红外物理特性及应用参考资料
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外线辐射的物理特性与应用
红外线辐射的物理特性与应用红外线是一种波长较长的电磁波，其波长范围为7800纳米至1毫米。
与可见光不同，人眼无法直接看到红外线的存在。
但是红外线在物理学、化学、医疗检测等领域中有着广泛应用。
一、红外线的物理特性1.1、红外线的产生在物体中，所有的原子和分子都不停地热运动，产生了微弱的热辐射。
这种辐射包括可见光和红外线等电磁波。
当物体的温度升高时，辐射功率也随之增加。
因此，高温物体会产生强烈的红外辐射。
1.2、红外线的穿透性与可见光不同，红外线可以穿透空气、水和许多不透明的物体，例如人体组织、玻璃和塑料等，这为红外线的应用提供了很大的空间。
因此，许多医学和安检设备都用到了红外线。
1.3、红外线的反射性红外线对于非金属材料的反射和散射作用比较弱，但是对于金属材料来说，红外线的反射作用非常强。
因此，红外线在照明和成像方面的应用受到了限制，红外线成像往往需要特殊的技术和设备。
二、红外线的应用红外线可以用于安检、医学检测、制造业、农业等领域。
2.1、安检领域由于红外线的穿透性和反射性，红外线成为了非常重要的安检手段。
红外线能够穿透物体表面，探测远距离的物质变化。
红外线安检设备可以检测到非法携带的物品，例如刀具、枪支和炸药等。
2.2、医学检测医学中的医生可以使用红外线扫描人体，检测体温变化，预测体内状况。
此外，红外线还能够帮助医生诊断疾病，例如鼻窦炎和颈椎病等。
2.3、制造业制造业也是红外线应用的重要领域。
在生产过程中，红外线可以作为一个无接触的温度测量工具来使用，可以对材料的温度、红外线图像和其他物理参数进行测量分析，从而为生产提供有效的数据支持。
2.4、农业在农业中，红外线可以帮助农民监测作物的生长情况，及时发现作物的病虫害，提高农作物的产量。
此外，红外线还可以帮助农民检测牲畜的体温状况，诊断和治疗疾病。
三、总结红外线是一种波长较长的电磁波，具有强大的渗透和穿透能力。
红外线应用十分广泛，包括安全、检测、电子、制造业和医学等领域。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:红外物理特性及应用实验波长范围在0．75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动,旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究,为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰,提高通信质量与通信容量,通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽,则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限,国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级,在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
２、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减,对于确定的介质,光的衰减ｄI 与材料的衰减系数α ,光强I ，传播距离d ｘ成正比:dI Idx α=- （1）对上式积分,可得:L o I I e α-=（2)上式中Ｌ为材料的厚度。
红外线的特性与应用
红外线的特性与应用红外线被称为“人类视线无法看见的光”，是一种在波长范围0.75至1000微米之间的电磁辐射。
它在各种现代技术解决方案中发挥着重要作用。
事实上，红外线技术具有广泛的应用前景。
今天，我们将聊一聊红外线的特性和应用。
一、红外线的特性1.穿透性红外线具有比可见光更强的穿透性，尤其是在光线等级低于零的情况下。
红外线透过云层、霾、烟雾等，具有在光学上无法完成的任务。
这使得它在夜视、气象预报、动力系统诊断和水下作业等领域中非常有用。
2.反射性光的反射性质通常指光线在两种介质间传播时，发生反弹的性质。
红外线反射和可见光反射有很大不同。
可见光在与物体碰撞时会因胶质部分的抗力而分散，并且部分被吸收。
但是，红外线却可以滑过表面，顺着物体表面襟褶而去的某个方向，因此它能够被物体反映，形成影像，这使得热成像技术的出现得以实现。
3.辐射性辐射是红外线最引人瞩目的特性。
辐射分为热辐射和冷辐射两类。
热辐射来自物体的热能，具有一定的温度或发光状态。
它一般在10微米到1毫米的范围内。
冷辐射通常是电子或原子之间的辐射。
热辐射和冷辐射在遥感和灵敏度检查方面发挥了非常重要的作用。
4.谱性质红外线的谱峰位随着物体的温度而变化。
温度越高，谱峰位就越短，反之亦然。
