液晶的电光特性实验报告含思考题
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第1 页(共９页)课程：___＿__＿近代物理实验＿___＿＿_?实验日期：? 年月日
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月日
姓名__Bｉgger__学号__报告退发:（订正、重做）
同组者__ _＿______?教师审批签字：
实验名称：液晶的电光特性
一、实验目的
1)了解液晶的特性和基本工作原理;
2)掌握一些特性的常用测试方法;
3)了解液晶的应用和局限。
二、实验仪器
激光器,偏振片,液晶屏,光电转换器，光具座等。
三、实验原理
液晶分子的形状如同火柴一样,为棍状，长度在十几埃,直径为4～６埃,液晶
层厚度一般为５-８微米。排列方式和天然胆甾相液晶的主要区别是：扭曲向列
的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而天然胆甾
相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。扭曲向列排列的液晶对入射光会有
一个重要的作用,他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转,类
似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向
夹角。
对于介电各向异性的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时,会发现随着电场的增大,螺距也同时增大,当电场达到某一阈值时,螺距趋于无
穷大,胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。这也称为退螺旋效应。由于液晶分
子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时，其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。如果我们对液晶物质施加电场,就可能改变分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特性发生改变,19６3年有人发现了这种现象。这就是液晶的的电光效应。
为了对液晶施加电场,我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。根据液晶分子的结构特点，假定液晶分子没有固定的电极,但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向,当这个方向以外电场的方向不同时,外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的变化,也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图１中的排列形式。这时，液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消失。通过检偏器,我们可以清晰地观察到偏振态的变化。大多数液晶器件都是这样工作的。
图１液晶分子的扭曲排列变化
若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光,经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转90°，不能通过检偏器;施加电压后,透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图2；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压。最大透光强度的10％所对应的外加电压值称为阈值电压(Ｕth）,标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉），阈值电压小,是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压（Ｕr）,标志了获得最大对
小则易获得良好的显示效果,且降低显示功耗，对比度所需的外加电压数值，U
ｒ
显示寿命有利。对比度D r ＝I maｘ／Iｍｉn,其中Ｉｍａx为最大观察(接收)亮度(照度)，I min为最小亮度。陡度β= U r/ U th即饱和电压与阈值电压之比。
图2 液晶电光效应关系图
液晶对变化的外界电场的响应速度是液晶产品的一个十分重要的参数。一般来说液晶的响应速度是比较低的。可以用上升沿时间和下降沿时间来衡液晶对外界驱动信号的响应速度情况,定义如图3所示。
图３液晶屏响应时间
液晶光开关的视角特性表示对比度与视角的关系。对比度定义为光开关打开和关断时透射光强度之比，对比度大于５时，可以获得满意的图像,对比度小于２,图像就模糊不清了。
图４表示了某种液晶视角特性的理论计算结果。图４中，用与原点的距离表示垂直视角(入射光线方向与液晶屏法线方向的夹角）的大小。
图中３个同心圆分别表示垂直视角为3０，60和9０度。９0度同心圆外面标注的数字表示水平视角(入射光线在液晶屏上的投影与0度方向之间的夹角)的大小。图3中的闭合曲线为不同对比度时的等对比度曲线。
