光电技术综合实验

光电技术综合实验——光电相位探测传感器设计

班级：光通信082

姓名：

学号：

指导老师：张翔

光电相位探测传感器的重要意义：

基于光电探测技术检测输出波前相位特性，对改善光束的质量有着重要的意义。光波在大气中传输会受到大气湍流、温度等因素的影响，使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象。为了改善光束的质量，主动光学诞生了，在观测过程中内置的光学修正部件对像质进行自动调整，即自适应光学。目前探测波前扭曲程度的传感器主要有两类：沙克-哈特曼（Shack-Hartmann）波前传感器，它通过由每一个附属的图像探测器产生的参考星星像来探测实际波前的扭曲情况。另一个是曲率探测系统，它的改正是通过双压电晶片自适应透镜来完成的，透镜由两个压电平面组成。

大气湍流将使在大气中传输的光波的光束质量明显变坏，产生波前相位畸变；自适应光学系统可以对畸变的光波相位波前进行实时探测、波前复原和预先进行实时的波前校正，从而显著改善到达靶面的光束质量。光波相位的探测，进而控制光波的相位来提高光束的质量。

一、设计目的与要求

1、设计目的

利用所学知识设计光电相位探测传感器，着重研究其前端激光器及光电探测模块。

2、设计内容

①光电相位探测器器的基本结构及原理示意图

②光电相位探测传感器的构成

③掌握激光器的的组成，和各组件的作用，特别是前端激光器和光电探测模块

④阐述高斯匹配问题

⑤定性绘出采用圆形镜稳定腔He-Ne激光器输出光强分布特性，并对模式特性进行细致阐述

⑥叙述扩束系统的结构形式

⑦微透镜器件基本原理和参数选取

⑧光电探测器件的分类

二、光电相位探测器的基本结构及原理示意图

1、基本结构

（1）光学匹配系统：将入射光束的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。

（2）微透镜阵列：将入射光瞳分割，对分割后的入射波波前成像。

（3）光电探测器：接收光电信号，目前多用CCD探测器。

（4）图像采集卡：微透镜阵列与光电探测器之间加入匹配透镜。

（5）数据处理计算机：通过数据处理，进一步得到波前相位分布。

（6）光波相位模式复原软件等。

2 、原理示意图

1、将入射光速的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。

2、微透镜阵列将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像。

3、光电探测器用于接受光电信号，目前多用CCD探测器。

4、微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。

5、进一步计算得到波前相位分布。

设计原理

设计总示意图

三、前端激光器

1、激光器的组成及各组件的作用

（1）泵浦系统

泵浦原是指向工作物质共给能量的能源，依靠它把工作物质中的原子，分子丛基态激发到高能态，并形成粒子束反转。

泵浦系统是指为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

常用的泵浦方式有：

a．电子注入：用电学方法将电子或空穴从作用区的两侧注入到作用区中，以在作用区形成粒子束反转。二极管激光器采用的就是这种方法，这种泵浦法的优点是：结构简单，容易调治，效率高等。

b．光学泵浦：这是利用光源的光辐射把工作物质中的原子泵浦到高能态。固体激光器，光线激光器，染料激光器，有机激光器等都采用这种方法。对泵浦光源的基本要求是，发射波长与工作物质吸收波长匹配。满足这个条件，泵浦光源的大部分光能就会真正用于泵浦，获得比较高的泵浦效率；此外，近年来，用半导体二级激光管作泵浦光源，具有体积小，使用寿命长，发光效率高等优点。

c．气体放电泵浦：利用气体放电，加热气体，使他们电离，或者让电子，离子与工作物质中的原子发生非弹性碰撞，把他们激发到高能态，李子激光器，原子或分子气体激光器，金属蒸气激光等采用这个方法。

d．粒子束泵浦：向工作物质注入高能电子或离子，让他们与工作物质的原子或分子作非弹性碰撞，把后者激发到高能态。高压气体激光器等采用这种方法。

e．化学泵浦：利用工作物质本身化学反应式所产生的能量，把原子，分子激发到高能态，化学泵浦可分为直接泵浦，能量转移泵浦和光分解泵浦三种方式：直接泵浦是由工作物质发生的化学反应形成激发态原子；能量转移泵浦是利用某些化学反应产生的激发态原子与工作物质的原子作非弹性碰撞，通过能量交换把后者激发到高能态；光分解泵浦是利用光辐射照射工作物质，使其发生光分解反应，并在反应过程中形成激发态原子。

2、工作物质

激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。

3、谐振腔

谐振腔也称为共振腔，是指光子可在其中来回振荡的光学腔体。梅曼激光器所用的谐振腔，由2块互相平行的平面反射镜组成，其中一块反射镜对激光的发射率接近100%，另一块对激光有事当透过率，以便对外输出激光。除了上诉平-平腔之外，还有其他形式的共振腔，如平-凸腔，共焦腔等。共振腔的作用有两个：

a．正反馈：让光辐射不断地在工作物质中往返传播，使受激辐射强度不断增强，最终达到和维持激光振荡。

b．选模：原子向某个模作受激辐射跃迁的速率与处在这个模的光子数目成正比，谢振腔内的模式很多，各个模的光学增益是不一样的，沿光轴附近小立体角内传播的模增益最大。随着光辐射在腔内往返传播次数的增加，处在这个模的光子迅速增多，以致后来差不多所有在激发态的原子都向这个模作受激辐射跃迁。于是我们就可以获得发散角小，相干性更好的激光束。仔细设计腔镜反射率，可以让激光其输出不同波长。谐振腔有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块光大部分反射、少量透射

出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。

下面以He-Ne激光器的结构为例：

①示意图

图2（a）闭腔式He-Ne

激光器结构图

图2（b）开腔式He-Ne激光器结构图

图2（c）半开腔式He-Ne激光器结构图

②谐振腔构成与分类

光学谐振腔可分为：闭腔、开腔、气体波导腔，其中根据光束几何逸出损耗的高低，开腔又分为稳定腔、非稳腔、临界腔。

③开腔的稳定条件

两块具有公共轴线的球面镜构成的谐振腔称为共轴球面腔。从理论上分析这类腔时通常认为其侧面没有光学边界，因此将这类谐振腔称为开放式光学谐振腔，简称开腔。利用变化矩阵算法，得：

（1）

1

)

(

2

1

1<

+

<

-D

A

代入2

2

1

R

L

A-

=

,

?

?

?

?

?

?

-

-

-

-

=)

2

1

)(

2

1(

2

2

1

1

R

L

R

L

R

L

D

可得：

1

)

1

)(

1(

2

1

<

-

-

<

R

L

R

L

,引入所谓的g函数，将式子改写成：1

2

1

<

g，其

中：2

21

11,1R L g R L g -

=-

= ,上式称为共轴球面腔的稳定性条件，式中当凹面镜向着腔内时，

R 取正值。当凸面镜向着腔内时，R 取负值。

（2）非稳定腔条件：0,12121<>g g g g ，即,

1)(2

1

>+D A 1

)(2

1-<+D A

（3）临界腔条件：0,12121==g g g g ，即,1)(2

1

=+D A 1

)(2

1-=+D A

4、激光谐振腔基本参数设计 （1）激光器选择

A 、由于光电相位探测传感器是主要利用激光的相位来工作，因此选择气体激光器（如He-Ne 激光器），因为气体激光器具有光束质量好、方向性好、单色性好、稳定性好(包括频率稳定性)、结构简单、使用方便、成本低、寿命长等优点，符合设计要求。

B 、由于稳定腔几何偏折损耗很低且镜面上的场分布可用高斯函数描述，可以用高斯模的匹配问题来解决光学匹配。因此用稳定腔激光器。

（2）条件推导：设谐振腔长度为d ，21g g 和表示谐振腔的因子，谐振腔本征波长λ，推导1x 、2x 、

ω、1ω、2ω的数学表达式。

推导过程：

共焦场的振幅分布由下式确定：

e z n m

mn mn y

x y z H x z H

z E A z y x E )

