第18章X射线光电子能谱分析 18.1 引言 固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。AES 分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。 X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。 在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6μm大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。计算机系统的广泛采用，使得采样速度和谱图的解析能力也有了很大的提高。 由于XPS具有很高的表面灵敏度，适合于有关涉及到表面元素定性和定量分析方面的应用，同样也可以应用于元素化学价态的研究。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。因此，XPS 方法可广泛应用于化学化工，材料，机械，电子材料等领域。 18.2 方法原理 X射线光电子能谱基于光电离作用，当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收，使得该电子脱离原子核的束缚，以一定的动能从原子内部发射出来，变成自由的光电子，而原子本身则变成一个激发态的离子。在光电离过程中，固体物质的结合能可以用下面的方程表示： E k = hν- E b - φs （18.1）
西安邮电大学 实验报告 课程名称：光电系统嵌入式开发与应用实验 院系名称：电子工程学院光电子技术系 学生姓名：郭欣（27） 专业名称：光电信息科学与工程 班级：光电1308 指导教师：余娟
时间：2015年月日至2015年月日实验三：红外报警系统 一、实验目的 1、了解发光二极管的具体应用； 2、练习自拟简单的光电系统试验； 3、了解主动式和被动式光电报警系统设计原理； 4、利用单片机进行数据采集与分析并进行声音和光报警。 二、实验器材 1、51开发板一套； 2、TSAL6200为红外发光二极管； 3、HS0038B红外一体化接收头。 三、实验原理 1、主动式红外报警
主动红外入侵报警器是由发射部分和接收部分组成，发射部分是由发光源、光源驱动组成；接收部分是由光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。 工作思路为：由接收部分中的红外光电传感器把光信号转换成电信号，经过电路处理后传给报是一种红外线光束遮挡型报警器，发射部分中的红外发光二极管在驱动的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在～微米之间)，经过防范区到达接收部分，构成了一条警戒线。正常情况下，接收部分收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收部分收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。 2、应用器件介绍 发射部分和接收部分均采用单片机进行控制，红外发射和接收采用与红外遥控相同的红外发射接器件。发射部分主要器件为TSAL6200，接收部分主要器件为HS0038B。 （1）TSAL6200为红外发射二极管，波长为940nm。 （2）HS0038B为一红外一体化接收头，其内部接收红外信号频率为38kHz，周期约26μs，它同时对信号进行放大、检波、整形得到TTL 电平的编码信号，再送给单片机。管教图如下
射线光电子能谱分析 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
X射线光电子能谱分析 一、固体表面的分析 固体不同于气体、液体，不具有流动性，在一定应力的作用下也不会发生明显的形状改变。固体的表面也与液体表面不同，不存在理想的平滑表面。固体表面厚度定义为5倍于原子或分子的直径：对于原子结构的固体物质，铁、硅，表面约为1 nm；对于分子结构的固体物质，如聚合物，其表面是5倍单体的厚度，约为5～10 nm；实际测样中，有时指1个或几个原子层，有时指厚度达微米级的表层。 大多数固体表面，在组分上或结构上都是和体内不一样的。（1）组分不同。对很多合金，某些元素会在表面富集，称为表面偏析或分凝，掺杂生长的晶体也有这种现象。Cu－Ni合金中，在表面20个原子层中Cu的含量是体内的5倍。表面还可以吸附外界的原子，而这些外来原子与体内不同，不仅能在表面形成吸附层，还可以在表面生成化合物。（2）表面的排列与体内不同。晶体中的原子处于有规律的周期性排列状态，而在表面这种周期突然中断，表面出现重构和驰豫现象。重构指的是表面最外层原子的排列与体内不同。而驰豫指的是表面原子所处的力场与体内原子不同，因此表面原子会发生相对于正常位置的上移或下移，以此来降低体系能量的现象。晶体表面原子周期性的突然中断还会使表面出现各种缺陷，例如台阶、弯折、重位、凸沿等等，而这些缺陷往往是吸附活性点，对催化等非常重要。（3）表面的电子结构与体内原子结构不同。