光电检测试验讲义
实验一 光敏电阻特性参数测量及暗光街灯实验 一、实验目的： 1、了解光敏电阻的电阻特性，掌握光敏电阻的伏安特性及其随光照强度的变化规律。 2、利用光敏电阻的电阻变化特性，将之作为街灯自动点亮与熄灭的传感器件，掌握基于光敏电阻的暗光街灯的工作原理及应用。 二、实验原理： 光敏电阻是最典型的光电效应器件，即其电导率随光照强度而发生变化。半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的光电探测器件。本实验旨在测定光敏电阻在不同光照环境下的电阻值，并测定其伏安特性随光照强度的变化规律。 根据实验测定，光敏电阻的电阻值随光亮度的增大而迅速减小。利用这一特性，设计了暗光街灯演示实验。其原理是当环境变暗时光敏电阻的阻值增大，当亮度降低到一定值时，即光敏电阻值增大到某一阈值时，光电传感电路系统自动点亮小灯泡，从而达到与暗光街灯相似的目的。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏电阻，数字电压表，电流（毫安）表，暗光街灯电路， 小灯泡（负载），万用表。 四、实验步骤： （一）光敏电阻特性测试 万用表 图 1.1 暗、 图 1.2 伏安 mA U I
(1) 光敏电阻的暗、亮电阻测定。如图3.1所示，用万用表从光敏电子两端测定它在不同光照条件下的电阻值，将测得的结果填入表格。 (2) 光敏电阻伏安特性测定。按图1.2所示连接各元件和单元，检查连接无误后，开启电源。用一挡光物（如黑纸片或瓶盖）遮住光敏电阻（视为全暗），分别接插不同的电压U 值（可调电压的获取：通过面板“电机控制1”或“电机控制2”的Vin 输入5V ，Vout 可输出如0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0， 4.5，5.0V 等不同电压值），利用电流表测定流过光敏电阻的电流值I ，数字电压表测定U 值。 改变光敏电阻的光照强度（如全暗、日光灯、手电筒、激光照射），重复测定I 与U 的关系，可得到图1.3所示的伏安特性关系曲线族。 (3) 分析上述测量结果， 进一步了解光敏电阻的光敏特性，掌握其中的变化规律。 光 照 状 况 全 暗 日光灯照射 手电筒斜照射 手电筒直照射 激光照射 光敏电阻值(k ) I U 图 1.3 光敏电 光照
光电器件性能测试与应用 一、实验目的： 1．了解光敏二极管、三极管的结构及工作原理。 2．掌握常用光敏器件的性能和极限参数。 3．体验光敏器件的具体应用。 二、光敏器件的工作原理 2．1 光敏二极管是一种光伏效应器件。由于势垒区内建电场的作用。PN 结、肖特基结（即金属半导体结）等在受光照时会产生一个光生电动势，这就是光伏效应。以光伏效应为工作机理的器件通称为光伏效应器件。因此，光敏二极管、光敏三极管及均效应光敏管，光激可控硅等特种光敏器件，都属于光伏效应器件。 在光照下，若入射光子的能量大于禁带宽度，则PN 结内会产生光生电子空穴对，这些光生载流子存在了一段长短不同的时间后，又会因复合而消失。如图2-1所示，势垒区两边 产生的载流子中总有一部分能在复合前扩散到 势垒区的边界，基中少子受势垒区电场的吸引被扫向对面区域，多子则受势垒区电场的排斥而留在本区。势垒区内产生的光生电子和光生空穴一经产生使受到电场的作用。分别被扫向N 区和P 区，这样，就产生出由势垒区中产生的电子空穴对及势垒区两边能运动到势垒区的少子所构成的光电流I L ，它的方向是由N 区经势垒区流向P 区，即与光照对PN 结的反向饱和电流方向相同，因此，若I L 仅表示光电流的数值，则这个光电流应写为﹣I L ，以保持PN 结电流的习惯方向。 当PN 结短路时，这个光电流将全部流过 短接回路，即从势垒区和P 区流入N 区的光生电子将通过短接回路全部流到P 区电极处，与P 区流出的光生空穴复合，因此，短路时外接回路中的电流是I L ，方向由P 端（“端”指外端电极处，下同）流向N 端，即I =﹣I L ，这时，PN 结中的载流子浓度维持平衡值，势垒高度亦无变化。 当PN 结开路或接有负载时，势垒区电场收集的光生载流子便不能或不能全部流出，P 区和N 区就分别出现光生空穴和光生电子的积累，它使P 区电位升高，N 区电位降低，造成 了一个光生电动势，这电动势使势垒高度下降，相当于加在PN 结上的正向偏压，只不过这是光照造成的而不是用电源馈送的，故称为光生电压。它使P 区光生空穴和N 区光生电子分别向N 区和P 区回注，并分别在N 区与P 区与电子和空穴复合，形成了由P 区以势垒区指向N 区的正向注入电流I J ，若PN 结开路，则流过势垒区的总电流应为零，I J 有最大值，即 max max ()0,J L J L I I I I +?==
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
光电探测器特性测试实验 光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。 1、光敏电阻 光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。 光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M欧，甚至高达100MΩ，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1kΩ以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。 频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。