由图4可以看出,液晶的对比度与垂直与水平视角都有关，而且具有非对称性。若我们把具有图４所示视角特性的液晶开关逆时针旋转，以220度方向向下,并由多个显示开关组成液晶显示屏。则该液晶显示屏的左右视角特性对称，在左，
右和俯视3个方向，垂直视角接近６0度时对比度为5，观看效果较好。在仰视方向对比度随着垂直视角的加大迅速降低，观看效果差。
图4 液晶的视角特性
实验光路图：
图5 液晶电光效应实验示意图
四、实验内容与要求
1、液晶电光特性测量
1)将激光器、液晶屏及光电池插入机箱对应插孔内，打开机箱电源。
2)取掉液晶屏，调节激光器高度使激光器光斑入射到光电池入射孔内。
3)调节激光通过起偏器后进入光电转换器后的光电流尽可能大;再插入检偏器,旋转检偏器使激光光斑变到最暗状态,此时两偏振片振动方向角度差应为90°,将液晶屏重新放入对应插孔,可以发现此时光电流增加。
4)调节频率旋钮，逆时针旋转到最小,此时频率为最大值,入射到激光器的光斑无闪烁现象,幅值电压表头及光电流表头数字稳定。
5)顺时针旋转幅值旋钮,缓缓增大输出方波信号的幅值,观察光电流表的数据，记录下幅值对应光电流值，填入表格1,并绘制幅值与光电流关系图及透过率与幅值关系图(透过率在幅值为０时为100%）,求出关断电压及阈值电压。(注意调节幅值过程中,０～２V每次调节0.2V，2Ｖ～5Ｖ每次调节０.1V)
表１
根据幅值和光电流值作图，从图形找到90%透过率时驱动电压幅值(阈值电压)和10%透过率时驱动电压幅值(关断电压）。
2、液晶屏视角特性测量
1)重复实验一1、2、３、4实验部分。
2)调节幅值电压０V，旋转液晶屏±80°,每隔20°测量一次
3)调节幅值电压为２V,重复上面测量过程。
五、实验数据记录与处理
1、液晶电光特性测量
1)数据记录表格:
2)液晶电光效应关系图：
通过图像可知,90％透过率时驱动电压幅值（阈值电压）为:2.1９V; 10%透过率时驱动电压幅值(关断电压）为:3.04Ｖ。
2、液晶屏视角特性测量
1)数据记录表格：
-60 ０.234 0．216 -４００.237 0.２２3 -20 0.225 0.２15
０0．２１
5
0.2０9
20 0.２16 0.215 40 ０．224 0.2１９
60 ０.2１
９
０.218
80 ０.1６8 0.122
2)图像表示：
六、思考题
1)详细叙述饱和电压与阈值电压的物理意义及作用：
阈值电压(Ｔhｒｅshold voltａge):通常将传输特性曲线中输出电压随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压.在描述不同的器件时具有不同的参数。最大透光强度的１０%所对应的外加电压值称为阈值电压（U tｈ)，标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉）,阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的９０%对应的外加电压值称为饱
和电压(Ｕr)，标志了３获得最大对比度所需的外加电压数值,Uｒ小则易获得良好的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利。液晶的电光特性曲线越陡,即阈值电压与饱和电压的差值越小，由液晶开关单元构成的显示器件允许的驱动路数就越多。
2)液晶屏视角特性测量有何意义:
液晶屏视角特性测量意义在于探索假定液晶分子没有固定的电极。但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向,当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。
3)查找相关资料,了解液晶的特性及分类，以及其他材料在作为显示器件中的
应用情况和各自的优缺点：
液晶平面显示器的技术发展趋于成熟阶段，而且其应用面也随着信息、通讯和网络技术的进步而被大量地运用,例如笔记本电脑、移动电话、个人助理机和携带式消费性产品等。较难实现之广视野角、高画质化和高速化等问题，均因新的材料、新的组合设计和新的驱动方式之发展，而实现了轻薄短小和替代性映像管监视器和电视的功能。
液晶材料 (Liquid Cryｓtａl）在液晶平面显示器的组成结构上所担任的角色是相当地重要，虽然其种类有数万种，但真正使用的也仅有数十多种。液晶状态被喻为是自然界中物质的第四状态,而有别于固态、液态和气态的物质三大状态，液晶分子是一种具有光学异方向性和流动性之结晶性液体，是一种机能性材料。液晶依其分子排列方式，分为向列型(Nematｉc)、距列型(Sｍeｃtｉc）、胆固醇型(Ｃholesteｒiｃ)、圆盘型(Ｄｉsotic)＊若依对外在因素的影响,有溶致型的(Ｌｙｏtｒoｐｉc)、热致型(Theｒmoｔrｏｐic);若依分子量来分,有低分子型和高分子型；若依温度的因素，有互变转换型（Ｅｎantiｏｔｒoｐiｃ）、单变转换型（Moｎotropic)；在高分子的液晶有主链型和侧链型。液晶的发现最早是在１9世纪,经由多年的研究才成功的开发出液晶平面显示器的应用。
向列型液晶显示法的机制有利用动态散射模式的显示法、分子轴旋转模式的显示法、扭曲构造模式的显示法、主体和客体效应模式的显示法和热汪学效应的
显示法等。其中以动态散射模式的显示法为主流,应用的领域有输入表示装置、非破坏检查和超音波等。当加大电压时，则程现安定循环流的条纹模样,此一条纹模样,此一条纹模样在数伏特的电压范围内程现静止安定状态,在更高电压时，安定循环流变成乱流而使区块开始激烈的摇动,其静止状态称为韦廉斯区块（Wｉlliamｓ Doｍaｉn),而摇动状态称之为动态散射效应。