(00

22

2

))

(2

(

))

(2

(

)

(|),,(|ωωωωω+

-

=

对基模：

e z y

x z E A z y x E )

(0

00002

2

2

)

(|),,(|ω

ωω+

-

=

可见共焦场基膜的振幅在横截面内由高斯分布函数所描述。定义在振幅的e 1

的基模光斑尺寸

为：0()w z w =

==

S

0ω为镜上基模的光斑

半径。在共焦腔的中心)(z ω

达到极小值：0()z ωω=

==

由上图所示可得：

2

2

11122221

1

2

()(),()(),f

f

R R x x R R x x d x x x x ==-+

==++

=-

则由上式可解得：

2112()()()

d R d x d R d R -=

-+-,1212()()()

d R d x d R d R --=

-+-,

将11

1d g R =+

,

22

1d g R =+

转化为111

d R g =

-,

221

d R g =

-，再代入21,x x 可得：

2

2

21121()()

1

1

d

d

g x d d

d d g g --=

-

-

--，

2

2

12121()()

1

1

d

d

g x d

d d d g g -

+-=-

-

--。

按式中共焦腔中基模的光斑尺寸为：

2

202

1])(

1[)(f

z f

z f z +

=+=

ωπ

λ

ω，将21,z z 代入有：

1

1

24

4

21

21112112()

()

()()()()d R d R R d R d R R d d R d R R d ω??--=

=??-+--+-?

?

1

1

24

4

12

12221212()

()

()()()()d R d R R d R d R R d d R d R R d ω?

?--=

=??-+--+-?

?

可用腔的g 参数表示如下：

41

2112

041

211

201)1(2)1(?

?????-=??????-=g g g g g g g g S

ωωω

41

212

1

041

212102)1(2)1(?

?????-=??

????-=g g g g g g g g S

ωωω

（3）设计一个He-Ne 激光器，输出端为一平面镜，要求束腰直径：20

ω=0.2mm ，L=500mm ，

计算第一反射镜曲率半径1R ，并指明束腰的位置。 解：由题意可得：

22

11111g R =-

=-

=

∞

4

010

ω-=

=

=

可以得到：0.0496 4.96f m cm ==

由公式

2

12122

12()()()

[()()]

L R L R L R R L f

L R L R --+-=

-+-并代入

2,5000.5,

R L m m m =∞==

0.0496f m

=得:

2

2

10.00240.25

1.0090.25

f

L R m L

++=

=

=11

10.504

L g R =-

=

11

442

101121

0.10.2(1)0.504(10.5041)g m m

g g g ω????=

=

?=????-?-???

?

?

1

1

4

41

202120.504

0.10.14(1)1(10.5041)g m m

g g g ω????==

?=????-?-?????

图3 谐振腔示意图

四、高斯模的匹配问题

1、高斯模匹配的意义

由激光器的谐振腔所产生的高斯光束注入到另一个光学系统时(例如周期序列的光学传

输线、作为干涉仪的谐振腔、在非线性光学实验中将入射高斯光束聚焦到非线性晶体上时，要求有一定的光斑半径等)，还涉及到高斯模的匹配问题。当实现模匹配时，一个入射的高斯模，只能激起第二个系统的一个相对应的高斯模，而不激起系统的其他模式。这时，入射模的能量将全部转给系统的对应模式而不发生向系统其他模式的能量转换。如果没实现模式匹配，入射模将激起第二个系统多个不同的模式发生模式转换，即所谓模交叉，从而降低了入射模的锅台系数，增加了损耗。 2、高斯模匹配原理

光学传输线和干涉仪都具有自己的高斯模，如以

01

ω和

02

ω表示高斯光束Ⅰ和高斯光束

Ⅱ的腰斑尺寸，如下图，如果在期间适当位置插入一个适当焦距的透镜L 后，光束Ⅰ和Ⅱ互为共轭光束，则透镜L 实现了两个腔之间的高斯模匹配。当实现模匹配时，一个入射的高斯模，只能激起第二个系统的一个相对应的高斯模，而不激起系统的其他模式。这时，入射模的能量将全部转给系统的对应模式而不发生向系统其他模式的能量转换。如果没实现模式匹配，入射模将激起第二个系统多个不同的模式发生模式转换，即所谓模交叉，从而降低了入射模的耦合系数，增加了损耗。

下面讨论两个腔的模匹配问题。如上图，设两个高斯模的腰部位置和腰斑尺寸为已知，其中一个腔中的光斑半径

ω，它与透镜的距离为l ，(

ω只与腔参数有关，l 除与腔参数有关

外，还与透镜至腔反射镜之间的距离有关)；另一个腔的相应参数0ω'

和l '。在束腰部，相

应的复光束多数10

q 和

20

q 均为纯虚数(因为在这里，波阵面的曲率半径为无限大)。由下式

表示。 对入射光束：110q q l

=+

2

10i q πωλ

=

；

对出射光束：220q q l '

=+

'2

20i q πωλ

=

；

由高斯光束薄透镜变换公式有：

201011q l q l F ??'

=-+??+?? ，将其化简并按照虚部实部分开，得：

()()21020l F l F F q q '--=+

2010()()0

q F l q F l '---=

将

2

10i q π?λ

=

和

'2

20i q πωλ

=

代入上面两式：

()()2

2

'2

2

00

2

l F l F F πωωλ

'--=

-

（1）

2

0'2

l F l F

ωω-=

'- （2）

图4 高斯模匹配原理示意图

将（2）式代入（1）式可得：

l F =±

l F '=±

，其中

()

'

100

2

010

20

f q

q πωωλ

=

=

如果两个腔的位置已经固定，即两个腰斑之间的距离：0

l l l '+=

可以得到：

'

000'0

02l F ωωωω?

=±

+??

将上式两边平方，并令：'

00'

A ωωωω=

+

，得：

()()2

2

2

2

2000

440A F

l F l A f -+++=

这就是

00A l f F

、、、之间的关系。

3、圆形镜稳定腔He-Ne 激光器输出光强分布特性

可以证明，当腔的菲涅尔数N →∞时，圆形镜共焦腔自再现模由下述拉盖尔-高斯函数所描述：

(

)22

02

cos sin 200,2{s

m

r

m

m m n m n

n m s s r r C L e ω?

?

ν?ω-

???= ?????

式中(),r ?为镜面上的极坐标；m n C

为归一化常数；0s ω=

；2L f =为共焦腔长（f

——镜的焦距）；

()

m

n L ξ为缔合拉盖尔多项式。()

,mn r ν?相应的本征值：

()212i kL M M m n e

πγ?

?-++??

?

?=

光在激光谐振腔中振荡的特定形式称为激光的模式。它包括纵模和横模2种。前者代表激光器输出频率的个数，后者代表激光束横截面的光强分布规律。根据模的数目，纵模又分为单纵模和多纵模；横模也分为基模和高阶模。

一个理想激光器的输出应该只包含单纵摸和基模，这样的激光才能充分体现极好的单色性、方向性和相干性。其光束的光强分布呈单一的高斯分布。但实际上，大多数激光器都是多模运转的，其光束的光强分布是不均匀的，呈现出多峰值现象。激光的模式结构虽然受多种因素影响，但谐振腔的结构和性能是主要的控制因素。光在谐振腔内往返振荡的过程中，谐振腔两端的反射镜边缘会引起圆孔衍射。由于这种多次的衍射效应导致光束在横截面上的光强分布变得不均匀。将激光束投到屏上，我们可以发现光斑中有1个或多个亮点。只有1个亮