光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS 2、 光敏二极管 光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN 结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为 s kT qV s s D I e I I I I --=-=)1(0 式中I 中是流过探测器总电流，I so 二极管反向饱和电流，I s 是光照时的光电流，q 是电子电荷，V 是探测器两端电压，k 为玻耳兹曼常数，T 器件绝对温度。 当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。光照时导通，光不照时，处于截止状态，并且光电流和照度成线性关系。 光照特性：输出的饱和光电流与光照度之间的关系。 光谱特性：取决于所采用材料的禁带宽度，同事也与结构工艺有着密切的关系。 频率特性：由光生载流子的渡越时间和L R j C 的乘积决定。 伏安特性：在零偏压下，光电二极管仍有光电流，这是光生伏特效应所产生的短路电流。 3、 光敏三极管 在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge 或Si 单晶体制造NPN 或PNP 型光敏三极管。 光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的I φ控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E 、C 两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。
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
光电测试考试资料整理 第一章： 1. 试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1] 电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2] 收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外， 用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线) 与y 射线(Gamma 射线) 波段。 这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2. 光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？ 答：[1] 应用：(1) 人眼的视觉特性(2) 各种辐射源及目标、背景特性(3) 大气光学特性对辐射传输的影响(4) 成像光学系 统(5) 光辐射探测器及致冷器(6) 信号的电子学处理(7) 图像的显示 [2] 突破了人眼的限制: (1) 可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2) 可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3) 可以 捕捉人眼无法分辨的细节(4) 可以将超快速现象存储下来 3. 光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1] 直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常 使用光电发射效应，也成像管.[2] 电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光 图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4. 什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1] 变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2] 像增强器：接 收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强 后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3] 异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要 是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5. 反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1] 转换系数（增益）[2] 光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6. 光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1) 散粒噪声(2) 产生一复合噪声(3) 温度噪声(4) 热噪声(5) 低频噪声(1/f 噪声)(6) 介质损耗噪声(7) 电 荷藕合器件(CCD) 的转移噪声
