光电技术实验
光电技术实验-线阵CCD原理及应用实验指导书
SH 脉冲周期，0 对应最小周期，5 对应最大周期。 2）调整时钟脉冲频率和复位脉冲频率，按“驱动频率”，DS2 轮番显示 0、1、2、3，对应
不同的时钟频率，0 对应最大频率，3 对应最小频率。 为保证 SH 脉冲的周期等于或稍大于 2160/2 个φ1、φ2 脉冲周期，调整时钟脉冲频率时，
RS 脉冲为复位脉冲，其频率为φ1、φ2 脉冲频率的两倍。 以上四个脉冲除频率要满足以上要求外，脉冲波形也有一定要求，尤其是 SH、φ1、φ2 脉冲之间的关系，当 SH 为高电平时，φ1 必须同时为高电平，且φ1 必须比 SH 提前上升，当 SH 为低电平时，φ1 必须同时为低电平，且φ1 必须比 SH 迟后下降。如图 1-3 所示：
2、驱动时序和相位的测量
（1） 用 CH1 探头测试转移脉冲 SH，用 CH1 做触发信号，调节扫描速度和同步使之同步， 使 SH 脉冲至少出现一个周期。 （2） 用 CH2 探头测试Φ1，调节示波器扫描速度展开 SH，观察Φ1 和 SH 的时序和相位是否符 合要求。 （3） 用 CH1 探头测试Φ1，用 CH2 分别测试Φ2、RS，，观察时序和相位是否符合要求。
SH 脉冲的周期随之变化，而调整 SH 脉冲的周期时，时钟脉冲周期不变。 信号处理电路：提供对 CCD 输出信号进行二值化处理的硬件电路，W1 电位器可调整阈值
电平。 LED 恒流驱动电路：提供对 LED 面光源的恒流驱动。 测试区：为转移脉冲 SH、时钟脉冲φ1、φ2、复位脉冲 RS、CCD 输出 U0、二值化处理后信
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线阵 CCD 原理及应用实验指导书
实验（一） CCD 驱动测试实验
光电技术实践心得体会
一、前言光电技术作为现代科技领域的重要组成部分，广泛应用于通信、医疗、工业、军事等领域。
随着我国科技的飞速发展，光电技术在我国也得到了广泛的应用。
在参加光电技术实践的过程中，我深刻体会到了光电技术的魅力和重要性，以下是我对光电技术实践的一些心得体会。
二、实践过程1. 学习光电基础知识在实践之前，我首先对光电基础知识进行了系统的学习。
通过查阅资料、听讲座、参加培训等方式，了解了光电技术的基本原理、应用领域和发展趋势。
这为我后续的实践奠定了坚实的理论基础。
2. 实验室实践在实验室实践环节，我参与了多个光电实验项目，包括光电探测器、光纤通信、激光技术等。
通过实验，我掌握了以下技能：（1）光电探测器实验：了解了光电探测器的工作原理，掌握了光电二极管、光电三极管等器件的性能和应用。
（2）光纤通信实验：学习了光纤通信的基本原理，掌握了光纤、光缆、光发射器、光接收器等设备的使用方法。
（3）激光技术实验：了解了激光的产生、传播、应用等基本知识，掌握了激光器、激光加工、激光通信等技术的操作。
3. 项目实践在项目实践环节，我参与了一个光纤通信系统的设计与实现项目。
通过项目实践，我学会了以下技能：（1）需求分析：根据项目需求，分析光纤通信系统的性能指标、设备选型等。
（2）系统设计：根据需求分析，设计光纤通信系统的拓扑结构、设备配置等。
（3）系统实现：根据设计方案，进行设备选型、安装、调试等工作。
（4）系统测试：对光纤通信系统进行性能测试，确保系统满足设计要求。
三、心得体会1. 光电技术的重要性光电技术在现代社会中具有举足轻重的地位。
随着科技的不断发展，光电技术在我国的应用领域越来越广泛。
从通信、医疗到工业、军事，光电技术都发挥着至关重要的作用。
通过实践，我深刻认识到了光电技术的重要性。
2. 光电技术的创新性光电技术具有很高的创新性。
在实践过程中，我接触到了许多前沿的光电技术，如光纤激光、太赫兹成像等。