每个原子/离子在体内的都是有规律地排布，从空间上讲是电子处于一种平衡状态，而表面原子从空间分布上至少是缺一个方向的平衡（面、棱、角），电子云的分布也不相同。因此，表面的原子比体内原子活性更大。 由于表面和体内具有上述不同之点，使得表面许多物理、化学性质，如光学、电学、磁学、热学、机械、化学活动性等性质与体内不同。对于表面的这些性质的研究能揭露一些表面现象的本质。例如催化与表面吸附层和表面原子结构的关系等。其他还有表面钝化、活化、腐蚀、脆性、发光等现象，因此对“表面”的研究，不仅是一种基础理论工作，而且其潜在的实际应用价值也很大。 由于被分析的深度和侧向范围是如此浅薄和细微，被检测信号来自极小的采样体积，信息强度十分微弱，重复性差，对分析系统的灵敏度要求也很高。所以，直到六十年代前后，随着超高真空和电子技术的突破，才使表面分析技术迅速发展起来。
《光电子学》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学 2013年4月
前言 在现代通信系统中，利用光电子技术实现无线通信，保证通信的有效性是未来通信领域的一门新兴技术和发展方向。二十世纪下半叶，半导体的研究导出了微电子集成电路，同时也制造出了光电器件，它们对信息技术和计算机技术产生了极大的影响，由于微电子技术在向“微”方向的发展上不久将接近极限，而光电子技术还会继续向纵深发展，其应用面将会进一步扩大。 由于光通信具有波束隐蔽、接收天线小、通信速率高、抗电磁干扰和保密性强等优点，1960年激光出现以来，激光技术以其强大的生命力推动着光电子技术的发展，它在民用、医疗和军事方面都得到广泛应用，激光探潜、激光雷达、激光成像、激光测距、激光跟踪、激光制导等技术不断涌现，尤其近几年开展的大气光通信和水下光通信都有较好的实际应用，可以说二十一世纪是光电子技术的时代。 由于光电子技术是一门内容广泛的技术科学，而实验是课堂教学的延伸，通过基本实验可加深对课堂内容的理解，提高同学们的系统概念和实际操作能力，为日后工作和科学研究打下良好的基础。
光束调制 一、 实验目的 1、 理解电光转换的机理，了解内调制和外调制的实现方法。 2、 掌握光束的衍射角的定义和计算。 3、 熟悉常用电光器件和光测试设备的使用。 二、 实验内容及要求 1、 完成光束的直接光强度调制和声光调制。 2、 测试声光调制器的插入损耗和衍射角。 三、 实验原理及步骤 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，并与无线电波相似。按其工作波长的不同可分为红激光（632nm ）、绿激光（532nm ）、蓝激光（473nm ）三种，将信息加载于激光（载波）的过程称为调制，起控制作用的低频信息称为调制信号。 光波的电场强度为 )cos()(C C C A t E ?ω+= 应用某种物理方法改变光波的振幅（Ac ）、频率（C ω）、相位(C ?)、强度和偏振等参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制。 根据调制器与激光器的关系，激光束调制的方法可分为内调制（直接调制）和外调制（间接调制）两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制，主要用于光通信的注入式半导体光源中。外调制是指激光形成后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。根据调制信号的不同类型，直接调制可分为模拟调制和数字调制两种，它们都是对光源进行直接强度调制，调制后的输出光功率是随调制信号而变化的。 声光调制器是由声光介质、电－声换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组成，声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。当一束光通过变化的声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，衍射光的强度随超声波强度的变化而变化，调制信号是以电信号（幅度）形式作用于电－声换能器上，再转换为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。声光调制器原理如图1，直接强度调制原理如图2， 开关K 是连续光和脉冲光的切换开关。
X射线光电子能谱分析 一、固体表面的分析 固体不同于气体、液体，不具有流动性，在一定应力的作用下也不会发生明显的形状改变。固体的表面也与液体表面不同，不存在理想的平滑表面。固体表面厚度定义为5倍于原子或分子的直径：对于原子结构的固体物质，铁、硅，表面约为1 nm；对于分子结构的固体物质，如聚合物，其表面是5倍单体的厚度，约为5～10 nm；实际测样中，有时指1个或几个原子层，有时指厚度达微米级的表层。 大多数固体表面，在组分上或结构上都是和体内不一样的。（1）组分不同。对很多合金，某些元素会在表面富集，称为表面偏析或分凝，掺杂生长的晶体也有这种现象。Cu－Ni合金中，在表面20个原子层中Cu的含量是体内的5倍。表面还可以吸附外界的原子，而这些外来原子与体内不同，不仅能在表面形成吸附层，还可以在表面生成化合物。