实验1 光电探测器光谱响应特性实验 实验目的 1. 加深对光谱响应概念的理解； 2. 掌握光谱响应的测试方法； 3. 熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 实验内容 1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线； 2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 实验原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 ()v R λ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号 电压，用公式表示，则为 () ()() v V R P λλλ= (1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 () ()() i I R P λλλ= (1-2) 式中，()P λ为波长为λ时的入射光功率；()V λ为光电探测器在入射光功率 ()P λ作用下的输出信号电压；()I λ则为输出用电流表示的输出信号电流。为简 写起见，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，显然，二者具有不同的单位。 通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号()V λ。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率()P λ需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光
谱响应度为()f R λ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得()P λ入射时的输出电压为()f V λ。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有 ()()f f f V P R K λλ= (1-3) 这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘织，即总的放大倍数。在本实验中=100300f K ?，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，=900/f R V W 。 然后在相同的光功率()P λ下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()b V λ，从而得到光电二极管的光谱相应度 ()() ()()()b b f f f V K V R P V R K λλλλλ= = (1-4) 式中b K 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里=150300b K ?。 实验仪器 单色仪、热释电探测器组件、光电二极管探测器组件、选频放大器、光源。
光伏探测器光电特性实验 光电二极管与光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件，短路电流与入射光强成正比是其一个突出优点，在精确测量光强时常用作光探测器。光敏电阻是基于光电导效应原理工作的半导体光电器件，灵敏度高，体积小，重量轻，常用于自动化技术中的光控电路。 【实验目的】 1. 观测光电二极管的光电特性； 2. 观测光电池的光电特性。 【仪器仪器】 光电二极管，光电池，直流电源，小灯泡（6V ，0.15A ），数字万用电表两块（其中一块表有直流电流200A μ量程），电阻箱，实验暗箱等。如图1所示。 图1 光伏探测器光电特性实验仪实验装置 技术指标 1．直流电源 0-4V 连续可调，显示分辨率0.01V ； 2．电阻箱 0-99999.9Ω可调，分辨率0.1Ω； 3．数字万用表 电流测量分辨率0.01A μ（20A μ档）； 4．光敏电阻 暗电阻大于4M Ω； 5．小灯泡 额定电压6.3V ，额定电流0.1A 。 6. 传感器移动范围 约17cm
【实验原理】 1. 光伏效应 当光照射在pn 结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向n 区和p 区集结，使pn 结两端产生 电动势。这一现象称为光伏效应，如图2所示。利用半导体pn 结光伏效应可制成光伏探测器，常用的光伏探测器有光电池、光电二极管、光电三极管等。 光电池是根据光伏效应制成的pn 结光电器件。不需要加偏压就可以把光能转化为电能。光电池的用途，一是用作 探测器；二是作为太阳能电池，将太阳能转化为电能。光电池的结构示意图及应用电路如图3所示。 光电池的光照特性主要有伏安特性、入射光强-电流（电压）特性和入射光功率-负载特性。 2. 光照下的pn 结特性 光照下pn 结的伏安特性曲线如图4所示。无光照时，pn 结的伏安特性曲线和普通二极管的一样。有光照时，pn 结吸收光能，产生反向光电流，光照越强，光电流越大。 光伏器件用作探测器时，需要加反偏压或是不加偏压。不加偏压时，光伏器件工作在图4的第四象限，称为光伏 图2 pn 结光伏效应原理图 （b ） （a ） 图3 光电池的结构示意图（a ）及基本应用电路（b ） 图4 光伏探测器的伏安特性曲线
光器件基础知识 目录 一、光纤通信基础 (2) 1、光纤通信的概念 (2) 2、光纤通信的优点 (2) 二、光纤基础知识 (2) 1、光纤的结构 (2) 2、光纤的工作波长 (3) 3、光纤的分类 (3) 3.1按照光纤的模式分类 (3) 3.2按照光纤的材料分类 (3) 3.3按照光纤的折射率分类 (4) 4、光纤的尺寸 (4) 5、光纤接头类型 (5) 6、光功率的换算 (6) 7、光纤损耗 (6) 三、常用光器件介绍 (6) 3.1法兰盘 (6) 3.2光衰减器 (7) 3.3光模块 (8) 2、光模块的主要参数 (8) 3、光模块的种类 (9) 四、光器件的工程应用 (11) 1、单收光模块的使用 (11) 2、双纤双向模块的使用 (11) 3、长距离高灵敏度模块的使用 (11) 4、QSFP+ MPO模块的使用 (12) 5、万兆高速电缆的使用 (12) 六、光模块和光纤使用注意事项 (13) 七、光模块和光纤的故障排查方法 (14) 八、光功率计的使用 (14)