近年来液晶材料的新用途，也发展到摩擦、摩耗和润滑材料等方面应用,液晶材料的一项有趣的物理性质－电粘性效应(Ｅleｃtrorheｏlogiｃaｌeｆf ｅｃt，ＥR),乃是在外加电场的作用下,而其粘度值产生变化,具有此一特性的物质称之为电粘性流体。液晶的分子结构是多样化的棒状或碟盘状之构造体，而且也不断有新的功能性液晶材料分子被合成。例如复数的非液晶性的分子因氢结合之聚合效应，而产生有液晶特性的所谓氢结合型液晶，同时不同性质的金属错合物液晶分子结构的新物值质也被期待开发出来。
七、实验误差
液晶受环境影响较大，温度湿度以及外界光照条件均有可能对液晶光电效应测量产生影响；
在旋转液晶屏的时候，是靠人眼进行读数的，这一过程中可能因为视角问题以及人为因素产生误差；
实验中发现旋转液晶屏，在对称的位置上其光电流并不相等，可能存在光具座不够水平，高度不严格统一等问题引起的误差。
八、总结
本次“液晶电光效应”实验中我们真正接触到了生活中常见的液晶屏,以及进一步研究了液晶屏的一些性质,研究了液晶光开关的电光特性，了解了阀值电压和关断电压的概念，对液晶品质的优劣有了一定的认识。
同时还通过对液晶光开关水平视角特性和垂直视角特性进行了测量，让我们通过对不同角度液晶屏对比度的分析,从原理上了解了液晶屏的最佳观看角度所蕴含的科学道理。
光电效应实验报告
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时00 分第3周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩： 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律； 2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A，在回路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W，电子就会从金属中溢出。按照能量守恒原理有
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理111 班级编号：S008实验时间：13 时00分第03周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩：此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，v为入射光频。v存在截止频率，是的 吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电流。不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 （1）伏安特性曲线 当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。 （2）遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。
光电器件测试
光电器件性能测试与应用 一、实验目的： 1．了解光敏二极管、三极管的结构及工作原理。 2．掌握常用光敏器件的性能和极限参数。 3．体验光敏器件的具体应用。 二、光敏器件的工作原理 2．1 光敏二极管是一种光伏效应器件。由于势垒区内建电场的作用。PN 结、肖特基结（即金属半导体结）等在受光照时会产生一个光生电动势，这就是光伏效应。以光伏效应为工作机理的器件通称为光伏效应器件。因此，光敏二极管、光敏三极管及均效应光敏管，光激可控硅等特种光敏器件，都属于光伏效应器件。 在光照下，若入射光子的能量大于禁带宽度，则PN 结内会产生光生电子空穴对，这些光生载流子存在了一段长短不同的时间后，又会因复合而消失。如图2-1所示，势垒区两边 产生的载流子中总有一部分能在复合前扩散到 势垒区的边界，基中少子受势垒区电场的吸引被扫向对面区域，多子则受势垒区电场的排斥而留在本区。势垒区内产生的光生电子和光生空穴一经产生使受到电场的作用。分别被扫向N 区和P 区，这样，就产生出由势垒区中产生的电子空穴对及势垒区两边能运动到势垒区的少子所构成的光电流I L ，它的方向是由N 区经势垒区流向P 区，即与光照对PN 结的反向饱和电流方向相同，因此，若I L 仅表示光电流的数值，则这个光电流应写为﹣I L ，以保持PN 结电流的习惯方向。 当PN 结短路时，这个光电流将全部流过 短接回路，即从势垒区和P 区流入N 区的光生电子将通过短接回路全部流到P 区电极处，与P 区流出的光生空穴复合，因此，短路时外接回路中的电流是I L ，方向由P 端（“端”指外端电极处，下同）流向N 端，即I =﹣I L ，这时，PN 结中的载流子浓度维持平衡值，势垒高度亦无变化。 当PN 结开路或接有负载时，势垒区电场收集的光生载流子便不能或不能全部流出，P 区和N 区就分别出现光生空穴和光生电子的积累，它使P 区电位升高，N 区电位降低，造成 了一个光生电动势，这电动势使势垒高度下降，相当于加在PN 结上的正向偏压，只不过这是光照造成的而不是用电源馈送的，故称为光生电压。它使P 区光生空穴和N 区光生电子分别向N 区和P 区回注，并分别在N 区与P 区与电子和空穴复合，形成了由P 区以势垒区指向N 区的正向注入电流I J ，若PN 结开路，则流过势垒区的总电流应为零，I J 有最大值，即 max max ()0,J L J L I I I I +?==
光电实验报告.