（2）表面的排列与体内不同。晶体中的原子处于有规律的周期性排列状态，而在表面这种周期突然中断，表面出现重构和驰豫现象。重构指的是表面最外层原子的排列与体内不同。而驰豫指的是表面原子所处的力场与体内原子不同，因此表面原子会发生相对于正常位置的上移或下移，以此来降低体系能量的现象。晶体表面原子周期性的突然中断还会使表面出现各种缺陷，例如台阶、弯折、重位、凸沿等等，而这些缺陷往往是吸附活性点，对催化等非常重要。（3）表面的电子结构与体内原子结构不同。每个原子/离子在体内的都是有规律地排布，从空间上讲是电子处于一种平衡状态，而表面原子从空间分布上至少是缺一个方向的平衡（面、棱、角），电子云的分布也不相同。因此，表面的原子比体内原子活性更大。 由于表面和体内具有上述不同之点，使得表面许多物理、化学性质，如光学、电学、磁学、热学、机械、化学活动性等性质与体内不同。对于表面的这些性质的研究能揭露一些表面现象的本质。例如催化与表面吸附层和表面原子结构的关系等。其他还有表面钝化、活化、腐蚀、脆性、发光等现象，因此对“表面”的研究，不仅是一种基础理论工作，而且其潜在的实际应用价值也很大。 由于被分析的深度和侧向范围是如此浅薄和细微，被检测信号来自极小的采样体积，信息强度十分微弱，重复性差，对分析系统的灵敏度要求也很高。所以，直到六十年代前后，随着超高真空和电子技术的突破，才使表面分析技术迅速发展起来。 用一束“粒子” 作为探针来探测样品表面，探针可以是电子、离子、光子、中性粒子、电场、磁场、热或声波，在探针作用下，从样品表面发射或散射粒子或波，它们可以是电子、离子、光子、中性粒子、电场、磁场、热或声波。检测
X射线光电子能谱分析 1 引言 固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特别是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。目前常用的表面成分分析方法有：X射线光电子能谱（XPS）, 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。AES分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。SIMS和ISS由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。但近年随着飞行时间质谱（TOF-SIMS）的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。本章主要介绍X射线光电子能谱的实验方法。 X射线光电子能谱（XPS）也被称作化学分析用电子能谱（ESCA）。该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn教授发展起来的。由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，Kai Siegbahn获得了诺贝尔物理奖。三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。 在XPS谱仪技术发展方面也取得了巨大的进展。在X射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X射线源；X射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到6 m 大小, 使得XPS在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。图像XPS技术的发展，大大促进了XPS在新材料研究上的应用。在谱仪的能量分析检测器方面，也从传统的单通道电子倍增器检测器发展到位置灵敏检测器和多通道检测器，使得检测灵敏度获得了大幅度的提高。计算机系统的广泛采用，使得采样速度和谱图的解析能力也有了很大的提高。 由于XPS具有很高的表面灵敏度，适合于有关涉及到表面元素定性和定量分析方面的应用，同样也可以应用于元素化学价态的研究。此外，配合离子束剥离技术和变角XPS技术，还可以进行薄膜材料的深度分析和界面分析。因此，XPS方法可广泛应用于化学化工，材料，机械，电子材料等领域。 2 方法原理 X射线光电子能谱基于光电离作用，当一束光子辐照到样品表面时，光子可以被样品中某一元素的原子轨道上的电子所吸收，使得该电子脱离原子核的束缚，以一定的动能从原子内部发射出来，变成自由的光电子，而原子本身则变成