一、光纤通信基础 1、光纤通信的概念 所谓光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。一般由数据源、光发射端、光纤、光接收端组成。 2、光纤通信的优点 1）通信容量大，比传统的电缆、微波等高出几千乃至几十万倍的通信容量。 2）传输距离远，光纤具有极低的衰耗系数，传输距离可达一千公里以上。 3）保密性能好，光信号不具备向外辐射的特点，不易被侦听。 4）适应能力强，具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点。 5）体积小、重量轻。原材料丰富、价格低廉。 二、光纤基础知识 1、光纤的结构 如上图所示，光纤呈圆柱形，主要由纤芯和包层和保护套三部分组成。 1、纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧化硅，掺有极少量杂 质，折射率较高，用来传送光。 2、包层：位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺杂质的高纯度二氧化 硅，折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件。 3、涂覆层：光纤的最外层，由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成，强度大，能
常用光纤器件特性测试实验 实验五光无源器件特性测试实验 一、实验目的 1、了解光无源器件, Y 型分路器以及波分复用器的工作原理及其结构 2、掌握它们的正确使用方法 3、掌握它们主要特性参数的测试方法 二、实验内容 1、测量 Y 型分路器的插入损耗 2、测量 Y 型分路器的附加损耗 3、测量波分复用器的光串扰 三、预备知识 1、光无源器件的种类,有哪些?重点学习几个特性。 四、实验仪器 1、 ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、 FC 接口光功率计 1台 3、万用表 1台 4、 FC-FC 法兰盘 1个 5、 Y 型分路器 1个 6、波分复用器 2个 7、连接导线 20根 五、实验原理
光通信系统的构成, 除需要光源器件和光检测器件之外, 还需要一些不用电源的光通路元、部件,我们把它们统称为无源器件。它们是光纤传输系统的重要组成部分。 光无源器件包括光纤活动连接器 (平面对接 FC 型、直接接触 PC 型、矩形SC 型、光衰减器、光波分复用器、光波分去复用器、光方向耦合器(例如:Y 型分路器、星型耦合器、光隔离器、光开关、光调制器…… 本实验重点介绍 Y 型分路器和光波分复用器,下一实验重点讲光纤活动连接器。 在应用这些无源器件时必须考虑无源器件的各项指标,如 Y 型分路器 (1分 2的光耦合器的插入损耗, 分光比, 波分复用器的光串扰等。下面对 Y 型分路器插入损耗及附加损耗及其分光比、波分复用器的光串扰分别进行测试。 Y 型分路器的技术指标一般有插入损耗(Insertion Loss 、附加损耗(Excess Loss 、分光比和方向性、均匀性等, 在实验中主要测试 Y 型分路器的插入损耗, 附加损耗及分光比。 就 Y 型分路器而言, 插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。插入损耗计算公式为 5-1式。 lg(10. IN outi P P Li I -= (5-1 其中, I.Li 为第 i 个输出端口的插入损耗, P outi 是第 i 个输出端口测到的光功率值, P IN 是输入端的光功率值。 Y 型分路器的附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。附加损耗计算公式为 9-2式。
长春理工大学 光电信息综合实验—实验总结 姓名：赵儒桐 学号：S1******* 指导教师：王彩霞 专业：信息与通信工程 学院：电子信息工程 2016年5月20号
实验一：光电基础知识实验 1、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。 2、实验原理 本实验我们分别用了普通光源和激光光源两种。普通光源光谱为连续光谱，激光光源是半导体激光器。在实验中我们利用分光三棱镜可以得到红橙黄绿青蓝紫等多种波长的光辐射。激光光源发射出来的是波长为630纳米的红色光。 3、实验分析 为了找到光谱需要调节棱镜，不同的面对准光源找出光谱，棱镜的不同面对准光源产生的光谱清晰度不同，想要清晰的光谱就需要通过调节棱镜获得。 实验二：光敏电阻实验 1、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。2、实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键和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。光照越强，器件自身的电阻越小。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。 3、实验结果