长春理工大学 光电信息综合实验—实验总结 姓名：赵儒桐 学号：S1******* 指导教师：王彩霞 专业：信息与通信工程 学院：电子信息工程 2016年5月20号
实验一：光电基础知识实验 1、实验目的 通过实验使学生对光源，光源分光原理，光的不同波长等基本概念有具体认识。 2、实验原理 本实验我们分别用了普通光源和激光光源两种。普通光源光谱为连续光谱，激光光源是半导体激光器。在实验中我们利用分光三棱镜可以得到红橙黄绿青蓝紫等多种波长的光辐射。激光光源发射出来的是波长为630纳米的红色光。 3、实验分析 为了找到光谱需要调节棱镜，不同的面对准光源找出光谱，棱镜的不同面对准光源产生的光谱清晰度不同，想要清晰的光谱就需要通过调节棱镜获得。 实验二：光敏电阻实验 1、实验目的 了解光敏电阻的光照特性，光谱特性和伏安特性等基本特性。2、实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键和状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照越强，器件自身的电阻越小。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强，波长和外加电压有关。 3、实验结果
当光敏电阻的工作电压（Vcc ）为+5V 时，通过实验我们看出来改变光照度的值，光源的电流值是发生变化的。光照度增加电流值也是增加的。测得实验数据如表2-1： 表2-1 光敏电阻光照特性实验数据 得到的光敏电阻光照特性实验曲线： 图2.1 光敏电阻光照特性实验曲线 表2-2 光敏电阻伏安特性实验数据
通过实验我们看出光敏电阻的光电流值随外加电压的增大而增大，在光照强度增大的情况下流过光敏电阻的电流值也是增大的，得到数据如表2-2。 得到的伏安特性如下： 图2.2 光敏电阻伏安特性曲线 由光敏电阻的光谱特性可知光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，测量对应各种颜色的光透过狭缝时的电流值，得到数据如下表： 得到的光谱特性曲线如图：
光电效应和普朗克常量的测定-实验报告
光电效应和普朗克常量的测定 创建人：系统管理员总分：100 实验目的 了解光电效应的基本规律，学会用光电效应法测普朗克常量；测定并画出光电管的光电特性曲线。 实验仪器 水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪。 实验原理 光电效应： 当光照射在物体上时，光子的能量一部分以热的形式被物体吸收，另一部分则转换为物体中一些电子的能量，是部分电子逃逸出物体表面。这种现象称为光电效应。爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖。在光电效应现象中，光展示其粒子性。 光电效应装置： S为真空光电管。内有电极板，A、K极板分别为阳极和阴极。G为检流计（或灵敏电流表）。无光照时，光电管内部断路，G中没有电流通过。U为电压表，测量光电管端电压。 由于光电管相当于阻值很大的“电阻”，与其相比之下检流计的内阻基本忽略。故检流计采用“内接法”。 用一波长较短（光子能量较大）的单色光束照射阴极板，会逸出光电子。在电源产生的加速电场作用下向A级定向移动，形成光电流。显然，如按照图中连接方式，U越大时，光电流
I 势必越大。于是，我们可以作出光电管的伏安特性曲线，U=I 曲线关系大致如下图： 随着U 的增大，I 逐渐增加到饱和电流值IH 。 另一方面，随着U 的反向增大，当增大到一个遏制电位差Ua 时，I 恰好为零。此时电子的动能在到达A 板时恰好耗尽。 光电子在从阴极逸出时具有初动能2 2 1mv ，当U=Ua 时，此初动能恰好等于其克服电场力所做的功。即： ||2 12 a U e mv = 根据爱因斯坦的假设，每粒光子有能量hv =ε。式中h 为普朗克常量，v 为入射光波频率。 物体表面的电子吸收了这个能量后，一部分消耗在克服物体固有的逸出功A 上，另一部分则转化为电子的动能，让其能够离开物体表面，成为光电子。 于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程：A m hv += 2 v 2 1 由此可知，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与光强度无关。（光强度只对单位时间内逸出物体表面的光电子的个数产生影响） 光电效应的光电阈值： 红限：当入射光频率v 低于某一值0v 时，无论用多强的光照都不会发生光电效应。由光电效应方程易得这个频率h A v /0=，称为红限。 测量普朗克常量的方法： 用光波频率为的单色光照射阴极板，测量其遏制电位差Ua 。 于是有： A U e hv a +=|| 所以： e A v -= e h |U |a 这表明了截止电压|U |a 和光波频率v 成正比。 实验中获得单色光的方法： 使用水银灯发出稳定白光作为光源，再使用不同颜色的滤光片罩在光电管的入光口以得到相应颜色的单色光，还可以使用不同透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以得到不同强度的
光电探测器特性测试实验
光电探测器特性测试实验 光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。 1、光敏电阻 光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。 光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100MΩ，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1kΩ以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。 频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。
光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS 2、 光敏二极管 光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN 结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为 s kT qV s s D I e I I I I --=-=)1(0 式中I 中是流过探测器总电流，I so 二极管反向饱和电流，I s 是光照时的光电流，q 是电子电荷，V 是探测器两端电压，k 为玻耳兹曼常数，T 器件绝对温度。 当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。光照时导通，光不照时，处于截止状态，并且光电流和照度成线性关系。 光照特性：输出的饱和光电流与光照度之间的关系。 光谱特性：取决于所采用材料的禁带宽度，同事也与结构工艺有着密切的关系。 频率特性：由光生载流子的渡越时间和L R j C 的乘积决定。 伏安特性：在零偏压下，光电二极管仍有光电流，这是光生伏特效应所产生的短路电流。 3、 光敏三极管 在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge 或Si 单晶体制造NPN 或PNP 型光敏三极管。 光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的I φ控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E 、C 两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。