这些技术不仅提高了光电设备的性能，还拓展了光电技术的应用领域。
光电技术实验
光电技术实验实验报告目录一、光源与光辐射度参数的测量（必做） (3)二、PWM调光控实验 (5)三、LED色温控制实验 (8)四、光敏电阻伏安特性实验 (11)五、线阵CCD驱动电路及特性测试（必做） (13)六、相关器的研究及其主要参数的测量（必做） (15)七、多点信号平均器（必做） (19)八、考试内容 (23)实验一 光源与光度辐射度参数的测量一、实验目的1.熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法2.了解LED 发光二极管3.研究影响LED 光照度的参数二、实验仪器光电综合实验平台主机系统 1 台、发白光的 LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各 1 个三、实验原理(1)LED 发光原理：LED 发光二极管为 PN 结在正向偏置下发光的特性。
有些材料构成的 PN 结在正向电场的作用下，电子与空穴在扩散过程中要产生复合。
复合过程中电子从高能级的“导带”跌落至低能级的“价带”， 电子在跌落过程中若以辐射的形式释放出多余的能量，则将产生发光或发辐射的现象。
并且，可以通过控制电流来控制（或调整）发光二极管的亮度，即可以通过改变发光管的电流改变投射到探测器表面上的照度，这就是 LED 光源具有的易调整性。
(2)光度参数与辐射度参数：光源发出的光或物体反射光的能量计算通常是用“通量”、“强度”、“出射度”和“亮度”等参数，而对于探测器而言，常用“照度”参数。
辐照度或光照度均为单位探测器表面所接收的辐射通量或光通量。
即)/(2m W SeEe φ=或 )(lx SvEv φ=式中S 为探测器面积。
(3)点光源照度与发光强度的关系：各向同性的点光源发出的光所产生的照度与发光强度 I v 成正比，与方向角的余弦（COS φ）成正比，与距离光源的距离平方(l^2)成反比，即)(cos 2lx lIv Ev φ=四、实验内容(1)安装LED 发光装置与照度探测器装置，并在电路中接入电流表、限流电阻和可调电阻测量发光LED 的电流。
光电测量技术实验报告
一、实验目的1. 了解光电测量技术的基本原理和实验方法；2. 掌握光电传感器的工作原理和应用；3. 通过实验验证光电测量技术的实际应用效果。
二、实验原理光电测量技术是利用光电效应将光信号转换为电信号，通过测量电信号的大小来反映光信号的强度、位置、频率等物理量。
本实验采用光电传感器作为测量工具，通过实验验证光电测量技术的实际应用效果。
三、实验器材1. 光电传感器；2. 光源；3. 信号发生器；4. 电压表；5. 数据采集器；6. 实验台。
四、实验步骤1. 将光电传感器固定在实验台上，确保传感器与光源的位置和距离符合实验要求；2. 打开信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 将光电传感器输出端连接到数据采集器，数据采集器连接到电脑；4. 打开数据采集器软件，设置采样频率和采集时间；5. 打开光源，观察光电传感器输出端电压的变化；6. 记录电压随时间的变化数据；7. 关闭光源，重复步骤5和6，观察光电传感器输出端电压的变化；8. 对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，在光源照射下，光电传感器输出端电压随着光源强度的增加而增加，随着光源距离的增加而减小；2. 在关闭光源的情况下，光电传感器输出端电压基本稳定，说明光电传感器具有较好的抗干扰能力；3. 通过对实验数据的处理和分析，可以得出以下结论：（1）光电测量技术可以有效地将光信号转换为电信号，实现对光强度的测量；（2）光电传感器具有较好的抗干扰能力，可以应用于实际测量场合；（3）光电测量技术具有测量精度高、响应速度快、非接触等优点。
