出的关系图，并计算光电转换效率。
观察结果：实验数据显示，随着光照强度的增加，光电池的电流输出也呈现线性增长。
在低光照条件下，电流输出较低，而在高光照条件下，电流输出显著增加。
此外，实验中未观察到任何异常波动或不稳定性，表明光电管的性能稳定。
分析结论：通过本次实验，我们得出以下结论：- 光电管的输出电流与光照强度成正比，验证了光电效应的基本原理。
- 在实验的光照强度范围内，光电管显示出良好的线性响应特性，适合用于光强测量和控制应用。
- 光电转换效率随着光照强度的增加而提高，但在高光照强度下，效率提升的幅度有所减缓，这可能与光电管的材料特性和饱和效应有关。
综上所述，本次光电实验成功地展示了光电池在不同光照条件下的性能表现，为进一步研究和优化光电转换设备提供了实验依据。
未来的工作可以集中在提高光电管在低光照条件下的灵敏度，以及探索不同材料对光电转换效率的影响。
光电实验报告模版
一、实验目的1. 理解光电效应的基本原理，掌握光电效应实验的操作方法。
2. 通过实验验证光电效应方程，测定普朗克常量。
3. 熟悉光电管伏安特性的研究方法。
二、实验原理光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。
爱因斯坦在1905年提出了光量子假说，即光具有粒子性，每个光子具有能量E=hv，其中h为普朗克常量，v为光的频率。
光电效应方程为：E = hν - φ，其中φ为金属的逸出功。
当入射光的频率ν大于金属的截止频率ν0时，才会发生光电效应。
实验中，通过测量光电管的伏安特性曲线，可以确定截止频率ν0，进而计算普朗克常量h。
三、实验仪器与材料1. 光电管2. 电源3. 电阻箱4. 微安表5. 光源（如汞灯）6. 光栅单色仪7. 光电效应实验装置四、实验步骤1. 连接实验装置，将光电管、电源、电阻箱、微安表等连接好。
2. 调节光源，使光束垂直照射到光电管上。
3. 调节光栅单色仪，选择合适的波长。
4. 逐渐增加电源电压，观察微安表的读数，记录不同电压下的电流值。
5. 绘制伏安特性曲线，确定截止电压U0。
6. 根据截止电压U0，计算截止频率ν0。
7. 利用普朗克常量h的测量公式，计算普朗克常量h的值。
五、实验结果与分析1. 伏安特性曲线根据实验数据，绘制伏安特性曲线，曲线与横轴的交点即为截止电压U0。
2. 截止频率ν0的计算根据截止电压U0，可以计算出截止频率ν0，即ν0 = U0 / e，其中e为电子电荷。
3. 普朗克常量h的测量利用普朗克常量h的测量公式，计算普朗克常量h的值。
六、实验讨论1. 实验误差分析实验误差主要来源于以下几个方面：（1）光源的稳定性：光源的波动会影响实验结果的准确性。
（2）光电管的响应时间：光电管的响应时间不同，会导致实验结果的误差。
（3）测量误差：微安表、电压表等仪器的测量误差也会影响实验结果。
2. 改进措施（1）使用高稳定性的光源，减少光源波动对实验结果的影响。
光电实习报告
光电实习报告
本次光电实习中，我主要参与了实验室的日常工作和项目的研究。
在实验室中，我学习了基础的光电知识，并且参与了一些实验项目的操作和数据分析。
通过实习，我对光电领域有了更深入的了解，也提高了自己的动手能力和实验操作技能。
在项目研究中，我与团队成员一起合作，共同解决了一些技术难题，也为项目的进展做出了一定的贡献。
通过这次实习，我意识到光电技术在现代生活和工业中的重要性，也对自己未来的发展方向有了更清晰的认识。
整体而言，这次实习使我受益良多，让我更加坚定了在光电领域深造的决心。
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2020
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摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。
实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。
关键词:光电定向四象限探测器
1、引言
随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。
，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激
光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］.本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。
定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。
采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。
通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。
并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。
2、实验原理
2.1、系统介绍
光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电
制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。
采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。
该系统主要由
发射部分，光电探测器，信号处理电路，A/D转换和单片机，最后通过计算机显示输出。
该系统结构框图如图1：
图1系统结构框图
2.1.1激光器发射部分
光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED、LD等）、光功率自动控制电路（APC）等部分组成。
用NE555组成的脉冲发生电路来驱动650nm的激光器。
2.1.2接收部分
接收部分主要由四象限探测器组成。
四象限光电探测器是一种常用的精跟踪探测器，其基本原理是光电效应，利用半导体材料吸收光子能量引起的电子跃迁，将光信号转换为电信号．通常是利用集成光路光刻技术将完整的ＰＮ结光电二极管的光敏面分割成几个具有相同形状和面积、位置对称的区域，每个区域可以看作１个独立的光电探测器，其背面仍为一整片．理想情况下每个区域都具有完全相同的性能参量．象探测器光敏面形状有圆形和矩形.如图2所示[3].