光电实验报告
长春理工大学 光电信息综合实验一实验总结 姓名：__________ 学号：S1******* 指导教师：__________ 专业：信息与通信工程 学院：电子信息工程 2016年5月20号
实验一：光电基础知识实验 1、实验目的 通过实验使学生对光源，光源分光原理，光的不同波长等基本概念有具体认识。 2、实验原理 本实验我们分别用了普通光源和激光光源两种。普通光源光谱为连续光谱，激光光源是半导体激光器。在实验中我们利用分光三棱镜可以得到红橙黄绿青蓝紫等多种波长的光辐射。激光光源发射出来的是波长为630纳米的红色光。 3、实验分析 为了找到光谱需要调节棱镜，不同的面对准光源找出光谱，棱镜的不同面对准光源产生的光谱清晰度不同，想要清晰的光谱就需要通过调节棱镜获得。 实验二：光敏电阻实验 1、实验目的 了解光敏电阻的光照特性，光谱特性和伏安特性等基本特性。 2、实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键和状态过渡到自由状态，弓I起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照越强，器件自身的电阻越小。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强，波长和外加电压有关。 3、实验结果
当光敏电阻的工作电压（Vcc）为+5V时，通过实验我们看出来改变光照度的值，光源的电流值是发生变化的。光照度增加电流值也是增加的。测得实验数据如表2-1 : 表光敏电阻光照特性实验数据 得到的光敏电阻光照特性实验曲线: 光敏电阻伏安特性实验数据 型号：G5528 电压 （U） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 照度 （Lx） 50 电流 （mA 0 0.05 0 .11 0. 17 0.2 4 0.29 0.35 0 .42 0. 48 0.5 4 0.6 100 电流 （mA 0 0.09 0 .19 0.： 28 0.3 8 0.48 0.58 0 .67 0. 77 0.8 7 0.95 150 电流 （mA 0 0.12 0 .24 0.： 37 0.4 9 0.62 0.74 0 |.87 0. 98 1.1 2 1.19 表2-2光敏电阻伏安特性实验数据 光敏电阻光照 特 光照度 （Lx） 20 40 60 80 电流mA 0.37 0.52 0.68 0.78 寺性实验数据 100 120 140 160 180 0.88 1.00 1.07 1.18 1.24
光电效应实验报告书
光电效应测普朗克常量 姓名：梁智健 学院：材料成型及控制工程166班 学号：5901216163 台号：22 时间：2017-10-16 实验教室：309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普
适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后，一部分消耗与电子的逸出功W ，另一部分转换为电子的动能212 m v ?，即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管， K 是光电管阴极，A 为光电管阳 极，G 为微电流计，V 为电压表， E 为电源，R 为滑线变阻器，调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ，回路中有不同的电流I 与之对 应，则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 （1）饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大，电流I 越大，当AK U 增加到一定值后，电流达到最大值H I ，H I 称为饱和电流，而且H I 的大小只与光强成正比。 （2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示，电源E 反向连接，即当加速电压AK U 变为负值时，电流I 会迅速较少，当加速电压AK U 负到一定值Ua 时，电流0I =，这个电压Ua 叫做遏制电压，4所示。 212 a mv e U =?(2)
光电二三极管特性测试实验报告
光敏二极管特性测试实验 一、实验目的 1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法； 2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管光电流测试实验 3、光电二极管伏安特性测试实验 4、光电二极管光电特性测试实验 5、光电二极管时间特性测试实验 6、光电二极管光谱特性测试实验 7、光电三极管光电流测试实验 8、光电三极管伏安特性测试实验 9、光电三极管光电特性测试实验 10、光电三极管时间特性测试实验 11、光电三极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二三极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述
随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。 光敏三极管与光敏二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。 2、光电二三极管的工作原理 光生伏特效应：光生伏特效应是一种内光电效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照射这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。这种现象是最重要的一类光生伏特效应。均匀半导体体内没有内建电场，当光照射时，因眼光生载流子浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动，且电子和空穴的迁移率不相等，使两种载流
光电阴极实验报告..