当光敏电阻的工作电压（Vcc ）为+5V 时，通过实验我们看出来改变光照度的值，光源的电流值是发生变化的。光照度增加电流值也是增加的。测得实验数据如表2-1： 表2-1 光敏电阻光照特性实验数据 得到的光敏电阻光照特性实验曲线： 图2.1 光敏电阻光照特性实验曲线 表2-2 光敏电阻伏安特性实验数据
通过实验我们看出光敏电阻的光电流值随外加电压的增大而增大，在光照强度增大的情况下流过光敏电阻的电流值也是增大的，得到数据如表2-2。 得到的伏安特性如下： 图2.2 光敏电阻伏安特性曲线 由光敏电阻的光谱特性可知光敏电阻对不同波长的光，接收的光灵敏度是不一样的，测量对应各种颜色的光透过狭缝时的电流值，得到数据如下表： 得到的光谱特性曲线如图：
实验二光电二极管特性测试与调制解调实验 实验目的 学习掌握光电二极管的工作原理2、学习掌握光电二极管的基本特性3、掌振光电二极管特性测试的方法4、了解光电二极管的基本应用二、实验内容 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、光电极管光电特性测试实验5、光电极管时间特性测试实验6、光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电器件和光电技术综合设计平台 !台 2、光源驱动模块 ]个 3、负载模块 1个 4、光通路组件 1套 5、光电二极管及封装组件 1套 6、2#迭插头对(红色，50cm) 10根 7、2#迭插头对(黑色，50cm) 10根 8、示波器 1台 四、实验原理 光电二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口， 可以集中照射在PN结上，图2-1 (a)是其结构示意图。光电极管在电路中通常处于反向偏置状 态， 如图2-1 (b)所示。 我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。但是当光照射PN结时，只要光子能量hv大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子一空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN结，使反向电流明显增人。如果入射光的照度改变，光生电子一空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。 五、注意事项 1、实验之前，请仔细阅读光光电器件和光电技术综合设计平台说明，弄清实训平台各部分的功能及按键开关的意义: 2、当电压表和电流表显示为“1__”是说明超过量程，应更换为合适量程: 3、连线之前保证电源关闭。 六、实验步骤 1、光电二极管暗电流测试 实验装置原理框图如图2-2所示，但是在实际操作过程中，光电二极管和光电三极管的暗电流非常小，只有nA数量级。这样，实验操作过程中，对电流表的要求较高，本实验中，采用电路中串联大电阻的方法，将图2-2中的RL改为20M,再利用欧姆定律计算出支路中的电流即为所测器件的暗电流，如图2-2所示。 (1)组装好光通路组件，将照度计与照度计探头输出正负极对应相连(红为正极，黑为负极)，将光源驱动及信号处理模块上J2与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 (2)将开关S2拨到“静态”。 (3)将电源模块的0- 15V输出的正负极与电压表头的输入对应相连，打开电源，将直流电压调到 15V。 (4)“光照度调节”逆时针调到最小，此时照度计的读数应为0，关闭电源，拆除导线。(注意:在下面的实验操作中请不要动电源调节电位器，以保证直流电源输出电压不变)(5)按图2-2
实验一光电转换特性测试 一、实验目的 熟悉MOS图象传感器工作原理，初步掌握SSPA器件光电转换特性曲线的测试方法。 二、实验原理 1、熟悉SSPA 驱动电路板。 2、波形观察和记录。 按规定给驱动板加上直流电源，用均匀直流光源照明SSPA 器件，用脉冲示波器观察并记录器件工作波形及其相互位相关系、高低电平或幅度，包括 S t、1、2、V o 、Eos 等信号。 3、光电转换特性测试（见图1）。 图1 光电转换特性测试装置图 测试条件：① 光源： 2856 K 钨灯（用白炽小灯泡代替） ② R L 10K,C L 51pF ③ f v 100KHz ④ 记录积分时间 T int ms
三、使用仪器、材料稳压源，光源（白炽灯），照度计，SSPA驱动电路板，示波器，滑座支架 四、实验步骤 1、由小到大改变光源（改变光强与器件之间的距离以及白炽灯本身自带的控制亮度的开关来实现），用示波器观测记录各光强下的视频输出 V o幅度（mV ）及对应的照度H 的值（ L x ），列表记录（线性区至少取5 个点，饱和区取3 个点）。 2、用坐标纸做出散点图，拟合并绘出H ~V o 光电转换曲线，标出曲线上的特征点。 五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等） 1、连接好电路及各实验装置，观察并记录SSPA 器件工作波形（结果如 下图所示： 2、实验测得的原始数据如表1 所示： 1 H Lx 3.76 4.16 5.23 6.25 6.949.4711.4413.89 V o mV1012141518222222由实验数据得到H ~V o 的曲线图：S t 、 1 、 2 、 V o 、Eos等）， 24mV V 12mV EOS ?1 48mV ?2 48mV 5μs 5μs 图 2 SSPA 器件工作波形