光电子技术基础实验报告 实验题目光敏电阻特性测量实验日期2020.09.04 姓名组别04 班级18B 学号 【实验目的】 1、了解光敏电阻的工作原理和使用方法； 2、掌握光强与光敏电阻电流值关系测试方法； 3、掌握光敏电阻的光电特性及其测试方法； 4、掌握光敏电阻的伏安特性及其测试方法； 5、掌握光敏电阻的光谱响应特性及其测试方法； 6、掌握光敏电阻的时间响应特性及其测试方法。 【实验器材】 光电技术创新综合实验平台一台 特性测试实验模块一块 光源特性测试模块一块 连接导线若干 【实验原理】 光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的载流子使它具有一定的电导，该电导称为暗电导，其倒数为暗电阻，一般的暗电导值都很小（或暗电阻阻值都很大）。当有光照射在光敏电阻上时，电导将变大，这时的电导称为光电导。电导随光照量变化越大的光敏电阻，其灵敏度就越高，这个特性就称为光敏电阻的光电特性，也可定义为光电流与照度的关系。 光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性和非线性），实际上，它的光电特性可用在“恒定电压”下流过光敏电阻的电流IP ，与作用到光敏电阻上的光照度 E 的关系曲线来描述，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。光敏电阻的本质是电阻，因此它具有与普通电阻相似的伏安特性。在一定的光照下，加到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电流之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。 光敏电阻的符号和连接
【实验注意事项】 1、打开电源之前，将“电源调节”处旋钮逆时针调至底端； 2、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进行实验； 3、若照度计、电流表或电压表显示为“1＿”时说明超出量程，选择合适的量程再测量； 4、严禁将任何电源对地短路。 5、仪器通电测试前，一定要找老师检查后方可通电测试。 【主要实验步骤】 基础实验： 组装好光源、遮光筒和光探结构件，如下图所示： 1、打开台体电源，调节照度计“调零”旋钮，至照度计显示为“000.0”为止。 2、特性测试模块的 0-12V（J5）和 GND 连接到台体的 0-30V 可调电源的 Vout+和 Vout- 上。 3、J5连接电流表+极，电流表-极连接光敏电阻套筒黄色插孔，光敏电阻套筒蓝色插孔连接J6，电压表+极连接光敏电阻套筒黄色插孔，电压表-极连接光敏电阻套筒蓝色插孔。光敏电阻红黑插座与照度计红黑插座相连。（RP1的值可根据器件特性自行选取） 4、将光源特性测试模块+5V，-5V和GND连接到台体的+5V，-5V和GND1上，航空插座FLED-IN与全彩灯光源套筒相连接。打开光源特性测试模块电源开关K101，将S601，S602， S603开关向下拨（OFF档），使光照强度为0，即照度计显示为0。 5、将S601，S602，S603开关向上拨（ON档），将可调电源电压调为5V，光源颜色选为白光，按“照度加”或“照度减”，测量照度为100Lx、150Lx、200Lx、250Lx、300Lx、350Lx、400Lx、450Lx、500Lx、550Lx、600Lx电压表对应的电压值U，电流表对应的电流值I，光敏电阻值 RL=U/I。且将实验数据记录于表1-1中： 6、改变电源供电偏压，分别记录电压为 7V 和 9V 时，不同光照度下对应的电流值，并分别记录于表 1-2 及表 1-3 中： 7、保持照度为 100Lx 不变，调节电源供电偏压，使供电偏压为 1V、2V、3V、4V、5V、 6V、7V、8V、9V、10V，分别记录对应的电流值，并记录表 1-4 中： 8、按“照度加”，调节使光照为 200Lx、400Lx，记录同一光照不同电压下对应的电流值，并分别记录表 1-5 至表 1-9 中： 9、使可调电源偏压调为 5V 分别测量不同颜色光在 200 Lx 光照强度下，光敏电阻的电流值，将各个光源 200 lx 照度下光敏电阻的电流值记录在表 1-10 中： 10、将S601，S602，S603开关向下拨（OFF档），将可调电源电压调为5V。将光源特性测试模块的J701与光源特性测试模块的J601，J602，J603插座相连接。观察光源特性测试模块的J701点波形和特性测试模块J6点波形，分析光敏电阻的时间响应特性。 11、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭实验台电源。
第五章光电子能谱分析 一、教学目的 理解掌握光电子能谱分析的基本原理，掌握光电子能谱实验技术，了解光电子能谱仪，了解俄歇电子能谱分析。 二、重点、难点 重点：光电子能谱分析原理、光电子能谱实验技术及应用。 难点：光电子能谱分析原理。 第一节概述 电子能谱是近十多年才发展起来的一种研究物质表面的性质和状态的新型物理方法。这里所谓的表面是指固体最外层的l～10个原子的表面层和吸附在它上面的原子、分子、离子或其他覆盖层，它的深度从小于1到几个nm，或者包括采取剥离技术将表面层沿纵向深度暴露出新的表面。用特殊的手段对这类表面进行分析已形成一门新兴的测试方法，即表面分析法，它在理论上和实际应用上都有广泛的研究领域。表面分析方法在无机非金属材料学科中的应用，例如：研究玻璃表面的刻蚀作用、水泥矿物硅酸钙的水化作用、陶瓷表面和界面、高温超导材料表面的作用等均有重要意义。 一、表面分析可以得到的信息 表面分析是借助于各种表面分析仪，对物体10 nrn以内的表面层进行分析，可得到的信息有： （1）物质表面层（包括吸附层）的化学成分，除氢元素以外的元素都可以从表面分析法获得定性和定量的结果，而X射线能谱分析一般只能分析到原子序数为11以上的元素（最好的仪器可以分析原子序数为4的Be元素）。定量分析也只能达到半定量程度。 （2）物质表面层元素所处的状态或与其他元素间的结合状态和结构，即元素所处的原子状态、价态、分子结构等信息。 （3）表面层物质的状态，如表面层的分子和吸附层分子状态、氧化态、腐蚀状态、表面反应生成物等。 （4）物质表面层的物理性质，这在一般表面分析中虽不是研究的主要内容，但可以得到与表面的元素、价态、结构等信息的关系。 在做表面分析工作时，不仅在制备样品时要求在高真空和超净条件下进行，而且在测试过程中也要注意仪器中的条件，以防止因污染而引起测试误差。 二、表面分析法的特点