光电阴极实验报告 院系：电子工程与光电技术学院 专业：真空电子技术 班级： 09046201 姓名：李子龙（0904620114） 唐少拓（0904620119） 张伦（0904620124） 完成时间： 2013.1.10 指导老师：张俊举
实验一 光电阴极光谱响应测试 1. 实验目的 通过本实验，了解光电阴极工作原理，掌握相关实验器件的使用方式，学会测试光电阴极的光谱响应 实验原理 光电阴极的光谱响应，或者光谱响应特性，是阴极的光谱灵敏度随入射光谱的分布。具体来说，若照射到阴极面上的单色入射光的辐射功率为()λW ，阴极产生的光电流为()λI ，则阴极的光谱灵敏度为 将阴极对应入射光谱中每一单色光的光谱灵敏度连成一条曲线，便得到了光谱响应曲线。 本实验采用图2所示的实验装置，实验基本框图如图1。用单色仪对光源辐射进行分光，用光电阴极测量单色光，得到输出电流()λI ，根据表标定的光功率用公式) () ()(λλλW I S = 计算后得到光电阴极的光谱响应度，最后画出光谱响应曲线。 图1 光电阴极光谱响应度测试装置 2. 实验仪器简介 1. 由光源（氙灯、氘灯和溴钨灯） 2. 电源 3. 光栅单色仪 4. 光电流计 5. 工控机等组成
实验器件及其相关： a)光源 在进行光谱响应测试时，首先要选取合适的辐射源。本测试辐射源选用GY-9型氢氘灯（GY-10高压球形氙灯）和GY-1型溴钨灯，以获得相应范围的单色光，通过组合使用，能够在200～1600nm范围内有合适的光功率。实物如图3.1所示： 图2 测试所需光源及其电源外形图 氘灯/氙灯用来产生近紫外光谱，溴钨灯则产生可见及近红外范围内的光谱，测试时，根据测试要求选用其中的一种或几种。 b)光栅单色仪 光栅单色仪的作用是将复色光色散，从而得到光谱范围内的单色光，其突出的优点是波段范围宽广，在全波段色散均匀，单色光的波长可以达到非常精确的程度。本测试实验所采用的是北京赛凡光电公司的71SW301型光栅单色仪。实物如图3所示：
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。
大物实验报告 光电效应
试验名称:光电效应法测普朗克常量h 实验目的:是了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的 光电特性曲线。 实验原理 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 22 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。
3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验内容 通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。 1． 在577.0nm 、546.1nm 、435.8nm 、404.7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h 。 本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等. j i j i v v U U e h --= )(,求斜率,得到普朗克常量h. 入射光波长λ/nm 365nm
光电探测器特性测量实验报告
实验1 光电探测器光谱响应特性实验 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。 实验内容 1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线； 2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 实验原理 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 ()v R λ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 () ()() v V R P λλλ= (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 () ()() i I R P λλλ= (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，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，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的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()f R λ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）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，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()f V λ。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有 ()()f f f V P R K λλ= (1-3) 这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘织，即总的放大倍数。在本实验中=100300f K ?，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，=900/f R V W 。 然后在相同的光功率()P λ下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()b V λ，从而得到光电二极管的光谱相应度 ()() ()()()b b f f f V K V R P V R K λλλλλ= = (1-4) 式中b K 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里=150300b K ?。 实验仪器 单色仪、热释电探测器组件、光电二极管探测器组件、选频放大器、光源。
光电管特性研究