六、实验总结1. 本实验验证了光电测量技术的实际应用效果，掌握了光电传感器的工作原理和应用；2. 通过实验，了解了光电测量技术在光强度、位置、频率等物理量测量中的应用；3. 实验过程中，学会了使用光电传感器、信号发生器、数据采集器等实验器材，提高了实验操作技能。
七、实验展望1. 深入研究光电测量技术的原理和应用，探索其在更多领域的应用前景；2. 优化实验方案，提高实验精度和可靠性；3. 探索光电测量技术与人工智能、大数据等领域的结合，推动光电测量技术的发展。
光电技术综合实验指导 - (下)
实验2.5 光电二极管的特性参数及其测量1. 实验目的：硅光电二极管是最基本的光生伏特器件，掌握了光电二极管的基本特性参数及其测量方法对学习其他光伏器件十分有利。
通过该实验，要熟悉光电二极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性。
2. 实验仪器：① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台； ② LED 光源1个； ③ 光电二极管1只；④ 通用光电器件实验装置2只； ⑤ 通用磁性表座2只； ⑥ 光电器件支杆2只； ⑦ 连接线20条；⑧ 40MHz 示波器探头2条；3. 基本原理：光电二极管是典型的光生伏特器件，它只有一个PN 结。
参考“光电技术”第3章3.1节的内容，光电二极管的全电流方程为I =⎪⎭⎫ ⎝⎛-1kT qUD e I λαλη,e )1(Φe hcq d --- （2.5-1） 式中前一项称为扩散电流，也称为暗电流，用I d 表示；后一项为光生电流，常用I P 表示。
显然，扩散电流I d 与加在光电二极管上的偏置电压U 有关，当U =0时，扩散电流为0。
扩散电流I d 与偏置电压U 的关系为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1kT qUD d e I I （2.5-2） 式中，I D 为PN 结的反向漏电流，与材料中的杂质浓度有关；q 为电子电荷量，k 为波尔兹曼常数，T 为环境的绝对温度。
显然，式（2.5-2）描述了光电二极管的扩散电流与普通二极管没有什么区别。
而与入射辐射有关的电流I p 为 λe,p )1(Φe hcq I d αλη---= （2.5-3）式中， h 为普朗克常数，α为硅材料的吸收系数，d 为光电二极管在光行进方向上的厚度，λ为入射光的波长。
显然，对单色辐射来讲，当光电二极管确定后，上述参数均为常数。
因此，结论为光电二极管的光电流随入射辐射通量Φe ，λ线性变化，式中的负号表明光生电流的方向与扩散电流的方向相反。
图2.5-1 光电二极管偏置电路4. 实验内容：1、 光电二极管光照灵敏度的测量2、 光电二极管伏安特性的测量3、 光电二极管时间响应特性的测量5. 实验步骤：（1）搭建实验电路① 认识光电二极管从外形看，光电二极管、光电三极管和φ5“子弹头”式LED 发光二极管的外形非常相似，它们均有两个电极（管脚），且，一长一短，较长电极定义为正极，较短电极为负极。
光电技术实验感想与收获
光电技术实验感想与收获摘要：一、引言二、光电技术实验基本原理与流程三、实验感想与收获四、总结与建议正文：作为一名热衷于光电技术研究的学生，我有幸参加了光电技术实验。
通过这次实验，我对光电效应、光的传播和光电器件的原理及应用有了更深入的了解。
以下是我在实验中的感想与收获。
一、引言光电技术作为一种重要的现代技术，广泛应用于各个领域。
通过课堂学习，我对光电效应、光的传播和光电器件的原理及应用有了基本的了解。
然而，理论知识始终无法替代实践操作，为了更好地掌握光电技术，我积极报名参加了这次实验。