（ａ）圆形光敏面ＱＰＤ（ｂ）矩形光敏面ＱＰＤ
图2四象限探测器实物图
如图3（ａ）所示，四象限光电探测器光敏面有４部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ．假设入射光斑为圆形且能量分布均匀，如图3（ｂ）所示，照射在光敏面上的光斑
被４个象限分成４个部分，４个象限的光斑面积分别为ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ和ＳＤ．此时，由于光生伏特效应，在４个象限中产
生与光信号对应的电信号，其对应电流大小分别为ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ和ＩＤ．如图２（ｃ）所示，当光斑中心在四象限光电探测器上的位置改变时，光敏面各象限上的光斑面积也会改变，从而引起四象限探测器各象限输出电流强度的变化，通过一定的信号处理方法可以得到光斑能量中心位置相关信息．如图4所示.
图3四象限探测器工作示意图
图4四象限探测器工作光路
根据输出电流强度可以计算出光斑能量中心位置．用σx和σy分别表示x和y
轴上根据四象限光电探测器输出信号经过一定的算法处理后的归一化偏移量，σx和σy与光斑能量中心实际偏移量的对应关系利用加减算法得［６－７］
x0KxK(SASB)(SBSD)SASBSCSD
(SASB)(SBSD)SASBSCSDy0KyK
式中Ｋ为比例常数，光斑能量中心偏移量σx和σy仅与光斑在探测器上的面积有关，只要得到了各象限面积之间的比例关系，即可得到光斑能量中心位置的坐标．光斑在探测器上移动如图3（d）所示
2.2单脉冲定向原理
利用单脉冲光信号确定目标方向的原理有以下四种：和差式、对差式、
和差
比幅式和对数相减式。
2.2.1和差式
这种定向方式是参考单脉冲雷达原理提出来的。
在图5中，四象限探测器与直角坐标系坐标轴x,y重合，目标（近似圆形的光斑）成像在四象限探测器上。
当目标圆形光斑中心与探测器中心重合时，四个光电二极管接收到相同的光功率，输出相同大小的电流信号，表示目标方位坐标为：x＝0，y＝0.当目标圆形光斑中心偏离探测器中心，如图3，四个光电二极管输出不同大小电流信号，通过对输出电流信号进行处理可以得到光斑中心偏差量x1和y1。
若光斑半径为r，光斑中心坐标为x1和y1，为分析方便，认为光斑得到均匀辐射功率，
总功率为P。
在各象限探测器上得到扇形光斑面积是光斑总面积的一部分。
若设各象限上的光斑总面积占总光斑面积的百分比为A、B、C、D。
则由求扇形面积公式可推得如下关系[4]：当2Xsin1(1)rX14x1时,ABCD1rr
r即x1(ABCD)4
r同理可得y1(ABCD)4
可见，只要能测出A、B、C、D和r的值就可以求得目标的直角坐标。
但是在实际系统中可以测得的量是各象限的功率信号，若光电二极管的材料是均匀的，则各象限的光功率和光斑面积成正比，四个探测器的输出信号也与各象限上的光斑面积成正比。
如图6，可得输出偏差信号大小为
Vx1KP(ABCD)
Vy1KP(ABCD)
对应于x1k(ABCD)
y1k(ABCD)
图6和差定向原理式中krKP,K为常数，与系统参数有关。
4 2.2.2对差式
将图4的坐标系顺时针旋转45o，于是得
x2＝x1cos45o+y1sin45o＝2kAC
y2＝-x1cos45o+y1sin45o＝2kBD
2.2.3和差比幅式
上述两种情况中输出的坐标信号均与系数k有关。
而k又与接收到的目标辐射功率有关。
它是随目标距离远近而变化的。
这是系统输出电压Vx1、Vy1并不能
够代表目标的真正坐标。
采用下式表示的和差比幅运算可以解决这一问题。
x3k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)
k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)y3
式中不存在k系数。
与系统接收到的目标辐射功率的大小无关，所以定向精度很高。
2.2.4对数相减式
在目标变化很大的情况下，可以采用对数相减式定向方法。
坐标信号为
x4＝lgkABlgkCD=lgABlgCD
y4＝lgkADlgkCB=lgADlgCB
可见，坐标信号中也不存在系数k，同样消除了接收到的功
率变化影响。
当定向误差很小时，可以得到如下近似关系 x4ABCD。