点的叫做基模，记作00

TEM ；2个或2个以上亮点的叫做高阶模或多横模。

m n

TEM 模沿幅

角

()?方向的节线数目为m ，沿径向()r 方向的节线数目为n ，各节线圆沿r 方向不是等距

分布的。图5为某些激光横模的光强分布。

00

TEM 02

TEM 01

TEM

图5 圆形镜激光横模的光强分布

p

设有如图6所示的谐振腔，腔长为L ，反射镜的直径2a ，为腔内传播的是一高斯光束，该光束在镜面上的电矢量振幅A 的分布为：

()22

0A A e

ρω

ρ-

=

而光强I 的分布为：

()2

2

20I I e

ρ

ω

ρ-=

这种由于衍射效应使光束向边缘处弥散而形成的光能量损耗称为衍射损耗 设初始光强为0

I ，腔内往返一周后，光强衰减到

1

I ，则定义平均单程功率损耗率为：

10

D I I δ=

,估算谐振腔的单程衍射损耗D

δ为：

2N

D e

πδ-=，式中N 为菲涅尔数。

衍射损耗

D

δ与N 的关系比较复杂，通常将计算结果画成曲线图。图7画出了圆截面共焦

腔和圆截面平行平面镜腔的

D

δ—N 曲线。横坐标为N 数，纵坐标为单程衍射损耗

D

δ。由

图利用上式可以计算出光强I 。

4、扩束系统结构

图8

如图，透镜1()3M 将在焦平面入射的激光束散射为束腰为'

0ω,分散角为'θ。

()

'

30f l λ

ωπω=

（1）

'

'

2π

θλω=

''

''

(

)0

l ωω=()

l ω是激光束入射到3

M 的半径，l 是3M 和出射束腰'

0ω之间的距离。3f 是透镜3M

的焦

距。束腰'

ω以更长的焦距射到透镜4

M

后焦平面。以

'

ω为束腰的高斯光束将由光束扩展器

进行准直，高斯光束在光束扩展器作用下的准直率：

''

T T θθ

=

=其中413

f T f =

，经过光束扩展器后的束腰

''

ω和分散角''

θ分别为：

''

04

'

f λωπω=

（2）

''

T θ

θ=

将（1）代入（2）中：

()

''

01T l ωω=

从这些式子可以看出，高斯光束的准直率不仅仅与扩束系统有关，还与激光束的位置、参数以及透镜性质有关。

光束质量的评定：

名称

定义

数学表达式

表征内容

OTF

光学传递函数：以空间频率为变量的传递的像的调制度和相移的函数称为光学传递函数。

()()()

,,,x y

i f f x y x

y H

f f H f f e ?-=

OTF 的模部分为调制传递函数(MTF),

OTF 的辐角部分为位相调制传递函数(PTF)

OTF 描述了非相干

系统的成像性质

MTF

调制传递函数：描述的是光学系统传递对比度的能力

()()

0(,),,i x y x

y x y m f f M TF

f

f m f f =

式中，(),i x y m f f 为像的调制度，

()0,x y m f f 为物的调制度

OTF 的模部分为调制传递函数(MTF)，，决定光学系统成像质量的主要取决于MTF

PSF

点扩散函数：光

学系统的理想状态是物空间一点发出的光能量在像空间也集中

根据光学系统的傅里叶变换特性，

点扩散函数PSF 可直接由波差计算得到

A SF =

()()exp ,exp 2D

C ikW ik x y d d f ξηξηξη??-+??????

??

??对一般光学系统，

通常选择理想物点

位于光轴上的无穷

远处，即采用平行

在一点上，但实际的光学系统成像时，物空间一点发出的光在像空间总是分散在一定的区域内，其分布的情况称为点扩散函数(PSF)。

式中，为点振幅分布函数，C 为常数，

为光学系统的口径，为光学系统的焦

距，取单位圆中的规一化坐标。则

点扩散函数为

一般使PSF 规一化，即

光入射被测光学系

统的方法，这时所要考察的像方焦点的分布即为点扩散

函数PSF PV 表面形貌的最大峰谷值

m ax m in PV νν=-

峰谷之间的差值

RMS

表面形貌的均方根值

RM S =式中i x T ν=-，i x 是单次测值。

i

x

T N

=

∑，N 是重复测定次数

峰谷之间的均方根

2M

光束衍射倍率因子：实际光束的腰斑半径与远场发射角的乘积和基模高斯光束的腰斑半径与远场发射角的乘积的比值。2

M

值可以表征实际光束偏离衍射极限的程度,因此被称为衍射倍率因子.

2

00

mn mn W M W θθ=

π

λ

θ200=

W ,

()π

λ

θ21)(2)()(+=n m W n m n m (方镜), ()

π

λ

θ212++=n m W mn mn (圆镜).

基模高斯光束具有

最小的2

M

值

(2

1M

=),其光腰

半径和发散角也最小,达到衍射极限高阶、多模高斯光

束或其他非理想光

束(如波前畸变)的2M 值均大于 1. 2

M

值越大,光束

衍射发散越快。

β

衍射极限倍数：实际

激光束的远场发散角

1θ与理想光束的远场

发散角0θ的比值

理想光束的远场发散角

0 2.44D

λθ=

实际激光束的远场发散角用透镜下的光斑直径表示：

1d f

θ=

10

θβθ=

与发射光束性质和发射系统像差有关

D f

η

ξ,)

,(),(),(*

y x ASF y x ASF y x PSF =)0,0()

,(),(PSF y x PSF y x PSF normal =

θ

激光束并不严格平行，而是具有一定的发散度，满足条件：2

d

z λ

>>

的远场情况下，光束的发散角称为远场发散角

22λ

θπω=

只要测得束腰光束半径，就能计算出发散角。实际测量

远场发散角时，不可能在无穷远处进行，只能采用近似的方法测出距束腰足够远处的光束发散角

五、微透镜阵列器件基本原理和参数选取

基本参数如下:

数值孔径0.5≥； 总孔径：10.7m m Φ=； 焦距： 15m m ； 入射波长：0.6328m μ 微透镜阵列：3232?阵列 子透镜尺寸：20.3250.325mm ?

1、微透镜阵列器件工作原理

微透镜列阵是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的列阵，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。

微选镜列阵可分为折射型微透镜列阵与衍射型微透镜列阵两类。衍射微透镜列阵利用其表面波长量级的三维浮雕结构对光波进行调制、变换，具有轻而薄、设计灵活等特点。作为功能元件，在波前传感、光聚能、光整形等多种系统可得到广泛应用。微透镜阵列将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分, 每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面上, 一系列微透镜就可以得到由一系列焦点组成的平面, 如图9（a ）所示; 如果激光波前为理

想的平面波前, 那么在微透镜阵列焦平面上就可以得到一组均匀而且规则的焦点分布, 如图9(b)所示; 然而实际的激光波前并不是理想的平面波前, 它们或多或少地带有一些畸变,

用微透镜阵列聚焦后, 焦点不再是均匀分布, 而是与理想的焦点发生了位移, 如图9(c)。

图

9

2、光电探测器件与微透镜器件位置的确定

利用像散元件(如柱面镜) 产生的像散, 在焦点附近像散光束出现轴向不对称性, 在最佳焦点的两边出现水平方向或垂直方向的像散线。把被测点离焦量的变化转变为光斑不同方向光能的变化, 经过光电探测元件探测, 就可以得到离焦量像散法原理如图10所示：

将光电探测器放在合适位置, 使之在正焦时, 光斑在其上为圆形, 而在不同离焦情况下, 探测器上的光斑形状发生不同的变化. 将探测单元分为一个以45?分离线分离的四个象限, 若四个象限接受的光强分别为1234A A A A 、、、. 设探测单元归一化输出信号S 为：

()()()()

13241324A A A A S A A A A +-+=

+

++

3 、质心坐标计算

知道光腰尺寸0 D 和实际发散角θ ，设计者就能通过下述公式得出任何沿Z 轴传 播光束的光斑直径：

2

2

2

2

0z D D z θ=+

将上述结果和薄透镜公式或光线轨迹方程相结合，就可以对高斯光束或混合模式光束进行建模。这将节省设计周期，节约时间和费用。从非数值采样方法得到的分析结果会对激光束得出许多不同结论，但通过光束轮廓可以得出光束直径的数值采样。光束的XY 扫描或二维阵列图像可以提供量化的光斑形状以及椭圆率。 质心坐标可由下式计算出：