二、光电技术实验基本原理与流程实验过程中，我们首先学习了光电效应的基本原理。
光电效应是指光子与金属表面电子相互作用，使电子从金属表面逸出的现象。
实验中，我们使用光电管、光源、电阻和电容器等器材，观察光电效应的现象，并测量光电流与光强之间的关系。
接下来，我们学习了光的传播原理，包括光的直线传播、光的折射和反射等。
通过实际操作，我们了解了光纤的传输特性，并掌握了光纤通信的基本原理。
此外，我们还了解了光电传感器的工作原理，并学会了如何根据实际需求选择合适的传感器。
三、实验感想与收获通过这次实验，我对光电技术有了更加深入的了解。
实验过程中，我发现理论知识与实际操作之间存在很大差异。
在课堂上，我曾认为自己对光电技术已有一定认识，但实际操作时，许多细节问题让我感到困惑。
实验使我意识到，理论知识的重要性不容忽视，只有扎实的理论基础，才能在实际操作中游刃有余。
此外，实验还培养了我的动手能力和团队协作精神。
在实验过程中，我们需要相互配合，共同完成各项任务。
这不仅锻炼了我们的沟通能力，还提高了我们的团队协作能力。
四、总结与建议总之，这次光电技术实验让我受益匪浅。
为了更好地掌握光电技术，我建议同学们在课后多进行实践操作，将理论知识与实际应用相结合。
同时，我们要注重团队协作，共同进步。
最后，希望学校能加大实验教学的投入，为我们提供更好的实验条件。
光电技术实验-光电报警(给出发射部分电路)
光电报警系统设计一、实验目的1、练习自拟简单的光电报警系统设计实验；2、对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力。
二、实验内容自拟简单的红外光电报警系统。
三、实验仪器1、红外发射二极管 BT401 1只2、光敏二极管 2CU2B 1只3、光电报警系统设计模块 1套4、连接导线 60 根5、直流稳压电源 1个四、实验原理光电报警系统是一种重要的监视系统，目前其种类已经日益增多。
有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。
一般说来，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。
本实验半自拟一个简单的主动报警系统，由图1所示的四个部分组成。
图1发射系统包括调制电源和红外发射二极管，发射红外调制光。
在发射系统和接收系统之间有红外光束警戒线，当警戒线被阻挡时，接收系统发出指示信号，此信号经放大，驱动报警电路发出报警信号。
下面对各部分电路各举一个简单的例子。
1、发射系统：用NE555定时器构成占空比可调的多谐振荡器作调制电源，BT401作为红外发射管。
NE555内部结构原理如下图（2）所示：若不用5脚时，当2脚外加电压小于31V c （电源电压）时，比较器2翻转，导致RS 触发器翻转，管脚3输出高电平。
同时晶体管Q 截止，使脚7内部开路。
当6脚外加电压高于32V c 时，比较器1翻转，导致RS 触发器翻回，管脚3输出低电平。
同时晶体管Q 导通，使脚7内部近似接地。
若管脚5外加比较电压，则NE555在外加比较电压下工作。
比较器1或比较器2的翻转阈电平由管脚5外加比较电压在电阻R 上的分压决定。
图（3）给出了由NE555构成占空比可调的多谐振荡器的参考电路。
图 2图3电容器C1由电源电压V cc 通过R2、D 充电，A 点电压按指数规律上升，由于二极管D 的作用，电流不经过R1，因此其充电时间常数为R 2C 1。
光电综合实验报告
光电综合实验报告
实验目的：通过光电综合实验，了解光电效应在光电器件中的应用，掌握光电检测技术和光电器件的使用方法。
实验仪器：光电综合实验箱、光电二极管、光电三极管、光电开关等光电器件。
实验原理：光电效应是指当光照射在半导体材料上时，电子受到能量激发而跃迁至导带，从而产生电流或电压的现象。