谱峰位可以用来计算温度和颜色。
红外光谱分析技术可以对化学物质的特性进行检测和研究。
二、红外线的应用1.检测技术红外线热成像技术可以对热的分布和强度进行检测。
这种技术可以应用于遥感、建筑、工具、人身体和植物等领域。
红外成像技术可以检测不低于3摄氏度的微小温度变化，并且准确地确定它们。
由于红外线成像技术不会被光线这种物理障碍所影响，它对工作时间和生产线的准确性都很有帮助。
2.通讯系统由于可见光不能穿透障碍物，因此用红外线通讯系统可以在电线、光纤和卫星等远距离异地通信。
红外线通讯技术被广泛应用于智能家居、室内定位和错误捕捉纠正等领域。
3.安全技术红外技术可以用于计算亚马逊仓库中的问题捕捉、墨西哥沉没的油轮泄漏的检测和全国不同银行的ATM机的监视。
红外线的原理和应用笔记
红外线的原理和应用笔记红外线的概述•红外线是一种电磁辐射，波长范围在700纳米到1毫米之间。
•红外线不可见，但是可以通过适当的设备和传感器来检测和利用。
•红外线在很多领域都有广泛的应用，包括通信、安防、医疗等。
红外线的产生•红外线是热能的一种表现形式。
任何物体当温度高于绝对零度时，都会辐射红外线。
•红外线的产生有两种方式：自然辐射和人工辐射。
–自然辐射是指任何物体都会因为其温度而产生红外线，如地球、人体等。
–人工辐射则是利用特定的材料和设备产生红外线，如红外线灯、红外线激光等。
红外线的特性•红外线能够穿透一些物质，如玻璃、塑料等，但在金属等导体上会被吸收。
•红外线的传播速度与可见光相同，都是300,000,000米/秒。
•红外线的波长范围不同，可以分为近红外、中红外和远红外三个区域，分别对应不同的应用场景。
红外线的应用领域1.安防领域•红外线可以用于监控系统，通过红外线传感器探测周围环境，并及时发出警报。
•红外线热成像技术可以用于检测人体的热量分布，辅助安防措施。
2.通信领域•红外线通信可以用于无线文件传输，通过红外线传感器发送和接收数据。
•红外线通信设备被广泛应用于手机、电脑等设备，实现快速和远距离的文件传输。
3.医疗领域•红外线可以用于体温检测，通过红外线传感器测量人体额温。
•红外线成像技术可以用于医学诊断，如乳腺癌早期筛查、皮肤疾病的检测等。
4.工业领域•红外线可以用于测温，通过红外测温仪准确地测量物体的表面温度。
•红外线成像技术可以用于机器设备的故障检测和维护。
5.军事领域•红外线技术在军事领域中被广泛应用，如红外线夜视装置、导弹制导系统等。
总结红外线是一种重要的电磁辐射，它在很多领域都有广泛的应用。
从红外线的产生、特性到应用领域，我们可以看到红外线在现代社会中扮演着重要的角色。
未来随着科学技术的发展，红外线的应用将会更加广泛，为人们的生活带来更多的便利与安全。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
红外线物理知识点总结高中
红外线物理知识点总结高中导言红外线是一种电磁辐射，波长范围在780纳米到1毫米之间。
红外线在物理学、化学、生物学、医学和工程等领域有着广泛的应用。
红外线技术可以用于热成像、安防监控、遥感、红外光谱学等领域。
本文将从物理学角度对红外线进行深入分析和总结，包括其来源、特性、检测原理、应用等方面。
一、红外线的产生和特性1. 红外线的产生：红外线是在分子、原子或者晶格结构中，由于温度升高而引起的分子振动和转动所发射的电磁波。
当物体的温度高于绝对零度时，其原子或分子将做无规则的热运动，这会产生红外辐射。
2. 红外线的波长范围：红外线波长范围在780纳米到1毫米之间，相对于可见光的波长，红外线的波长更长，其频率较低。
3. 红外线的特性：红外线能穿透一些物质，如烟尘、雾气、水蒸气等，因此在大气中传播较好，也可以通过遮盖物来传输信息。
此外，红外线通过穿透生物细胞，并能够测量机体内部的温度变化，因此在医学领域有着广泛的应用。
二、红外线的检测原理1. 红外线的检测方法：红外线的检测方法一般可以分为两种，一种是热量辐射型，另一种是被动型。
热量辐射型：这种检测方法主要是通过检测物体发出的红外辐射热量来实现。
此法具有很高的灵敏度，检测距离远、反应快，通常应用于安防监控系统中。
被动型：这种检测方法则是通过检测物体吸收或者反射红外辐射能量的变化来实现。
因此，被动型红外线探测器通常用于检测物体的动静。
2. 红外线检测器的工作原理：红外线检测器一般由光源、滤光片、光电二极管、放大器和信号处理电路等部分组成。
当红外线照射到光电二极管上时，其产生的电子被放大器放大，经过信号处理电路后输出。
因此，光电二极管是红外线检测器中的关键部分，其性能将直接影响到整个检测系统的灵敏度和稳定性。
目前常用的光电二极管主要有PN型、MCT型和InSb型等三种。
三、红外线的应用1. 红外线热成像：红外线热成像技术是利用物体的红外辐射热量来获取物体的表面温度分布。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长X 围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
