光电子技术实验
光电子技术实验
目录实验一光源照度的测量实验二Si光电池开短路测量实验4实验三Si光电池负载特性实验68实验四Si光电池伏安特性实验·11实验五光敏三极管偏置电压实验·12实验六光敏三极管光照特性实验13实验七光敏三极管负载特性实验14实验八光敏三极管伏安特性实验·15实验九He-Ne激光器光强分布及光束发散角测量实验18实验十光纤图像传输实验22实验十二光电倍增管PMT实验30实验十二透射式光开关实验实验十三反射式光电开关实验31实验十四32红外光电报警实验1
1 目 录 实验一 光源照度的测量 . 1 实验二 Si 光电池开短路测量实验 . 4 实验三 Si 光电池负载特性实验 . 6 实验四 Si 光电池伏安特性实验. 8 实验五 光敏三极管偏置电压实验. 11 实验六 光敏三极管光照特性实验. 12 实验七 光敏三极管负载特性实验. 13 实验八 光敏三极管伏安特性实验. 14 实验九 He-Ne 激光器光强分布及光束发散角测量实验. 15 实验十 光纤图像传输实验 . 18 实验十一 光电倍增管 PMT 实验 . 22 实验十二 透射式光开关实验 . 30 实验十三 反射式光电开关实验 . 31 实验十四 红外光电报警实验 . 32
实验一头光源照度的测量一、光照度基本知识（1）光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼的视觉效果对各种波长是不同的，通常用V（入）表示，定义为人眼视觉函数或光谱光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、心理物理量。光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度I的点光源，在相距L处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反比，即：E=I/L?式中：E一一光照度，单位为Lx；I一一光源发光强度，单位为cd；L一一距离，单位为m。（2）光照度计的结构光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如图1.1。射光显示A图1.1光照度计结构图图中D为光探测器，C为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满足余弦关系。余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F为V（入）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数V（入），而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行V（入）匹配。匹配基本上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（入）滤光片）来实现的，满足条件的滤1
1 实验一 光源照度的测量 一、光照度基本知识 （1）光照度是光度计量的主要参数之一，而光度计量是光学计量最基本的部分。 光度量是限于人眼能够见到的一部分辐射量，是通过人眼的视觉效果去衡量的，人眼 的视觉效果对各种波长是不同的，通常用 V（λ）表示，定义为人眼视觉函数或光谱 光视效率。因此，光照度不是一个纯粹的物理量，而是一个与人眼视觉有关的生理、 心理物理量。 光照度是单位面积上接收的光通量，因而可以导出：由一个发光强度 I 的点光源， 在相距 L 处的平面上产生的光照度与这个光源的发光强度成正比，与距离的平方成反 比，即： 2 E I / L 式中：E——光照度，单位为 Lx； I——光源发光强度，单位为 cd； L——距离，单位为 m。 （2）光照度计的结构 光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如图 1.1。 图中 D 为光探测器，C 为余弦校正器，在光照度测量中，被测面上的光不可能都 来自垂直方向，因此照度计必须进行余弦修正，使光探测器不同角度上的光度响应满 足余弦关系。余弦校正器使用的是一种漫透射材料，当入射光不论以什么角度射在漫 透射材料上时，光探测器接收到的始终是漫射光。余弦校正器的透光性要好；F 为 V （λ）校正器，在光照度测量中，除了希望光探测器有较高的灵敏度、较低的噪声、 较宽的线性范围和较快的响应时间等外，还要求相对光谱响应符合视觉函数 V（λ）， 而通常光探测器的光谱响应度与之相差甚远，因此需要进行 V（λ）匹配。匹配基本 上都是通过给光探测器加适当的滤光片（V（λ）滤光片）来实现的，满足条件的滤