,,,,,,,,,i

i j

j i j

i j

i j c c i j

i j

i j

i j

x I

y I x y I

I

=

=

∑∑

∑∑

其中，,i j I 是子孔径内坐标处(),i j x y 的像素灰度值；(),i j x y 分别是像素在子孔径的x 和y 方向的坐标。由上式可得到光斑的质心。

下面是平面波和非平面波通过微透镜阵列成像在光电探测器上的图像分布：

(c)远焦

图11

六、光电探测器件

一、光电探测器件的要求：

1.对可见光波段，特别是0.6328m μ激光有很好的响应，对1m μ左右波长也有响应

2.结合图像采集卡，最大采集速率可达20帧/s 。 二、分类：

（1）利用光子效应。应用最广的有三种，即光电导、光生伏打效应和光电发射效应。前两种统称为内光电效应（见固态光电探测器），后一种称为外光电效应（见光电效应、光电管和光电倍增管）。主要有光电子发射探测器 、光电导探测器、光伏探测器。

（2）利用热效应，简称热探测器: 热探测器是不同于光子探测器的另一类光探测器。它是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。热释电效应是指某些物质(例如硫酸三甘肪、锭酸樱、铝酸锡钡等品体)吸收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，温度的变化又改变了晶体内品格的间距．这就引起在居里温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引起表面电荷的变化，这就是热释电效应。

与光子探测器相比，热探测器的主要缺点是：响应较低，响应时间校长，一般地，要同时得到灵敏度高、响应快的特性是困难的。然而自热释电探测器出现后，缓和了这一矛盾。

侦测器正面

侦测器

热释电探测器的响应度和响应速度已比过去那些热探测器有了很大提高，因此热探测器的使用范围扩大了，延伸到原来部分光子探测器独占的领域，而且在大于14um的远红外域更有广阔的用途。

（3）利用波的相互作用这类探测器利用入射辐射的电磁场与一个参考辐射的电磁场在光敏材料中的相互作用。主要有光学外差探测及光学参量效应。

光学外差探测利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测元件（通常由光电导材料、光生伏打材料或光电发射材料制成）中与被测辐射混频而产生差频。光学外差探测只受到散粒噪声的限制，因而探测率比直接探测或零差探测高几个数量级。

参量效应可利用相干辐射在双折射晶体（例如 KDP、LiNbO等）中的混频来增强被测弱信号或将其频率转换至容易探测的波段。

七、图像采集及程序设计

1、用一束平面光波经过微透镜阵列到达CCD图像检测器。编写程序定性输出CCD探测器的图样分布。

微透镜阵列

（1）编程仿真菲里耳衍射：

程序代码：

由MATLAB 实现：

clear

N=400

f=zeros(60,60);

f(15:35,23:28)=1;

F=fft2(f,N,N);

F2=fftshift(abs(F));

figure(2)

imshow( log(abs( F2 )),[1 8] )

2 、矩孔衍射图像

（2）程序仿真佛朗和费衍射

N=1024;

f=zeros(32,32);

for x=1:32

for y=1:32

if((x-16)^2+(y-16)^2)<=256

f(x,y)=1;

end

end

end

F=fft2(f,N,N);

F2=fftshift(abs(F));

figure(2)

imshow( log(abs( F2 )),[1 9] )

3 、圆孔夫郎和费衍射图样：

八、实验总结

经过这次做这个设计报告的设计，了解了光电相位探测器是由光学匹配系统、微透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机、光波相位模式复原软件等部分构成，增加了对激光原理的了解，为了让系统有良好的状态运行，前端激光器是十分重要的，正确选择激光器与匹配系统相连接才能使后面的扩束系统的准直达到要求，继而使光电探测的信号正确，就能得到所需的结果。

在形成报告的过程中，进一步增加了自己查找文献、资料的能力，以及筛选有用信息的能力，让我重新复习了关于这个设计的一些知识，包括已学习过的激光原理、应用物理、物理光学、光学器件原理，对以后在工作中有很大帮助。

参考文献

《激光原理》周炳琨等著国防工业出版社

《物理光学与应用光学》石顺祥等著西安电子科技大学出版社

《应用光学》李林主编北京理工大学出版社

《用傅立叶变换分析弗朗和费衍射》张世富著电子科技大学学报

《CCD图像传感器的微透镜阵列设计与实验研究》柯才军等著

《激光器件原理与设计》李适民国防工业出版社

《环形区域上Zernike模式法波前重构》张强吕百达

互联网

《典型光电成像器件电路设计》

《典型光电成像器件电路设计》 课程编号： 课程名称：典型光电成像器件电路设计——高压、选通电源设计 学分：1学时：1周 选修课程：模拟电子技术，电路原理 一、目的与任务 本课程目的是针对微光检测技术中常用的距离选通技术，设计适合像管供电的高压电源和带距离选通功能的电源，帮助测控技术与仪器、电子科学与技术（光电子方向）的学生掌握光电成像技术中供电电源的设计方法。 二、教学内容及学时分配 1．设计要求，高压电源和选通电源原理讲解（1天） 2．电源参数选择与仿真分析（1天） 3．硬件电路调试（2天） 4．实验结果验收（1天） 三、考核与成绩评定 考核：在1周的实验课中用1天时间进行2人一组的考核验收。 成绩根据3方面情况最终评定： 1.学生的实验操作情况 2.学生的实验报告完成情况 3.学生的实验出勤情况 成绩评定按百分制，验收考核占总成绩的40%，平时表现、实验报告占总成绩的40%，创新性占20%，60分为及格。 四、大纲说明 1.本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3.本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书 选用教材：江月松.光电技术与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

参考书： [1]胡士凌，孔得人.光电电子技术[M].北京:北京理工大学出版社，1996. [2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社出版社，2001. [3]白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006. 编写教师：高昆 责任教授签字： 教学院长签字：

光电材料与器件实验指导书

《光电材料与器件》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学信息与通信学院 2008年12月

实验一光电池及LED光源特性测试 一．实验目的 1 理解光电池的光电转换机理及主要特性参数。 2 理解LED光源的电光转换机理、驱动方式及主要特性参数。 3 掌握两种器件的应用及参数的测试方法。 二．实验内容 1 测量光电池的开路电压、短路电流和伏安特性。 2 测量LED光源的驱动特性及电光转换效率。 三．实验原理 光电池是由一个面积较大的PN结构成，它是一种直接将光能转换成电能的光电器件，这种器件是利用光生伏特效应，当光线照射到P-N结上时，就会在P-N结两端出现电动势（P区为正；N区为负），若负载接入PN结两端，光电池就有功率输出。光电池对不同的波长的光反映的灵敏度是不同的，按制作材料不同可分为硅光电池和硒光电池，光谱特性如图1所示。 图1 光谱特性图2 光电特性 图1中硅光电池的光谱响应范围是波长4000?——12000?，在波长为8000?时达到峰值，而硒光电池的峰值出现在5000 ?左右，波长的范围是3800——7500?，1埃=0.1nm。 图2中硅光电池的开路电压与光照是一种非线性关系，当光照强度在200勒克斯时就趋向饱和。而短路电流在很大的范围内与光照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究，因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。需要说明的是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。实验时外负载电阻<15Ω时，就认为是短路电流，而>5.0K时，就认为是开路电压。经实验证明外负载越小线性度越好。 不同颜色的光有不同的波长，因此光电池的光照频率也不同，光电池的频率特性是指输出电流随调制光的频率变化的关系，图3分别表示硅光电池与硒光电池的频率响应曲线，可见硅光电池有较好的频率特性，而硒光电池则较差。太阳能辐射能量主要集中在1.3-32um的波长范围，表面温度近6000K的太阳能辐射出的能量95%以上的部分分布在波长小于2um的光谱范围。而对于温度为几百K的物体其辐