光电器件是利用光电效应制成的电子器件，如光电二极管、光电三极管和光电开关等。
实验步骤：
1.将光电二极管插入实验箱中，并连接好电路。
2.调节实验箱上的光强度调节钮，观察光电二极管的输出信号。
3.更换光电三极管，并重复步骤2。
4.使用光电开关进行实验，观察其在光照和无光照状态下的输出信号变化。
实验结果：
通过实验，我们观察到光电二极管在光照射下产生了电流信号，光照强度越大，输出信号越强。
光电三极管的输出信号也随着光照强度的变化而变化，但其灵敏度比光电二极管更高。
而光电开关在有光照时输出高电平，在无光照时输出低电平，可以用于光控开关等应用。
实验结论：
光电器件是利用光电效应制成的电子器件，能够将光信号转换为电信号，具有灵敏度高、响应速度快等优点，并且在光控开关、光电传感器等领域有着广泛的应用。
通过本次实验，我们成功掌握了光电器件的使用方法及其在光电检测技术中的应用。
总结：
光电综合实验让我们更加深入地了解了光电效应在光电器件中的应用，通过实验操作，我们掌握了光电器件的使用方法，为今后在光电检测技术领域的应用奠定了基础。
希望能够通过不断地实践和学习，进一步提高自己的实验技能和理论水平。
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光照特性的测试
－、目的要求
1. 掌握光电二极管的工作原理和使用方法。 2. 进一步了解光电二极管的光照特性和伏安特
性，为设计光电系统前置放大器打下基础。
二、工作原理
1. 光电二极管是结型半导体光伏探测器件。当入射光子 能量大于材料禁带宽度时，半导体吸收光子能量将产 生电子空穴对。产生在PN结内的电子空穴对在内建电 场（光电二极管工作时加反向偏压Vb）作用下被分离， 形成光生电势，产生光电流，如图1所示
I2R3(I1I2)R40
则光电流为：
I2(R 4R 4R 3)I1(1 0 0 1 0 0 1 0 0 )I11 2I1
实验三 光电倍增管特性和参数的
测试
一、实验目的
1. 了解光电倍增管的基本特性。 2. 学习光电倍增管基本参数的测量方法。 3. 学会正确使用光电倍增管。
二、实验原理
三、实验内容
1. 测定电池零负载下Ip和E的关系。 2. 测定光电池不同负载情况下特性数据。
四、实验仪表和器材
硅光电池、照度计、钨丝灯、调压变压器、直流稳 压电源、毫伏电压表、微安表、电阻和电位计等。
五、实验线路装置
光电池负载实验线路装置如图2所示。
照度计 调压变压器
RL
A R3
R5
R6
C
100Ω
③ 最佳负载，负载在RL=0～∞之间变化按经验公式求出最佳 负载：
R optV Im m(0.6~ Is 0 c.8 )V oc(0.6~0.8 )V S o E c
当RL≤Ropt时，并忽略光电池结电流，负载电流近似等于恒 定短路电流。
当RL>Ropt时，光电池结电流按指数增加,负载电流近似于 指数形式减小。
3. 光电二极管和光电三极管的伏安特性曲线
I
E4>E3>E2>E1>E0
E4
E3 E2
E1 E0
0
U
图3（a）光电二极管伏安特性曲线
I
E4>E3>E2>E1>E0
E4
E3 E2 E1
E0
0
U
（b）光电三极管伏安特性曲线
三、实验内容
1. 测量光电二极管的光电流和照度特性曲线。 2. 测量光电二极管不同照度下的伏安特性曲线。
1. 工作原理
光电倍增管是由半透明的光电发射阴极、倍增极和阳 极所组成的，由图1所示。
a) 侧窗式
b) 端窗式
c) 原理示意图
图1 光电倍增管外形与结果原理示意图
当入射光子照射到半透明的光电阴极K上时，将发射出光 电子，被第一倍增极D1与阴极K之间的电场所聚焦并加速 后与倍增极D2碰撞，一个光电子从D1撞击出3个以上的新 电子，这种新电子叫做二次电子。这些二次电子又被D1～ D2之间的电场所加速，打到第二个倍增极D2上。并从D2 上撞击出更多的新的二次电子。如此继续下去，使电子流 迅速倍增。最后被阳极A收集。收集的阳极电子流比阴极 发射的电子流一般大105～104倍。这就是真空光电倍增管 的电子内倍增原理。