第十五章 同步辐射原理与应用简介§ 周映雪 张新夷 目 录 1. 前言 2．同步辐射原理 2.1 同步辐射基本原理 2.2 同步辐射装置：电子储存环 2.3 同步辐射装置：光束线、实验站 2.4 第四代同步辐射光源 2.4.1自由电子激光（FEL） 2.4.2能量回收直线加速器（ERL）同步光源 3. 同步辐射应用研究 3.1 概述 3.2 真空紫外（VUV）光谱 3.3 X射线吸收精细结构（XAFS） 3.4 在生命科学中的应用 3.5 同步辐射的工业应用 3.6 第四代同步辐射光源的应用 4．结束语 参考文献 §《发光学与发光材料》（主编：徐叙瑢、苏勉曾）中的第15章：”同步辐射原理与应用 简介”，作者：周映雪、张新夷，出版社：化学工业出版社 材料科学与工程出版中心；出版日期：2004年10月。
1. 前言 同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好、有时间结构等一系列优异特性，已成为自X光和激光诞生以来的又一种对科学技术发展和人类社会进步带来革命性影响的重要光源，它的应用可追溯到上世纪六十年代。1947年，美国通用电器公司的一个研究小组在70MeV的同步加速器上做实验时，在环形加速管的管壁，首次迎着电流方向，用一片镜子观测到在电子束轨道面上的亮点，而且发现，随加速管中电子能量的变化，该亮点的发光颜色也不同。后来知道这就是高能电子以接近光速在作弯曲轨道运动时，在电子运动轨道的切线方向产生的一种电磁辐射。图1是当时看到亮点的电子同步加速器的照片，图中的箭头指出亮点所在位置。那时，科学家还没有意识到这种同步辐射其实是一种性能无比优越的光源，高能物理学家抱怨，因为存在电磁辐射，同步加速器中电子能量的增加受到了限制。大约过了二十年的漫长时间，科学家（非高能物理学家）才真正认识到它的用处，但当时还只是少数科学家利用同步辐射光子能量在很大范围内可调，且亮度极高等特性，对固体材料的表面开展光电子能谱的研究。随着同步辐射光源和实验技术的不断发展，越来越多的科学家加入到同步辐射应用研究的行列中来，同步辐射的优异特性得到了充分的展示，尤其是在红外、真空紫外和X射线波段的性能，非其他光源可比，很多以往用普通X光、激光、红外光源等常规光源不能开展的研究工作，有了同步辐射光源后才得以实现。到上世纪九十年代,同步辐射已经在物理学、化学、生命科学、医学、药学、材料科学、信息科学和环境科学等领域，当然也包括发光学的基础和应用基础研究，得到了极为广泛的应用。目前，无论在世界各国的哪一个同步辐射装置上，对生命科学和材料科学的研究都具
西安邮电大学 专业课程设计报告书 系部名称： 学生姓名：） 专业名称： 班级： 实习时间：2013年6月3日至2013年6月14日
LED灯泡设计与制作实验报告 【一】项目需求分析 课程设计分为三个独立模块 一、Tracepro学习及操作，完成LED建模与仿真； 二、LED灯泡驱动电路反向设计（完成驱动的原理图设计和PCB版的生成及仿真）； 三、LED球形灯泡焊接制作。 【二】实施方案及本人承担的工作 实施方案： 一、第一步骤是安装tracepro软件，并了解其页面基本情况。 第二步骤是熟悉光学仿真软件Tracepro，完成LED灯珠的光学仿真设计。 第三步骤是掌握LED灯珠设计，并了解实际操作过程原理以及LED二次光学设计基本原理。 二、通过分析现有LED驱动电路，对其进行反向设计，画出其驱动电路，并理解其实现原 理。完成LED驱动电路原理图，并仿真得出其结果 三、焊接完成一个LED灯泡，并能点亮。 本人承担的工作： 在本次专业课程设计中，我和我的搭档从一开始就认真对待。所以每一部分的完成都是我们共同努力的结果。从最开始的LED灯外形的绘制，LED灯珠的光学仿真设计，驱动电路的设计，LED驱动电路原理图，PCB原理图并仿真，我们俩都有完成各自的，在之后的交流和共同学习下完成最好的一份。LDE灯的焊接是我们两共同努力完成的。
【三】程序框图 【四】实验结果 首先我们利用Tracepro光学仿真软件制作出了灯罩的实体图以及LED灯珠仿真，并实现了其光学仿真；其次用Protel 99SE软件制作出了驱动电路原理图以并生成PCB板然后做了仿真；最后在了解了LED灯的工作原理，掌握了它的驱动电路之后，我们焊接了自己的LED灯，并使其点亮。