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红外物理特性及应用红外通信特性实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对热辐射的深入研究导致普朗克量子理论的创立。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
现代红外技术的成熟已经打开了一系列应用的大门。
例如红外通信，红外污染监测，红外跟踪，红外报警，红外治疗，红外控制，利用红外成像原理的各种空间监视传感器，机载传感器，房屋安全系统，夜视仪等。
光纤通信早已成为固定通信网的主要传输技术，目前正积极研究将光通信用于微波通信一直占据的宽带无线通信领域。
无论光纤通信还是无线光通信，用的都是红外光。
这是因为，光纤通信中，由石英材料构成的光纤在0.8~1.7微米的波段范围内有几个抵损耗区，而无线大气通信中，考虑到大气对光波的吸收，散射损耗及避开太阳光散射形成的背景辐射，一般在0.81~0.86，1.55~1.6微米两个波段范围内选择通信波长。
因此，一般所称的光通信实际就是红外通信。
【实验原理】1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：L o I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
常用的红外光学材料包括：石英晶体及石英玻璃，它在0.14~4.5微米的波长范围内都有较高的透射率。
半导体材料及它们的化合物如锗，硅，金刚石，氮化硅，碳化硅，砷化镓，磷化镓。
氟化物晶体如氟化钙，氟化镁。
氧化物陶瓷如蓝宝石单晶(Al 2O 3），尖晶石(MgAl 2O 4)，氮氧化铝，氧化镁，氧化钇，氧化锆。
还有硫化锌，硒化锌，以及一些硫化物玻璃，锗硫系玻璃等。
光波在不同折射率的介质表面会反射，入射角为零或入射角很小时反射率：图1 光在两界面间的多次反射21212()n n R n n -=+ （3） 由（3）式可见，反射率取决于界面两边材料的折射率。
由于色散，材料在不同波长的折射率不同。
折射率与衰减系数是表征材料光学特性的最基本参数。
由于材料通常有两个界面，测量到的反射与透射光强是在两界面间反射的多个光束的叠加效果，如图1所示。
反射光强与入射光强之比为：22222244220(1)[1(1)(1)][1]1LL L L R L I R e R R e R e R e R I R eααααα------=+-+++=+- （4） （4）式的推导中，用到无穷级数1+x+x 2+x 3+ ··· = (1－x)-1。
透射光强与入射光强之比为：222244220(1)(1)(1)1L L L L T LI R e R e R e R e I R e αααα------=-+++=- （5） 原则上，测量出I 0、I R 、I T ，联立（4）、（5）两式，可以求出R 与α（不一定是解析解）。
下面讨论两种特殊情况下求R 与α 。
对于衰减可忽略不计的红外光学材料，α =0，e –αL =1，此时，由（4）式可解出：00/2/R R I I R I I =- （6） 对于衰减较大的非红外光学材料，可以认为多次反射的光线经材料衰减后光强度接近零，对图1中的反射光线与透射光线都可只取第一项，此时：0R I R I = （7） 20(1)1ln TI R L I α-= （8） 由于空气的折射率为1，求出反射率后，可由（3）式解出材料的折射率：n = （9） 很多红外光学材料的折射率较大，在空气与红外材料的界面会产生严重的反射。
例如硫化锌的折射率为2.2，反射率为14％，锗的折射率为4，反射率为36％。
为了降低表面反射损失，通常在光学元件表面镀上一层或多层增透膜来提高光学元件的透过率。
3、发光二极管红外通信的光源为半导体激光器或发光二极管，本实验采用发光二极管。
发光二极管是由P 型和N 型半导体组成的二极管。
P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。
N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。
当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。
势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。
在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