光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。当D接收到通过C和F的光辐射时，所产生的光电信号，首先经过I/V变换，然后经过运算放大器A放大，最后在显示器上显示出相应的信号定标后就是照度值。（3）照度测量的误差因素1）照度计相对光谱响应度与V（入）的偏离引起的误差。2）接收器线性：也就是说接收器的响应度在整个指定输出范围内为常数。3）疲劳特性：疲劳是照度计在恒定的工作条件下，由投射照度引起的响应度可逆的暂时的变化。4）照度计的方向性响应。5）由于量程改变产生的误差：这个误差是照度计的开关从一个量程变到邻近量程所产生的系统误差。6）温度依赖性：温度依赖性是用环境温度对照度头绝对响应度和相对光谱响应度的影响来表征。7）偏振依赖性：照度计的输出信号还依赖于光源的偏振状态。8）照度头接收面受非均匀照明的影响。二、实验步骤实验电路连接框图如下。一光照度计1K电阻可调电压源宁宁OTP7TP8TP6TPS1光照度测试连线图（1）将光电检测实验箱、所需仪表及测试附件有序地放置于实验桌上。连接好实验箱所需的AC电压（220V），打开交流电源，打开实验箱电源开关。(2）有源模块输出端子TP6和TP5为直流稳压可调电压源输出，用数字万用表（万用表正表头接TP1，负表头接TP2）或用实验箱自带的直流数字电压表测量其输出电压（电压表量程置2OV档位，TP6接到TP1，TP5接到TP2）。调节电压幅度调节旋钮，观察其电压的范围。记录可调电压源的变化范围：（3）电源线的一头连接到光源筒的Q9头上，另一头串联一个1K的电阻连接到可2
2 光片往往需要不同型号和厚度的几片颜色玻璃组合来实现匹配。当 D 接收到通过 C 和 F 的光辐射时，所产生的光电信号，首先经过 I/V 变换，然后经过运算放大器 A 放大，最后在显示器上显示出相应的信号定标后就是照度值。 （3）照度测量的误差因素 1）照度计相对光谱响应度与 V（λ）的偏离引起的误差。 2）接收器线性：也就是说接收器的响应度在整个指定输出范围内为常数。 3）疲劳特性：疲劳是照度计在恒定的工作条件下，由投射照度引起的响应度可 逆的暂时的变化。 4）照度计的方向性响应。 5）由于量程改变产生的误差：这个误差是照度计的开关从一个量程变到邻近量 程所产生的系统误差。 6）温度依赖性：温度依赖性是用环境温度对照度头绝对响应度和相对光谱响应 度的影响来表征。 7）偏振依赖性：照度计的输出信号还依赖于光源的偏振状态。 8）照度头接收面受非均匀照明的影响。 二、实验步骤 实验电路连接框图如下。 (1) 将光电检测实验箱、所需仪表及测试附件有序地放置于实验桌上。连接好实 验箱所需的 AC 电压（220V），打开交流电源，打开实验箱电源开关。 (2) 有源模块输出端子TP6和TP5为直流稳压可调电压源输出，用数字万用表（万 用表正表头接 TP1，负表头接 TP2）或用实验箱自带的直流数字电压表测量其输出电 压(电压表量程置 20V 档位,TP6 接到 TP1,TP5 接到 TP2)。调节电压幅度调节旋钮，观 察其电压的范围。记录可调电压源的变化范围： 。 (3) 电源线的一头连接到光源筒的 Q9 头上，另一头串联一个 1K 的电阻连接到可
调电压源的输出。（4）将光照度计光敏面盖打开，开关拨到ON档。把光源组件输出的激光输出对准照度计光敏面的中心位置，调节电压幅度调节旋钮，观察光照度计的测量结果，填入表中。246812 电压（v)10光照度(Lux）记录光源筒光照度的变化范围：(Lx)。提示：将光电池的输出端子TP1和TP2与负载电阻1MQ并联，然后与直流数字电压表的输入端子TP1和TP2相连接。3
3 调电压源的输出。 (4) 将光照度计光敏面盖打开，开关拨到 ON 档。把光源组件输出的激光输出对 准照度计光敏面的中心位置，调节电压幅度调节旋钮，观察光照度计的测量结果，填 入表中。 电压（V） 2 4 6 8 10 12 光照度（Lux） 记录光源筒光照度的变化范围： （Lx）。 提示：将光电池的输出端子 TP1 和 TP2 与负载电阻 1MΩ并联，然后与直流数字 电压表的输入端子 TP1 和 TP2 相连接