第20卷第2期2006年3月 常熟理工学院学报 Journal of Changshu Institute of Technology Vol.20No.2 Mar.2006同步辐射光源简介 谭伟石1,蔡宏灵2,吴小山2 (1.南京理工大学理学院应用物理系,江苏南京 210094; 2.南京大学固体微结构实验室,江苏南京 210093) 摘 要:简要介绍了同步辐射概念、同步辐射光源的特点及我国同步辐射光源发展的现状。 关键词:同步辐射光源;同步辐射特点;发展现状 中图分类号:TL8O43 文献标识码:A 文章编号:1008-2794(2006)02-0097-05 著名的物理学家杨福家先生概括了人类文明史上影响人类生活的光源的进展,分为四类[1]:第一类光源是1879年美国发明家爱迪生发明的电光源。不言而喻,人类现在的生活与文明离不开电光源,它使人类战胜了黑暗。 第二类光源是1895年德国科学家伦琴发现的X射线源。“X”是“未知”的符号,但是这种神秘莫测的、肉眼看不见的X光从被发现的时候就展现了它的魅力和对人类的巨大影响。 第三类光源是20世纪60年代美国与前苏联一批科学家创造的激光光源。目前激光的应用已经进入千家万户。如我们家庭中的激光唱片,超市的收款机所用的激光扫描器等,当然也有用于激光核聚变的大功率激光设备等,对人类的生活带来了巨大变化。 第四类光源就是同步辐射光源。1947年在美国纽约州Schenectady市通用电气公司实验室的一台能量为70Me V的同步加速器上,首次观察到一种强烈的辐射,这种辐射便被称为“同步辐射”。同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射。由于同步辐射消耗了能量,妨碍了高能粒子能量的提高,所以当时一直被认为是个祸害,没有得到重视。但是,人们很快便了解到同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源,可用于其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。而现在同步辐射已经成为一个重要的科学研究平台,它的应用领域已经覆盖了物理、化学、生物、材料、医药、地质等众多领域,已经成为衡量一个国家科研水平的重要标准。 1 同步辐射特点 同步辐射的主要设备,包括储存环、光束线和实验站。储存环使高能电子在其中持续运转,是产生同步辐射的光源;光束线利用各种光学元件将同步辐射引出到实验大厅,并“裁剪”成所需的状态,如单色、聚焦,等;实验站则是各种同步辐射实验开展的场所。同步辐射光源是人类发现的第四代光源。与前三种光源相比,它具有诸多优点: 1.1 频谱分布宽广 收稿日期:2005-10-15 作者简介:谭伟石(1970—),男,湖南安化人,副教授。 DOI:10.16101/https://www.doczj.com/doc/8a4703605.html, https://www.doczj.com/doc/8a4703605.html,32-1749/z.2006.02.020
《光电子技术实验》实验报告 波分复用光纤传输系统 王浩然无112011011202
1实验目的 ?了解WDM的特性及其简单应用； ?掌握WDM的复用方法，实现单纤单向和单纤双向的双波长复用和解复用； ?观察菲涅尔反射现象，了解其在光纤传输中的影响。 2实验原理 波分复用技术是在单根光纤中传输多个波长光信号的一项技术。典型的波分复用的框图如下所示： 图1:波分复用系统框图 其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合在一起复用，并耦合到光纤线路中的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号解复用，并做进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。目前波长域的波分复用技术主要有三种：粗波分复用、密集波分复用和光频分复用。三者的区别是复用的信道的波长间隔不同。 3实验装置 波分复用实验的光端机为视频光发射机和视频光接收机。实验装置包括视频光发端机三台，视频光接收机三台，摄像头三台，监视器三台，视频电缆6跟，高隔离度的WDM2只，的隔离度的WDM2只，OADM1只，固定光衰减器若干，法兰盘若干，可调衰减器2只。 4实验步骤 1.搭建两种波长分别为1310nm和1550nm的点到点的光纤传输系统，测量两种系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。 2.按照如下框图搭建单纤单向传输的波分复用系统，观察监视器上的图像，测量两种波长系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。
图2:单纤单向传输波分复用系统 3.按下图搭建单纤双向传输的波分复用系统，观察监视器上的图像，测量两种波长系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。 图3:单纤双向波分复用系统 4.如下图所示，将发射端WDM的1310nm和1550nm的发送端接反，观察监视器上的图像。将接收端也接反，观察监视器上的图像变化。 图4:单纤单向发射端反接 5.单纤单向传输时，如下图所示，发射端用隔离度较低的WDM，观察监视器上的图像变化。如果接收端用隔离度较低的WDM光茶监视器上的图像变化。 图5:单纤单向发射端低隔离度WDM 图6:单纤单向接收端低隔离度WDM