光电管特性的研究 光电效应是指在光的作用下，从物体表面释放电子的现象，所逸出的电子称为光电子。这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的。在光电效应中，光不仅在被吸收或发射时以能量h 的微粒出现，而且以微粒形式在空间传播，充分显示了光的粒子性。 1905年爱因斯坦引入光量子理论，给出了光电效应方程，成功地解释了光电效应的全部实验规律。1916年密立根用光电效应实验验证了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常量。爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别获得1921年和1923年诺贝尔物理学奖。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，例如利用光电效应制成的光电管、光电倍增管等光电转换其间，把光学量转换成电学量来测量。光电元件已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的元件。 一、教学目的 1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。 2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系。 3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。 二、教学要求 1、实验三小时完成。 2、观察光电管结构和光电效应现象，理解光的量子性。 3、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系。 4、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。 5、用所学过的知识解释本次实验所测得的曲线，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。 三、教学重点和难点 1、重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握光电效应迈的实验原理。
2、难点：最小二乘法处理数据。 四、讲授内容（约20分钟） 采用讲授、讨论、演示相结合的教学方法。 1、光电效应的实验原理。 2、与学生们共同探讨光电效应在现代生产生活中的应用。 (1)光电管 利用饱和电流与照射光强的线性关系，实现光信号和电信号之间的转换。如：光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等。 (2)光电倍增管 光电倍增管可使光电阴极发出的光电子增至48 10~10倍，在探测弱光方面得到广泛的应用。 （3）光电成像器件 光电导摄像管等，可以将辐射图像转换成或增强为可观察、记录、传输、存储和进行处理的图像，广泛地应用于天文学、空间科学、电视等领域。 3、光电管的伏安特性曲线的特点和光电特性的特点，留给学生思考如何用所学知识解释这些特点，并在实验报告中回答。 4、结合仪器演示实验的主要步骤。 （1）测光电管的伏安特性曲线 ⑴按教材图5.12－4接好线路，使光电管阳极为高电势，检查正负极插线无误后，打开光电效应仪的电源开关，并预热10分钟。 ⑵选取合适的小灯电流值。测量前先测出小灯泡与光电管阴极间的初始间 r，并记录。 距0 ⑶研究光电管正向伏安特性。由于光电管的伏安特性为非线性曲线，因此，在非线性区域，测试点应多一些。 ⑷测临界截止电压。将光电管接线的极性对调，即在光电管两极加上反向电压，使光电管阳极为负电势，慢慢增大反向电压，记下使光电流刚好为零的电压值，即为临界截止电压。 ⑸研究光电管在不同光强照射下的伏安特性，采用两种方法。
光伏探测器光电特性实验讲义
光伏探测器光电特性实验 光电二极管与光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件，短路电流与入射光强成正比是其一个突出优点，在精确测量光强时常用作光探测器。光敏电阻是基于光电导效应原理工作的半导体光电器件，灵敏度高，体积小，重量轻，常用于自动化技术中的光控电路。 【实验目的】 1. 观测光电二极管的光电特性； 2. 观测光电池的光电特性。 【仪器仪器】 光电二极管，光电池，直流电源，小灯泡（6V ，0.15A ），数字万用电表两块（其中一块表有直流电流200A μ量程），电阻箱，实验暗箱等。如图1所示。 图1 光伏探测器光电特性实验仪实验装置 技术指标 1．直流电源 0-4V 连续可调，显示分辨率0.01V ； 2．电阻箱 0-99999.9Ω可调，分辨率0.1Ω； 3．数字万用表 电流测量分辨率0.01A μ（20A μ档）； 4．光敏电阻 暗电阻大于4M Ω； 5．小灯泡 额定电压6.3V ，额定电流0.1A 。 6. 传感器移动范围 约17cm
【实验原理】 1. 光伏效应 当光照射在pn 结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向n 区和p 区集结，使pn 结两端产生 电动势。这一现象称为光伏效应，如图2所示。利用半导体pn 结光伏效应可制成光伏探测器，常用的光伏探测器有光电池、光电二极管、光电三极管等。 光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件。不需要加偏压就可以把光能转化为电能。光电池的用途，一是用作 探测器；二是作为太阳能电池，将太阳能转化为电能。光电池的结构示意图及应用电路如图3所示。 光电池的光照特性主要有伏安特性、入射光强-电流（电压）特性和入射光功率-负载特性。 2. 光照下的pn 结特性 光照下pn 结的伏安特性曲线如图4所示。无光照时，pn 结的伏安特性曲线和普通二极管的一样。有光照时，pn 结吸收光能，产生反向光电流，光照越强，光电流越大。 光伏器件用作探测器时，需要加反偏压或是不加偏压。不加偏压时，光伏器件工作在图4的第四象限，称为光伏 图2 pn 结光伏效应原理图 （b ） （a ） 图3 光电池的结构示意图（a ）及基本应用电路（b ） 图4 光伏探测器的伏安特性曲线
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 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：
光电效应 物理实验报告