光电技术与实验

《光电技术》课程是光电信息科学与工程类专业(包括光信息科学与技术、电子信息科学与技术、电子科学与技术、信息工程、测控技术与仪器、光电信息工程和应用物理学)的专业基础必修课。是一门以光电子学为基础，将光学技术、现代微电子技术、精密机械及计算机技术紧密结合，成为获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。对培养光电信息科学与工程类人才的基本工程技术能力非常重要。 它将电子学中的许多基本概念与技术移植到光频段，解决光电信息系统中的工程技术问题。这一先进技术使人类能更有效地扩展自身的视觉能力，使视觉的长波延伸到亚毫米波，短波延伸紫外、X射线、射线，乃至高能粒子，并可在飞秒级记录超快现象的变化过程。光电技术在现代科技、经济、军事、文化、医学等领域发挥着极其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是当今世界争相发展的支柱产业，是竞争激烈、发展最快的信息技术产业的主力军。光电技术迅速发展，半导体激光器、上千万像素的CCD与CMOS固体图像传感器、PIN与APD光电二级管及液晶显示等在工业与民用领域随处可见，热成像技术也已广泛应用于军事和工业领域。光电技术不断渗透到国民经济的各个方面，成为信息社会的支撑技术之一。该课程以基本物理理论为基础，讲解光电器件的工作原理及特性，使学生掌握应用这些光电器件的方法。在光电变换与信号处理中，以光电器件的应用为主导，课堂讲解与辅助作业相结合的形式，引导学生应用光电器件来解决光电变换与信号处理问题，使学生能够把握光电技术的总体框架，有兴趣、有信心地投入到创新活动实践中，培养学生独立思考的习惯和解决实际工程问题的能力。 在教育部高等学校光电信息科学与工程类专业指导性专业规范中，《光电技术与实验》是该类专业的专业基础必修课。因此，我校光信息科学与技术、电子信息科学与技术及电子科学与技术等专业自2000年起开设了《光电技术》课程并延续至今。我院的光信息科学与技术、电子信息科学与技术两个专业都开设了光电技术课程，内容主要是光电器件和红外，但在理论深度和范围上有所区别，光信息科学与技术专业由于开设了光学、半导体光电子学等课程，有良好的基础，因为课程的理论深度更深，涉及的光电技术领域也更广。此外，对于光信科和电信科两个专业，讲授内容方面各有侧重，对光信息专业，在光电器件方面讲授的内容多一些。 为适应新世纪人才培养，2004年学校对本科教学计划进行了较大的调整，为了适应新的改革形势，保证教学质量，我院将光电信息科学类课程整合作为一个重要教研项目进行立项研究，这次调整强调了光电技术课程的重要性，在“厚基础、宽口径”的培养战略指导下，搭建起以光电技术为核心的光信息平台，作为光信息科学与技术专业的专业必修课。光电技术课程理论课学时调整到40学时，实验部分单独设课，加强到24学时，强化了综合实验的内容，强调基本技能训练和学生综合能力的培养，并使学生的创新意识和动手能力得到训练和加强。同时为适应课程的改革需要，光电技术课程组自编了《光电信息技术实验》和《光电技术》部分讲义，实验教材中突出了与信息学科相关的光电技术知识以及光电器件在信息技术中的应用知识。目前光电信息技术实验作为开放性实验面向全校供相关专业选修。 近10年来，伴随着专业建设和发展，光电技术课程已发展成为拥有一支素质良好、勇于创新的教师队伍，先进的教学体系、教学方法和教学手段的重要基础课程，光电技术课程建设和发展将为培养面向二十一世纪的新型复合型人才做出更大的贡献。

《光电子技术实验》指导书

《光电子技术实验》指导书 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 2010年12月 实验规则及注意事项 由于本实验课所用设备属于高技术实验系统，许多组件价格昂贵，易于损坏，所以实验者在做实验前应该充分复习实验大纲上的内容，实验者在做实验时应注意以下几点事项： 1．操作光纤时应注意不能用力拉扯光纤，不能随意弯曲光纤。实验时不要用手碰动与实验无关的光纤部分。 2．实验调节电流时注意不要使工作电流超过限额。电流过大有可能损坏光源和光探测器以及其它有源器件。 3．不能直视光纤、激光器出射的光束！ 4．调节光学微调架时要小心、轻力，严禁强力搬拧光学微调架。 目录 实验1：光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 (4) 实验2：光纤温度传感系统特性实验 (8) 实验一.光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 一．实验目的 （1）了解提高光源与光纤耦合效率的原理及方法。重点掌握光路调整及光纤处理的基本方法。

（2） 了解光纤损耗的定义，掌握光纤衰减的测试方法。 二． 实验原理 1． 光源与光纤耦合调整实验原理 （1） 直接耦合：这种方法将光纤的端面直接靠近光源的发光面，为了保证耦合 的效率，光纤的端面必须经过特殊处理，而且光纤端面与光源发光面的距离要尽可能的近。光源的发光面不应该大于纤芯的横截面面积，这是为了避免较大的耦合损耗。通常带尾纤的光源都使用这种耦合方式。这种耦合方法对光源耦合封装工艺技术要求较高。 （2） 使用透镜耦合：具体方法描述如下——将光源发出的光通过透镜聚焦到光 纤的纤芯上，可以使光源与光纤的耦合效率提高。具体原理见图1。 五维调节架五维调节架 图1.透镜耦合 （3） 利用五维调节架对光纤入端及出端进行位置调整，使输出功率达到最大。 （4） 耦合效率的计算（适合所有的耦合方法）： 2 1P P ≡η 其中P 1为输出功率，P 2为输入功率。 2． 光纤损耗特性测量实验 光纤衰减是光纤中光功率减少量的一种度量，它取决于光纤的工作波长类型和长度，并受测量条件的影响。

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：

最新光电显示技术实验讲义

光电显示技术实验讲 义

实验一有机发光器件（OLED）参数测量 一、实验目的： 1.了解有机发光显示器件的工作原理及相关特性； 2.掌握OLED性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 1979年，柯达公司华裔科学家邓青云（Dr. C. W. Tang）博士发现黑暗中的有机蓄电池在发光，对有机发光器件的研究由此开始，邓博士被誉为OLED之父。 OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。OLED用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。

图1：OLED结构示意图 与LCD相比，OLED具有主动发光，无视角问题，重量轻，厚度小，高亮度，高发光效率，发光材料丰富，易实现彩色显示，响应速度快，动态画面质量高，使用温度范围广，可实现柔软显示，工艺简单，成本低，抗震能力强等一系列的优点。 如果一个有机层用两个不同的有机层来代替，就可以取得更好的效果：当正极的边界层供应载流子时，负极一侧非常适合输送电子，载流子在两个有机层中间通过时，会受到阻隔，直至会出现反方向运动的载流子，这样，效率就明显提高了。很薄的边界层重新结合后，产生细小的亮点，就能发光。如果有三个有机层，分别用于输送电子、输送载流子和发光，效率就会更高。 为提高电子的注入效率，OLED阴极材料的功函数需尽可能的低，功函数越低，发光亮度越高，使用寿命越长。可以使用Ag 、Al 、Li 、Mg 、Ca 、In等单层金属阴极，也可以将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成合金阴极。如Mg: Ag（10: 1），Li:Al (0.6%Li)，功函数分别