第20卷第7期半 导 体 学 报V o l.20,N o.7 1999年7月CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S Ju ly,1999 同步辐射光电子能谱对 IT O表面的研究3 来 冰 丁训民 袁泽亮 周 翔 廖良生 张胜坤 袁 帅 侯晓远 (复旦大学应用表面物理国家重点实验室 上海 200433) 陆尔东 徐彭寿 张新夷 (中国科学技术大学同步辐射实验室 合肥 230019) 摘要 首次利用同步辐射光电子能谱(SR PES)研究了铟锡氧化物(ITO)薄膜表面的化学状态. 发现ITO表面的铟和锡分别具有多种价态.对比真空退火前后ITO样品的电阻率与透射率,结 合对ITO导电机理的分析讨论,可以认为In2O3-x与Sn3O4的含量变化是影响ITO的导电与透 光性能的主要原因. PACC:7960,7360F,7865 1 引言 铟锡氧化物(ITO)薄膜是一种具有较高电导率并且在可见光范围透明的材料,它可用真空淀积等方法涂覆于玻璃表面.这种既透光又导电的特殊性能使ITO被广泛用作多种光电子器件的电极材料,包括有机电致发光器件[1,2],太阳能电池(so lar cell)[3,4],液晶显示器等.仅以有机电致发光器件为例,人们在镀有ITO薄膜的玻璃上淀积有机发光层或空穴传输层,利用ITO作阳极为复合发光提供空穴,发光层产生的光从ITO玻璃一侧透射出来.不同的ITO表面处理会对器件的发光效率和寿命产生影响.对此类器件的失效研究发现,热效应带来的ITO 有机物界面受损和有机电致发光器件的失效有密切的关系[5].ITO膜的性质往往直接影响着上述器件的工作性能. 对ITO的研究早期工作的重点主要在膜的制备上.近年来,随着有机发光器件逐渐成为研究的热点,人们开始关注ITO衬底的特性与器件性能间的关系.一些研究人员发现,对ITO表面进行适当处理能有效地改善有机发光器件的性能[6～8].但ITO表面的性质究竟如何影响它在器件中的应用仍是一个不十分清楚的问题. 迄今为止,对ITO表面化学成分的研究多用常规X射线光电子能谱(XPS)[9]或俄歇电 3国家自然科学基金资助课题(69776034) 来 冰 女,1973年出生,硕士研究生,从事凝聚态表面物理研究 丁训民 男,副教授,长期从事光电子能谱研究 1998208211收到,1999202203定稿
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
【转帖】X射线光电子能谱的原理及应用（XPS） 来源:转载网络作者： tof-sims （一）X光电子能谱分析的基本原理 X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。该过程可用下式表示: hn=Ek+Eb+Er 其中: hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的反冲能量。其中Er很小，可以忽略。 对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek， 式(103)又可表示为：hn=Ek+Eb+Φ （10.4）Eb= hn- Ek-Φ （10.5） 仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。 （二）电子能谱法的特点 ( 1 )可以分析除H 和He 以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。 ( 2 )从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称作“原子指纹”。它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级。而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定性的标识性强。 ( 3 )是一种无损分析。 ( 4 )是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样约10 -8 g 即可，绝对灵敏度高达10 -18 g ，样品分析深度约2nm 。 (三) X 射线光电子能谱法的应用 ( 1 )元素定性分析 各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除H 和He 以外的所有元素。通过对样品进行全扫描，在一次测定中就可以检出全部或大部分元素。
《光电子技术实验》实验报告 固体激光器的静态特性及调Q技术王浩然无112011011202