3. 光电倍增管的特性和参数
① 阴极光照灵敏度
② 阴极光照灵敏度定义为光电阴极的光电流
IK除以入射光通量φ所得的商SK：
IK
(A
Lm)
国际照明委员会的标准光照相应于分布温度
为2859K的绝对黑体的辐射。
② 阳极光照灵敏度
阳极光照灵敏度定义为阳极输出电流IA除以入
射光通量φ所得的商：
SA
IA
(A
Im)
mv
G1
I2 R4 I1 100Ω
B
图2 光电池负载实验装置
μA
VE
G
光电池受光照后，产生光电流I2。在A、B两点的毫 伏电压会产生偏转。调节稳压电源VE后，产生补偿 电流I1，I1和光电流I2方向相反。调节电位计R5（粗 调）和R6（细调）使补偿电流I1与光电流I2相减，并 促使毫伏电压表G1指示为零。此时，表示A点和B点 电位相同。相当于光电池在A、B二点外电路为零状 态下工作，根据电路平衡条件：
③ 电流增益
电流增益定义为在一定的入射光通量和阳极电压下，阳极 电流与阴极电流的比值，也可以用阳极光照灵敏度与阴 极光照灵敏度的比值来确定，即：
G IA 或
IK
G SA SK
• 暗电流
当光电倍增管在完全黑暗的情况下工作时，阳极电路里仍 然会出现输出电流，称为暗电流。引起暗电流的因素有： 热电子发射、场致发射、放射性同位素的核辐射、光反 馈、离子反馈和极间漏电等。
四、实验仪器及装置
1. 实验仪器：光电二极管、钨丝灯、调压变压器、照度 表、毫安表、直流稳压电源等。
2. 实验装置如图4。
照度计
直流稳压电源
μA
调压变压器
光电探测器
图4 光电二极管光照特性测试装置
实验二 硅光电池负载特性的测试
一、实验目的
1. 掌握硅光电池的正确使用方法。 2. 了解光电池零负载，以及不同负载时光电流
图1 光电二极管工作原理图
2. 光电三极管的原理性结构如图2所示。正常运用时，集电 极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置， 集电结为光电结。当光照到集电结上时，集电结即产生光 电流Ip向基区注入，同时在集电极电路产生了一个被放大
的电流：IC(1)IpIp
3. 4. β为电流放大倍数。
图2 光电三极管工作原理图
K q
T为温度电压当量时，
负载RL上的电压V=IRL 给光电池正向偏压。
① 当零负载时（RL=0），（1）式外电流为短路电流：
②
Isc Ip SE
③ S为光电流灵敏度，短路电流ISC和照度E成正比。
② 当开路时，（RL=∞），（1）式外电流I=0则开路电压为：
Voc
VT
ln(1
Ip ISC
)
开路电压Voc与照度E几乎无关；所有照度下的开路电压Voc趋 于光电池正向开启电压V=0.6伏，并小于这个电压值。
2. 供电分压器和输出电路
光电倍增管的极间电压的分配一般是由图2所示的串联 电阻分压器执行。
最佳的极间电压分配取决于三个因素：阳极峰值电流、 允许的电压波动以及允许的非线性偏离。
K
Hale Waihona Puke AD1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
11
IK
IA
12 3 4 5 6 7 8 9
-HV
10
图2 光电倍增管供电电路
与照度的关系。
二、工作原理
1. 光电池具有半导体结型器件无源直接负载下的工作特 性，工作原理如图1所示。 RL外接负载为，Ip为光电 流，ID为二极管结电流。
光
Iφ
N
P
ID
RL
I
A
图1 光电池工作原理图
2. I为通过负载的外电流：
IIIDIIsc(ev/vT 1)
其中ISC为光电流反向饱和电流。当 V T