光电信息技术实验

光电信息实验（二）学生姓名：代中雄 专业班级：光电1001 学生学号：U201013351 指导老师：黄鹰&陈晶田

实验一阿贝原则实验 一、实验目的 1.熟悉阿贝原则在光学测长仪中的应用。 二、基本原理 1.阿贝比较原则 万能工具显微镜结构及实物图所示。 万能工具显微镜的标准件轴线与被测件轴线不在一条直线上，而处于平行状况。产生的阿贝误差如下： 1=tan a δ? g 35 =(13215) a??? +++??? g a? ≈g 一阶误差，即阿贝误差 2．结论 1）只有当导轨存在不直度误差，且标准件与被测件轴线不重合才产生阿贝误差（一阶误差）。 2）阿贝误差按垂直面、水平面分别计算。 3）在违反阿贝原则时，测量长度为τ的工件所引起的阿贝误差是总阿贝误差的L τ。 4）为了避免产生阿贝误差，在测量长度时，标准件轴线应安置在被测件轴线的延长线上（阿贝原则）。

5）满足阿贝原则的系统，结构庞大。 3.阿贝测长仪 阿贝测长仪中，标准件轴线与被测件轴线为串联形式，无阿贝误差，为二阶误差，计算形式如下： 22=C ?δ 三、 实验内容 1. 万能工具显微镜进行测长实验 1）仪器：万能工具显微镜，精度：1微米。 用1元、5角、1角的硬币，分别测它们的直径，用数字式计量光栅读数及传统的目视法读数法。每个对象测8次，求算数平均值和均方根值。 2）实验步骤： 瞄准被测物体一端，在读数装置上读一数；瞄准被测物体另一端，在读数装置上再度一数（精度1微米）；两次读数之差即为物体长度。 3）实验结果： 数据处理： 由8次测量结果可以算出硬币的平均直径，算数平均值： ()1 11.45311.45111.45611.45811.46411.43811.44511.4508 11.452D mm =?+++++++=

光电效应的应用

University 《近代物理实验》课程论文 光电效应的应用 学院： 专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 二〇一四年五月

光电效应的应用 1887年赫兹在做电磁波的发射与接收实验中，他发现当紫外光照射到接收电极的负极时，接收电极间更易于产生放电，即光生电。1900年普朗克在研究黑体辐射问题时，将能量不连续观点应用于光辐射，提出了“光量子”假说，从而给予了光电效应正确的理论解释。1905年爱因斯坦应用并发展了普朗克的量子理论，首次提出了“光量子”的概念，并成功地解释了光电效应的全部实验结果。密立根经过十年左右艰苦的实验研究，于1916年发表论文证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测定了普朗克常数。 光电效应实验和光量子理论在物理学的发展史中具有重大而深远的意义。如今光电效应已经广泛地应用于现代科技及生产领域，利用光电效应制成的光电器件（如光电管、光电池、光电倍增管等）已广泛用于光电检测、光电控制、电视录像、信息采集和处理等多项现代技术中。 1.光控制电器 在工业制造上，大部分光电控制的设备都要用到光控制电器。它包括电磁继电器、光电管、放大电路和电源等部件。如下图所示，当有光照在光电管K上时，便产生了电流，经过放大器后，使电磁铁M磁化，从而把衔铁N吸住。而当K上没光照射时，光电管电路就没有了电流，这时M和N便会自动离开。在实际的应用中，为了使射出的光线是一束平行光，我们把光源装在平行光管内，这样的平行光管在工程上称为发射头。光电管（多数情况下是用光敏二极管）也装在一个光管内（管末端装有聚光透镜），这种管在工程上称为接受头。 利用光电管制成的光控制电器，可以用于自动控制，如自动计数、自动报警、自动跟踪等等。如记录生产线上的产品件数。我们把产品放在传送带上，跟着传送带一起运动。在传送带的两则分别装上发射头和接收头。发射头所发射的平行光正好射入接收头。这时从发射头发出的光线射入接收头时，电路中所产生的电流，经过放大器放大，使电磁铁M磁化，吸引衔铁N，这时计数器的齿轮被卡住，计数器不发生动作。每逢产品把光线挡住的时候，电路中的电流就会消失，电磁铁自动放开衔铁，使计数器的齿轮转过一齿。这样，计数就自 动地把产品的数目记录下来。]1[ 2.光电倍增管在电视图像中应用

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 S e Ee φ= 或 )(lx S v Ev 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 2 lx l Iv 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。 (2)测量发光管未点亮时的暗背景照度。 (3)测量同一距离、同一LED 的照度值随电流变化的情况。记录实验数据。 (4)调节LED 与照度探测器间的距离，重复步骤(3)。记录实验数据。 (5)更换不同的LED ，重复步骤(3)和(4)。 (6)测量遮罩时红光LED 的照度值和与探测器间距的关系，实验步骤类似，注意保持LED 电流不变。记录实验数据。 (7)关机结束实验。 五、数据处理 (1)测量不同距离、不同LED 光照度参数的测量 背景光强：Evb=7.35×10 Lx

生活中的光电系统实例

生活中的光电系统实例 ——《光电技术与实验》姓名：王泽颖学号：20080244 班级：01410801 光电产业的分类 关于光电产业的分类，目前没有统一的标准。根据国内外科技和产业界的一般看法，光电产业可划分为九类行业，即光电元器件、光电显示、光输入／输出、光存储、光通信、激光、光伏发电、半导体照明、光电周边产品（主要是光电产品专用制造设备等）。 北京光机电一体化产业基地 北京以位于通州区的北京经济技术开发区为主，建立光机电一体化产业基地。光机电一体化产业是北京市发展奥运经济的重点行业和主导产业之一，在加速推进建设光机电一体化基地的同时，重点发展数控机床及先进制造设备，激光加工设备；智能化仪器仪表及设备、机器人、印刷设备；新一代医用治疗诊断仪；和光电子器件；数码摄像机、数码投影机等；和微电子制造专用设备等。充分发挥京东方、清华紫光、联想和北大方正等一批知名企业的带动作用，尽快形成产业规模，满足国民经济和奥运会等体育赛事的需要。 生活中的光电系统应用实例——太阳能路灯 刚刚过去的这个暑假，因为每天要骑半小时车去北航那边学英语，所以路上有很多时间观察生活。在途中的一条比较宽敞，采光充足的马路上，有一列太阳能路灯。太阳能电池板几乎与正午时最强的光线垂直，以便采集到最多的光能。这便是光电转换的一个典型例子。太阳能路灯的主要原理是光伏发电。 光伏发电的工作原理 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是少受地域限制，因为阳光普照大地

光电技术实验指南

光电技术 实验指南 上实验课前务必仔细阅读本实验讲义

目录 前言……………………………………………………………………………………………错误!未定义书签。 目录 (3) 第一章产品说明书 (4) 第二章实验指南 (6) 实验一光电基础知识实验 (5) 实验二光敏电阻实验 (11) 实验三光敏二极管的特性实验 (15) 实验四光敏三极管特性实验 (19) 实验五光开关实验（透射式） (23) 实验六红外线光电开关 (25) 实验七光电池实验 (258) 实验八热释电红外传感器实验 (30) 实验九光源及光调制解调实验 (33) 实验十 PSD位置传感器实验 (36)

第一章CSY2000G光电传感器实验仪说明 CSY2000G光电传感器实验仪主要有主机箱、传感器装置、实验模板、实验桌四大部分组成 （一）主机箱：供电电源AC220V，50HZ。额定功率200W。 1、有实验所需的电源、压力源 0-12V连续可调直流稳压电源。 0-5V连续可调直流稳压电源。 ±15V、+12V、+5V稳压电源。 2、显示压力源：气压量程4-20KPa（通过调节玻璃转子流量计、旋钮、气压输出大小可调） 电流表：DC20μA-20mA(量程三档切换) 电压表：DC200mV-20V（量程三档切换) 光功率计：1999mW 光照度计：1999Lx 频率/转速表：f：0-9999Hz、n：0-9999 r/min 计时器（秒表）：9999S 气压表:4-40 KPa 3、温控仪： PID位式调节仪：0-2000C （二）传感器装置 光学传感器由底座，升降支架、遮光筒、滑轨等组成，可卸式活动安装各种光电器件探头，光源等。 1、光敏器件及传感器 光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 红外光敏二极管（光接受）