1实验目的 ?掌握固体激光器与调Q的工作原理； ?掌握固体激光器的调节方法，了解谐振腔参数及调节精度对激光器性能的影响； ?测量固体激光器的静态输出特性和调Q输出特性； ?掌握用于固体激光器调整和测量的仪器的使用方法。 2实验原理 2.1固体激光器的工作原理 固体激光器主要由激光工作物质、激励泵源、聚光器和光学谐振腔组成，其结构示意如下图所示： 图1:固体激光器结构 本次实验中的激光工作物质为钕玻璃，激活粒子为掺在玻璃中的钕离子，激光输出波长为1.06μm。 钕粒子产生受激辐射的原理如下图所示： 图2:钕粒子能级 钕粒子吸收光泵的能量由基态E1跃迁到E4能带，由于E4能带寿命很短，钕粒子很快以无辐射跃迁的形式跃迁到E3能级，E3是亚稳态能级，具有较长的能级寿命，钕粒子可以在该能级上积累起来，E3能级的钕粒子向E2能级跃迁，由E2能级返回基态，由于E2能级在热平衡
时基本处于空的状态，因此在光泵情况下，容易在E3能级和E2能级上实现集居数反转，实现受激辐射。 光在处于集居数反转的工作物质中传播时，用增益系数G来表示通过单位长度激活物质后增强的百分数。当光强较小时，增益系数与光强无关，称为小信号增益系数，用G0表示。与此同时，光在谐振腔中传播时，由于谐振腔反射镜的透射、吸收损耗、散射损耗等造成光在往返传播中不断衰减，用损耗系数α来表示，因此可以得出激光形成自激振荡的条件为 G0l≥αL 其中l为工作物质长度，L为谐振腔的长度。 2.2调Q原理 静态固体激光器输出能量分布在众多尖小的脉冲而限制了输出功率，采用调Q技术可以使激光能量集中在一个单脉冲中输出，大大提高固体激光器的输出功率的峰值。 调Q技术是采用调Q器件的饱和吸收特性实现的。调Q晶体是一种非线性吸收介质，其吸收系数A与入射光强I之间的关系可以表示为： A= A0 1+I/I s 易知当光强较弱时，调Q晶体对入射光有较强的吸收，随着入射光强增加，吸收系数减小。当光泵激励刚开始时，腔内光强很弱，调Q晶体的吸收很强，给激光器引入很大的损耗，激光不能产生。光泵继续激励时，使得工作物质内反转集居数不断积累，使腔内光强不断增强，从而使调Q晶体吸收减弱，阈值反转集居数下降，当粒子反转集居数大于阈值反转集居数时，受激辐射迅速增强，光强迅速增大，这又使阈值反转集居数不断下降，直至饱和。由于激光器粒子反转集居数大大超过阈值，手机辐射光强急剧增长。同时受激辐射不断消耗上能级的粒子，使得粒子反转集居数下降，当反转集居数小于阈值后，光强减小，反转集居数阈值增大，激光迅速熄灭。上述过程中，激光器输出一个很窄的巨脉冲。 调Q激光器的输出能量曲线如下图所示，随之输入能量的增加，输出能量阶梯状增长，阶梯高度近似相等，这是由于输入能量较大时，在调Q晶体输出第一个脉冲之后，光泵继续激励回事激光器输出第二个脉冲，以此类推。 图3:调Q激光器输出特性
一、X光电子能谱分析的基本原理 X光电子能谱分析的基本原理：一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质 发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。该过程可用 下式表示： hn=Ek+Eb+Er （1） 其中:hn：X光子的能量；Ek：光电子的能量；Eb：电子的结合能；Er：原子的 反冲能量。其中Er很小，可以忽略。 对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米 能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能Eb，由费米能级进入真 空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能Ek，式(1)又可表示为： hn=Ek+Eb+Φ（2） Eb=hn-Ek-Φ（3）仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为 4 eV，入射X光子能量已知，这样， 如果测出电子的动能Ek，便可得到固体样品电子的结合能。各种原子，分子的 轨道电子结合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以 了解样品中元素的组成。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小 可以确定元素所处的状态。例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。因此，利用化学位移值可以分析 元素的化合价和存在形式。 二、电子能谱法的特点 (1)可以分析除H和He以外的所有元素；可以直接测定来自样品单个能级光电 发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。(2)从能量范围看，如果把红外光谱提供的信息称之为“分子指纹”，那么电子能谱提供的信息可称 作“原子指纹”。它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层 电子轨道能级。而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰少，元素定 性的标识性强。 (3)是一种无损分析。 (4)是一种高灵敏超微量表面分析技术，分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