空间 电荷区 图2 半导体P-N 结示意图当加上与势垒电场方向相反的正向偏压时，结区变窄，在外电场作用下，P 区的空穴和N 区的电子就向对方扩散运动，从而在PN 结附近产生电子与空穴的复合，并以热能或光能的形式释放能量。
采用适当的材料，使复合能量以发射光子的形式释放，就构成发光二极管。
采用不同的材料及材料组分，可以控制发光二极管发射光谱的中心波长。
V I图3 发光二极管的伏安特性 图4 发光二极管输出特性图3，图4分别为发光二极管的伏安特性与输出特性。
从图3可见，发光二极管的伏安特性与一般的二极管类似。
从图4可见，发光二极管输出光功率与驱动电流近似呈线性关系。
这是因为：驱动电流与注入PN 结的电荷数成正比，在复合发光的量子效率一定的情况下，输出光功率与注入电荷数成正比。
发光二极管的发射强度随发射方向而异。
方向的特性如图5，图5的发射强度是以最大值为基准，当方向角度为零度时，其发射强度定义为100％。
当方向角度增大时，其放射强度相对减少，发射强度如由光轴取其方向角度一半时，其值即为峰值的一半，此角度称为方向半值角，此角度越小即代表元件之指向性越灵敏。
一般使用红外线发光二极管均附有透镜，使其指向性更灵敏，而图5（a ）的曲线就是附有透镜的情况，方向半值角大约在± 7°。
另外每一种型号的红外线发光二极管其幅射角度亦有所不同，图5 (b)所示之曲线为另一种型号之元件，方向半值角大约在± 50°。
4、光电二极管（a ）A 型管（加装透镜） （b ）B 型管图5 两种红外发光二极管的角度特性曲线图红外通信接收端由光电二极管完成光电转换。
光电二极管是工作在无偏压或反向偏置状态下的PN结，反向偏压电场方向与势垒电场方向一致，使结区变宽，无光照时只有很小的暗电流。
当PN结受光照射时，价电子吸收光能后挣脱价键的束缚成为自由电子，在结区产生电子－空穴对，在电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流。
红外通信常用PIN型光电二极管作光电转换。
它与普通光电二极管的区别在于在P型和N 型半导体之间夹有一层没有渗入杂质的本征半导体材料，称为I型区。
这样的结构使得结区更宽，结电容更小，可以提高光电二极管的光电转换效率和响应速度。
图6是反向偏置电压下光电二极管的伏安特性。
无光照时的暗电流很小，它是由少数载流子的漂移形成的。
有光照时，在较低反向电压下光电流随反向电压的增加有一定升高，这是因为反向偏压增加使结区变宽，结电场增强，提高了光生载流子的收集效率。
当反向偏压进一步增加时，光生载流子的收集接近极限，光电流趋于饱和，此时，光电流仅取决于入射光功率。
在适当的反向偏置电压下，入射光功率与饱和光电流之间呈较好的线性关系。
图7是光电转换电路，光电二极管接在晶体管基极，集电极电流与基极电流之间有固定的放大关系，基极电流与入射光功率成正比，则流过R的电流与R两端的电压也与光功率成正比。
5、光源的调制对光源的调制可以采用内调制或外调制。
内调制用信号直接控制光源的电流，使光源的发光强度随外加信号变化，内调制易于实现，一般用于中低速传输系统。
外调制时光源输出功率恒定，利用光通过介质时的电光效应，声光效应或磁光效应实现信号对光强的调制，一般用于高速传输系统。
本实验采用内调制。
V+调制信号图8 简单的调制电路图9 调制原理图图8是简单的调制电路。
调制信号耦合到晶体管基极，晶体管作共发射极连接，流过发光二极管的集电极电流由基极电流控制，R1，R2提供直流偏置电流。
图9是调制原理图，由图9可见，由于光源的输出光功率与驱动电流是线性关系，在适当的直流偏置下，随调制信号变化的电流变化由发光二极管转换成了相应的光输出功率变化。
图6 光电二极管的伏安特性V+图7 简单的光电转换电路6、副载波调制由需要传输的信号直接对光源进行调制，称为基带调制。
在某些应用场合，例如有线电视需要在同一根光纤上同时传输多路电视信号，此时可用N 个基带信号对频率为f 1，f 2…f N 的N 个副载波频率进行调制，将已调制的N 个副载波合成一个频分复用信号，驱动发光二极管。
在接收端，由光电二极管还原频分复用信号，再由带通滤波器分离出副载波，解调后得到需要的基带信号。
对副载波的调制可采用调幅，调频等不同方法。
调频具有抗干扰能力强，信号失真小的优点，本实验采用调频法。
图10是副载波调制传输框图。
图10 副载波调制传输框图如果载波的瞬时频率偏移随调制信号m(t)线性变化，即： ()()d f t k m t ω= （10）则称为调频，k f 是调频系数，代表频率调制的灵敏度，单位为2π赫兹/伏。
调频信号可写成下列一般形式：0()cos[()]tf u t A t k m d ωττ=+⎰ （11） 式中ω为载波的角频率，0()]tf k m d ττ⎰为调频信号的瞬时相位偏移。
下面考虑两种特殊情况：假设m(t)为电压为V 的直流信号，则（11）式可以写为：()cos[()]f u t A k V t ω=+ （12）（12）式表明直流信号调制后的载波仍为余弦波，但角频率偏移了f k V 。