光电技术综合实验

光电技术综合实验——光电相位探测传感器设计 班级：光通信082 姓名： 学号： 指导老师：张翔

光电相位探测传感器的重要意义： 基于光电探测技术检测输出波前相位特性，对改善光束的质量有着重要的意义。光波在大气中传输会受到大气湍流、温度等因素的影响，使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象。为了改善光束的质量，主动光学诞生了，在观测过程中内置的光学修正部件对像质进行自动调整，即自适应光学。目前探测波前扭曲程度的传感器主要有两类：沙克-哈特曼（Shack-Hartmann）波前传感器，它通过由每一个附属的图像探测器产生的参考星星像来探测实际波前的扭曲情况。另一个是曲率探测系统，它的改正是通过双压电晶片自适应透镜来完成的，透镜由两个压电平面组成。 大气湍流将使在大气中传输的光波的光束质量明显变坏，产生波前相位畸变；自适应光学系统可以对畸变的光波相位波前进行实时探测、波前复原和预先进行实时的波前校正，从而显著改善到达靶面的光束质量。光波相位的探测，进而控制光波的相位来提高光束的质量。 一、设计目的与要求 1、设计目的 利用所学知识设计光电相位探测传感器，着重研究其前端激光器及光电探测模块。 2、设计内容 ①光电相位探测器器的基本结构及原理示意图 ②光电相位探测传感器的构成 ③掌握激光器的的组成，和各组件的作用，特别是前端激光器和光电探测模块 ④阐述高斯匹配问题 ⑤定性绘出采用圆形镜稳定腔He-Ne激光器输出光强分布特性，并对模式特性进行细致阐述 ⑥叙述扩束系统的结构形式 ⑦微透镜器件基本原理和参数选取 ⑧光电探测器件的分类 二、光电相位探测器的基本结构及原理示意图 1、基本结构 （1）光学匹配系统：将入射光束的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。 （2）微透镜阵列：将入射光瞳分割，对分割后的入射波波前成像。 （3）光电探测器：接收光电信号，目前多用CCD探测器。 （4）图像采集卡：微透镜阵列与光电探测器之间加入匹配透镜。 （5）数据处理计算机：通过数据处理，进一步得到波前相位分布。 （6）光波相位模式复原软件等。

光电技术实验三蔡成灼

哈尔滨理工大学 实验报告 课程名称：光电技术 学院：自动化学院专业班级：电技12-3班学生姓名：蔡成灼 学号：1212020301 指导教师：王宏民

实验三 一、实验目的 本实验采用以STC实验箱4在完成红外遥控信号的NEC编码接收的基础上，完成红外遥控信息NEC编码的发射。 1、进一步熟悉和掌握STC单片机硬件环境下的红外遥控信息发射与接收； 2、完成采用NEC编码的信息发射程序设计，并通过程序设定来改变用户码的设定； 3、完成程序设计和调试任务。 二、实验内容 １、熟悉ＫＥＩＬｕＶｉｓｏｎ４环境下的软件设计； ２、熟悉ＳＴＣ实验箱，完成系统配置和程序下载运行； ３、学习并熟悉ＮＥＣ编码 ４、设计完成红红外发射程序。 5、完成用户码的修改设置，将用户码修改为2015 6、完成程序验证，给出验证结果。 三、实验步骤指导 1、建立工程，编辑源程序； 2、添加STC15FXXXX.H 文件 3、运行、调试程序。注意各个窗口的观察方法； 4、下载程序到单片机的程序存储器中 5、运行测试： （1）接收NEC遥控器编码数据 （2）通过实验箱键盘发送数据/接收数据 记录实验过程，并截图

四、实验结果 创建工程并导入源文件编译成功后，将生成的HEX文件导入STC-ISP软件中并通过USB 线下载至实验箱。此次实验需要两台实验箱，故在程序的相应位置修改用户名为自己的用户码，格式为“年级-学号”，此处我的为1217。 修改用户码：高四位赋值年级，第四位赋值学号 下载成功截图：

下载成功后运行截图： 发送接收A实验者用户码：（1217 18） 发送接收B实验者用户码：（1117 13） 注意事项：涉及下载硬件的实验，都必须注意ISP软件上晶振频率和程序中初始化代码里写的一致，否则无法下载。还有就是软硬件型号的匹配。本实验的源文件保存格式为C，我在一开始时以asm保存结果无法创建工程。

光电信息技术实验指导书word资料13页

光电信息技术实验指导书 光通信系 2019年8月

实验一光纤活动连接器插入损耗及回波损耗测试实验 一、实验目的 1、认知光纤活动连接器（法兰盘）。 2、了解光纤活动连接器在光纤通信系统中的作用。 二、实验内容 1、认识和了解光纤活动连接器及其作用。 2、测量光纤活动连接器的插入损耗。 三、实验器材 1、主控&信号源、25号模块各1块 2、23号模块（光功率计）1块 3、连接线若干 4、光纤跳线2根 5、光纤活动连接器（法兰盘）1个 6、Y型分路器1个 四、实验原理 光纤活动连接器即光纤适配器，又叫法兰盘，是光纤传输系统中光通路的基础部件，是光纤系统中必不可少的光无源器件。它能实现系统中设备之间、设备与仪表之间，设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的活动连接，以便于系统接续、测试、维护。它用于光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件。它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。 目前，光纤通信对活动连接器的基本要求是：插入损耗小，受周围环境变化的影响小；易于连接和拆卸；重复性、互换性好；可靠性高，价格低廉。 光连接器的指标有：插入损耗、回波损耗、重复性和温度范围等。 I、插入损耗测试 光纤活动连接器插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的分贝数，计算公式为： IL＝10lg（P0/P1） 其中P0为输入端的光功率，P1为输出端的光功率，功率单位W。

设备自带的功率计组成架构图 插入损耗实验测试框图a 插入损耗实验测试框图b 光纤活动连接器的插入损耗越小越好。光纤活动连接器插入损耗测试方法为：如上述实验测试框图所示，（图B）向光发端机的数字驱动电路送入一伪随机信号，保持注入电流恒定。将活动连接器连接在光发机与光功率计之间，记下此时的光功率P1；（图A）取下活动连接器，再测此时的光功率，记为P0，将P0、P1代入公式即可计算出其插入损耗。 II、回波损耗测试 活动连接器的回波损耗：向光发端机的数字驱动电路送入一伪随机信号，保持注入电流恒定。按下图所示组成的回波损耗测试系统，按图A测得此时的光功率为P1。将活动连接器按图B接入。测得此时的光功率为P2，将P1、P2代入公式 即可计算出其回波损耗。 回波损耗测试框图A 回波损耗测试框图B 五、注意事项 1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。 2、不要带电插拔信号连接导线。 六、实验步骤 注：建议实验前先了解和学习系统中光功率计的搭建和使用方法。 A、光纤活动连接器插入损耗测量 1、系统关电，依次按下面说明进行连线。 （1）用连接线将主控信号源模块的PN，连接至25号模块的TH2数字输入端。 （2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信

光电课程设计报告

课程设计总结报告 课程名称：《光电技术》课程设计学生姓名：汤备 系别：物理与电子学院专业：电子科学与技术指导教师：徐代升 2010年07 月02日

目录 一、设计任务书 (3) 1、课题 (3) 2、目的 (3) 3、设计要求 (3) 二、实验仪器 (3) 三、设计框图及整体概述 (4) 四、各单元电路的设计方案及原理说明 (4) NE定时器构成多谐振荡器作调制电源 (5) 1、用555 NE电路结构 (5) （1）555 NE定时器组成的多谐振荡器 (5) （2）由555 （3）发射端电路 (6) LF放大器构成接收放大电路 (7) 2、用353 （1）光放大器 (7) （2）光比较放大器 (7) 五、调试过程及结果 (8) 1、调试的过程及体会 (8) 2、调试结果 (9) 六、设计、安装及调试中的体会 (9) 七、对本次课程设计的意见及建议 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 (10) 1、整体电路图 (10) 2、课程设计实物图 (10) 3、元器件清单 (11)