光电效应 实验目得： (1)了解光电效应得规律，加深对光得量子性得理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生 得光电子在电场得作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加 电压V AK，测量出光电流I得大小，即可得出光电管得伏安特 性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图 中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为 0，这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱与，饱与 光电流IM得大小与入射光得强度成正比。 3）对于不同频率得光来说，其截止频率得数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率得关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光得频率 低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射 时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应就是瞬时效应。即使 光电流 得发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过得时间之多为10-9s得数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm得光阑及365nm得滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值得变化，寻找电流为零时对应得V AK值，以其绝对值作为该波长对应得值，测量数据如下： 波长/nm 365 404、7 435、8 546、1 577 频率8、214 7、408 6、897 5、49 5、196
/ 截止电压/V 1、679 1、335 1、107 0、557 0、434 频率与截止电压得变化关系如图所示： 由图可知：直线得方程就是:y=0、4098x-1、6988 所以: h/e=0、4098×, 当y=0，即时，，即该金属得截 止频率为。也就就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大 也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=0、40975，与EXCEL给出得直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差： 2 测量光电管得伏安特性曲线 1）用435、8nm得滤色片与4mm得光阑 实验数据如下表所示： 435、8nm 4mm光阑 I-V AK得关系 V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 0、040 1、9 0、858 4、2 2、300 9、3 6、600 19、5 12、000 27、3 22、000 35、8 0、089 2、1 0、935 4、4 2、500 10 6、800 19、9 12、500 27、7 22、700 36、2 0、151 2、3 1、096 4、9 2、700 10、6 7、200 20、5 13、000 28、3 24、100 37 0、211 2、4 1、208 5、3 2、900 11、1 7、800 21、5 14、200 29、4 25、700 37、9 0、340 2、7 1、325 5、6 3、200 12 8、700 23 15、000 30、1 26、800 38、3 0、395 2、9 1、468 6、1 3、800 13、9 9、100 23、6 16、100 31、1 27、500 38、7 0、470 3、1 1、637 6、7 4、200 14、8 9、800 24、6 16、600 31、6 29、500 39、5
实验五-光无源器件特性测试实验(精)
常用光纤器件特性测试实验 实验五光无源器件特性测试实验 一、实验目的 1、了解光无源器件, Y 型分路器以及波分复用器的工作原理及其结构 2、掌握它们的正确使用方法 3、掌握它们主要特性参数的测试方法 二、实验内容 1、测量 Y 型分路器的插入损耗 2、测量 Y 型分路器的附加损耗 3、测量波分复用器的光串扰 三、预备知识 1、光无源器件的种类,有哪些?重点学习几个特性。 四、实验仪器 1、 ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、 FC 接口光功率计 1台 3、万用表 1台 4、 FC-FC 法兰盘 1个 5、 Y 型分路器 1个 6、波分复用器 2个 7、连接导线 20根 五、实验原理
光通信系统的构成, 除需要光源器件和光检测器件之外, 还需要一些不用电源的光通路元、部件,我们把它们统称为无源器件。它们是光纤传输系统的重要组成部分。 光无源器件包括光纤活动连接器 (平面对接 FC 型、直接接触 PC 型、矩形SC 型、光衰减器、光波分复用器、光波分去复用器、光方向耦合器(例如:Y 型分路器、星型耦合器、光隔离器、光开关、光调制器…… 本实验重点介绍 Y 型分路器和光波分复用器,下一实验重点讲光纤活动连接器。 在应用这些无源器件时必须考虑无源器件的各项指标,如 Y 型分路器 (1分 2的光耦合器的插入损耗, 分光比, 波分复用器的光串扰等。下面对 Y 型分路器插入损耗及附加损耗及其分光比、波分复用器的光串扰分别进行测试。 Y 型分路器的技术指标一般有插入损耗(Insertion Loss 、附加损耗(Excess Loss 、分光比和方向性、均匀性等, 在实验中主要测试 Y 型分路器的插入损耗, 附加损耗及分光比。 就 Y 型分路器而言, 插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。插入损耗计算公式为 5-1式。 lg(10. IN outi P P Li I -= (5-1 其中, I.Li 为第 i 个输出端口的插入损耗, P outi 是第 i 个输出端口测到的光功率值, P IN 是输入端的光功率值。 Y 型分路器的附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。附加损耗计算公式为 9-2式。