最新光电技术实验指导书

光电技术实验指导书

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第一章 CSY-998G光电传感器实验仪说明CSY-998G光电传感器实验仪主要有主机、传感器与器件、光源等部分组成

一、主机：由大面板、小面板和顶板。供电电源AC220V，50Hz。额定功率200W。

1、大面板：各类实验电路

2、小面板：

1）各种直流稳压电源和恒流源。

0~15V连续可调直流稳压电源。

0~5V连续可调直流稳压电源。

±15V、+5V稳压电源。

AC12V 交流电源

0~20mA连续可调恒流源

2）显示表：

电流表：DC20μA、200μA、20mA 、200mA(量程四档切换)

电压表：DC200mV、2V、20V（量程三档切换）

光照度计：1-1999Lx

3、顶板

顶板：由安装架、支架、滑轨等组成。

二、传感器与器件

光敏电阻（CdS光敏电阻、额定功率：100mW、暗阻≥1MΩ、t r 20ms、t f30ms、λp：

580nm）

光敏二极管（Vr：20v、I D＜0.1μA、I L：50μA、t r t f：10ns λp：880nm）

光敏三极管（V CE O：50v、I D＜0.1μA、I L：5mA、t r t f：15ns λp：880nm)

硅光电池（V O C：300mv、I D＜1×10-8μA、I S C：5μA、λ：300-1000nm、λp：880nm)

反射式光耦（输入：I F M=20mA、V R=5V、V F=1.3V 输出：V C EO=30V、I CEO=0.1μA、V CE S=0.4V 传输特性：C T R（%）=5、t r t f：5us）

红外热释电探头

光照度计探头

Y型光纤

PSD位置传感器

普通白炽灯

普通发光二极管

红外发射二极管（V R：5V、V F：1.4V、I R：10uA、P O：2mw）

半导体激光器（波长：635um、功率1-3mw）

三、实验仪器尺寸

实验仪器台尺寸为：520×400×350（mm）。

第二章实验指导

实验一光电基础知识实验

一、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。

二、基本原理

本实验中备有普通光源和激光光源。普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱( 白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的电流 )。利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光﹙激光特性:①单色性②方向性③相干性

图1－1分光实验

1．根据图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与普通光源相连接。合上主机的总电源开关。

2．松开图1－1中光源或三棱镜的升降固定螺钉，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。如果光谱不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:光束对准棱镜工作面﹑灯丝方向﹚。

3、关闭主机总电源开关。将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接﹙注意颜色－极性﹚。打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。

五、思考题

1．解释实验现象。

2．半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发散角一般为5º～10º,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方法。

实验二光敏电阻实验

一、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。

二、基本原理：

在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合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。光照愈强，器件自身的电阻愈小。基于这种效应的光电器件称光敏电阻。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。

三、需用器件与单元：

主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。

四、实验步骤：

1、亮电阻和暗电阻测量

（1）图2-1是光敏电阻实验原理图

（2）按图2-2光照度实验安装接线。将照度计探头与主机

小面板上照度计显示表Vi口相连接。将图2-2中的光敏元

件的探头换成照度计探头。打开主机电源，然后，顺时针慢

慢调节0～20mA可调电流源旋钮，使照度计显示为100Lx。

（3）撤下照度计探头，换上光敏电阻探头及电路（图2－2）。顺时针慢慢调节0～5V可调电源，使电压表显示5V（如调不到5V则Vcc改接0－15V可调电压源）。

（4）在光敏电阻与光源之间用遮光筒连接，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20mA档）的值分别为亮电压U亮和亮电流I亮。

（5）将0～20mA可调电流源的调节旋钮逆时针方向慢慢旋到底，10秒钟后，读取电压表（量程为20V档）和电流表（量程为20µA档）的值分别为暗电压U暗和暗电流I暗。

（6）根据以下公式，计算亮阻和暗阻

R亮=U亮 / I亮； R暗=U暗/ I暗

（7）光敏电阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。如有兴趣可重复以上实验步骤做实验。

2、光照特性测量

当光敏电阻的工作电压（Vcc）为+5V时，光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化，它们之间的关系是非线性的。改变光源电流大小可得到不同的光照度值(实验方法同以上实验，照度计探头和光敏电阻探头交替使用)，测得数据填入表2—1，并作出光电流与光照度I-Lx曲线图。

表2—1

I (mA)

光照度（Lx）

图2—3光敏电阻光照特性实验曲线

3、伏安特性测量

在一定的光照强度下，光敏电阻的光电流随外加电压的变化而变化，实验时，在给定光照强度为50Lx、100Lx、150Lx时，图2－2改变光敏电阻的工作电压值∆U＝0.5v（由电压表监测），测得不同光照度下流过光敏电阻的电流值,将数据填入表2-2，并作不同照度下的三条伏安特性曲线。