一、设计任务书 1、课题 光电报警系统设计与实现。 2、目的 本课程设计的基本目的在于巩固电子技术、光电技术、感测技术以及传感器原理等方面的理论知识，从系统角度出发，培养综合运用理论知识解决实际问题的能力，并养成严谨务实的工作作风。通过个人收集资料，系统设计，电路设计、安装与调试，课程设计报告撰写等环节，初步掌握光电系统设计方法和研发流程，逐步熟悉开展工程实践的程序和方法。 3、设计要求 （1）基本要求 NE构成占空比为0.5多谐振荡器作发光二极管的调制电源，并对参用555 LM构成比较放大器进行报警电路设计；画出所数选择进行分析说明；选用324 做实验的全部电路图，并注明参数；记录调试完成后示波器输出的各测量点电压波形。 （2）扩展要求（选做） 分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施；设想光电报警系统的应用场合，并根据不同应用提出相应电路的设计方案。如需要闪烁报警，电路如何设计？ 二、实验仪器 多功能面包板………………………………………………………………1块TDS.60MHz.1Gs s双通道数字存储波示器………………………1台1002 YB A A直流稳压电源…………………………………………………1台 17333 万用表………………………………………………………………………1台

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：

光电检测技术实验讲义

光电检测技术实验指导书 电气工程学院

目录 实验一半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量 (2) 实验二半导体激光器输出光谱特性曲线的测量 (9) 实验三光电探测原理及特性测试（综合性） (13) 实验四* CCD输出特性及二值化处理实验 (22) 实验五 PSD位移传感器特性实验 (28) 实验六反射式光纤位移传感器原理及定标实验 (32) 实验七光电报警系统设计（设计性） (38)

实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量 一、实验目的 测试半导体激光器工作域值，测量输出功率－电流（P-I ）特性曲线和输出功率的稳定性，从而对半导体激光器工作特性有个基本了解。 二、实验内容 1、测试YSLD3125型半导体激光器工作域值。 2、测试YSLD3125型半导体激光器输出功率与电流（P-I ）特性曲线。 3、测试YSLD3125型半导体激光器注入电流为30mA 时输出功率的稳定性。 三、实验仪器 1、YSLD3125型半导体激光器（带尾纤输出，FC 型接口） 1只 2、ZY606型LD/ LED 电流源 1台 3、光功率计 1台 4、万用表 1只 四、实验原理 1、激光器一般知识 激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。激光，其英文LASER 就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （受激辐射的光放大）的缩写。 激光的本质是相干辐射与工作物质的原子相互作用的结果。尽管实际原子的能级是非常复杂的，但与产生激光直接相关的主要是两个能级，设E u 表示较高能级，E l 表示较低能级。原子能在高低能级间越迁，在没有外界影响时，原子可自发的从高能级越迁到低能级，并伴随辐射一个频率为 h E E l u /)(-=ν 的光子，这过程称自发辐射。 若有能量为l u E E h -≥ν的光子作用于原子，会产生两个过程，一是原子吸收光子能量从低能级越迁到高能级，同时在低能级产生一个空穴，称为受激越迁或受激吸收，此激发光子消失；二是原子在激发光子的刺激下，从高能级越迁到低能级，并伴随辐射一个频率 h E E l u /)(-=ν 的光子，这过程称受激辐射。 受激辐射激发光子不消失，而产生新光子，光子增加，而且产生的新光子与激发光子具有相同的频率、相位和偏振态，并沿相同的方向传播，具有很好的相干性，这正是我们所需要的。 受激辐射和受激吸收总是同时存在的，如果受激吸收超过受激辐射，则光子数的减少多于增加，总的效果是入射光被衰减；反之，如果受激辐射超过受激吸收，则入射光被放大。实现受激辐射超过受激吸收的关键是维持工作物质的原子粒子数反转分布。所谓粒子数反转分布就是工作物质中处于高能级的原子多于处于低能级的原子。所以原子的粒子数反转分布是产生激光的必要条件。 实现粒子数反转可以使受激辐射超过受激吸收，光在工作介质中得到放大，产生激光，但工作介质的增益都不足够大，若使光单次通过工作介质而要产生较强度的光，就需要很长的工作物质，实际上这

实验一：光电技术创新实训平台

目录 实验仪说明 (2) 实验一、光控开关设计实验 (3) 实验二、光照度计设计实验 (5) 实验三、红外遥控设计实验 (8) 实验四、PSD位移测试设计实验 (16) 实验五、太阳能充电器设计实验 (19) 实验六、光纤位移测量系统设计实验 (24)

实验仪说明 一、产品介绍： 光电技术是光学、电子学和计算机科学知识的高度集中，是跨学科的边缘技术。光电技术广泛应用于工农业和家庭生活等各领域。在这些领域中，几乎都涉及将光辐射信息转换为电信息的问题，即光辐射的检测问题。因此光电检测技术是光电技术的核心和重要组成部分。光电检测具有非接触、实时和高精度等特点，其技术得到迅速发展。光电探测器可将一定的光辐射转换为电信号，然后经过信号处理，去实现某种目的。它是光电系统的核心组成部分，其性能直接影响着光电系统的性能。 GCGDCX-B型光电技术创新实训平台针对光电器件应用设计而开发，提供多种光电器件的应用模块、设计模块、以及设计中所需要的电子元器件，并配备有各种电源接口。学生根据所提供的实验模块进行设计，或根据所提供的实验模块进行二次开发，提高学生动手动脑能力及创新意识。 二、系统组成： 整个系统分4部分： 1、主机箱：主机箱主要为各设计模块提供电源供给以及模块固定。一个主机箱可以安 放六个设计模块。 2、实验模块：通过各实验模块完成各应用实验。 3、设计性实验物料：二次开发实验用。 4、导轨结构件组件：固定各种光电器件用。

实验一、光控开关设计实验 一、实验目的 1、了解和掌握光敏电阻光控开关应用原理 2、了解和掌握光控开关电路原理 二、实验内容 1、光敏电阻光控开关实验 2、设计性实验 三、实验仪器 1、光电创新实验仪主机箱 2、光控开关实验模块 3、连接线 4、万用表 四、实验原理 1、光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）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）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构很简单，下图（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半 金属电极 导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图（b）所示。图（c）为光敏电阻的接线图。 2、本实验通过改变照射到光敏电阻上光强大小来控制继电器的开关状态，从而控制发光二极管指示灯的亮和灭。

光电仪器实验指导书

实验一简单光控电路的设计及光电传感器技术参数的测定 (设计性实验) [实验目的] 1.掌握常规光功率计，光电探测器等光电仪器的使用。 2.了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光耦的光电特性。 3.掌握简单的光电控制电路的设计。 [实验原理] 光敏电阻：是一种当光照射到材料表面上被吸收后，在其中激发载流子，使材料导电性能发生变化的内光电效应器件，受光照后其阻值会减少。 光敏二极管：是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散得很浅为1um左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗层内。光子入射到耗层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压V BB的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流即光电流。光电流通过外加负载电阻后产生电压信号输出，在使用时一般加反向偏置，可以当光控开关管来使用。 光敏三极管：是一种光生伏特器件，用高阻P性硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散得很浅为1um左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗层内。光子入射到耗层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压V CB的作用下，空穴流向正极，形成了三极管的反向电流即光电流。光电流通过外加负载电阻后产生电压信号输出，可以当光控开关管来使用。 光电耦合器：常用的三极管型光电耦合器原理图如图1.1所示，当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。 图1.1 三极管型光电耦合器原理图 1 / 13