实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+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/R L,亮电流L亮=V亮/R L，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。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，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作出V/I曲线。 偏压2V 4V 6V 8V 10V 12V 光电阻I 光电阻II 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
实验报告 课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ指导老师：张德华成绩：__________________ 实验名称：光电耦合器件实验类型：模拟电路实验 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.熟悉光耦合器件及其种类，基本掌握常用光耦合器件的使用； 2.掌握光耦合器件的常用电路的设计、调试方法。 二、实验内容和原理 实验内容： 1.设计一个实现电平转换电路。要求输入为0~5V 电平信号，对应输出为0~15V 的电平转换； 2.设计一个实现电平转换电路。要求输入为0~5V 电平信号，对应输出为15~0V 的电平转换； 3.用光电耦合器TLP521设计一个报警电路； 4.模拟信号光电隔离放大电路； 5.光电耦合器的伏安特性测量； 6.测量反相器的最高工作频率或传输速率； 7.测量同相传输电路的最高工作频率或传输速率； 8.测量光耦器件开关特性。 实验原理： 0.隔离放大器 ⑴定义： 输入、输出之间没有直接电气关联的放大器。 ⑵电路符号： ⑶特点/优势： 减少噪声，共模抑制能力高；采用两套独立的供电系统，信号在传输过程中没有公共的接地端； 有效保护后续电路不受前端高共模电压的损坏。 ⑷应用： 电力电子电路中用于主回路与控制回路的隔离（如电机控制系统中）；测量环境中含有较多干扰和噪声的场合；生物医学中与人体测量有关的设备（如生物电信号，保证人体安全）。
实验名称：光电耦合器件 1.光电耦合方式： ⑴原理： 在电气测量、控制电路中，光电耦合器可实现输入输出的隔离，有效地提高控制系统的抗干扰能力；实现测试电路与被测试电路之间的隔离能有效的保护测试设备。光电耦合器已广泛的应用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离等具体电路中。 根据光电耦合器输入输出关系可分为：非线性光电耦合器和线性光电耦合器 非线性光电耦合器的电流传输特性曲线是非线性的，这类光电耦合器适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N 系类光电耦合器属于非线性光电耦合器；线性光电耦合器的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光电耦合器是PC817系列。 根据光电耦合器输出形式可分为： a.光敏器件输出型：光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型，光可控硅输出型等。 b. NPN 三极管输出型：交流输入型，直流输入型，互补输出型等。 c.达林顿三极管输出型：交流输入型，直流输入型。 d.逻辑门电路输出型：门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。 e.功率输出型：IGBT/MOSFET 等输出。 ⑵应用： 基于非线性光电耦合器和线性光电耦合器的以上特征，其主要有如下应用：采用光电耦合器隔离驱动电路与微处理器间的联系，避免一旦驱动电路发生故障造成功率放大器中的高电平信号进入微处理器而损坏器件，并可提高系统抗干扰的能力。 步进电机绕组采用达林顿管TIP142驱动。当控制信号输入为高电平1时，晶体管Q 1导通，发光二极管亮，光电耦合器A 中的光敏三极管导通，晶体管Q 2导通，达林顿管T 导通，步进电机某一相控制绕组通电。反之，当控制信号输入为低电平0时，晶体管Q 1截止，光电耦合器A 中的光敏三极管截止，晶体管Q 2截止，达林顿管T 截止，步进电机某一相控制绕组不通电。D 为步进电机绕组放电二极管。 微处理器驱动步进电机电路中的单相电路图 Q 为光电耦合器发光源驱动晶体管，限流电阻R 2可按R 1=(V CC -V F )/I FT 计算。光电耦合器的I FT (发光源二极管触发电流)为15mA ；V F (发光源二极管的正向电压)，可取1.2～1.4V 。当输入控制端为高电平时，晶体管Q 导通，光电耦合器触发双向晶闸管D 导通，接通交流负载。当双向晶闸管接感性交流负载时，为了防止浪涌电压损坏双向晶闸管，在双向晶闸管两极间并联一个RC 阻容吸收电路。R 3为双向晶闸管的门极电阻，可提高抗干扰能力。R 4为触发功率双向晶闸管的限流电阻，其值由交流电网电压峰值及触发器输出端允许重复冲击电流峰值决定，可按式：R 4=V P /I TSM 选取。V P 为交流电路中的峰值电压，I TSM 为峰值重复浪涌电流(一般可取1A)。 P.2
光电探测器特性测试 王凤鹏编写 实验教学目的： 1、学习常见光电光电探测器的工作原理和使用方法； 2、掌握光电二极管、光电池的光照度特性及其测试方法； 3、掌握光电二极管、光电池的伏安特性并其测试方法； 4、了解光照度的基本知识和测量原理、方法。 学生实验内容： 1、光电二极管的光照度特性测试 2、光电二极管伏安特性测试 3、光电池的光电特性测试 4、光电池负载特性测试 实验教学仪器： 光电二极管，电压源，发光二极管，光电池，照度计，电流表，电压表。 实验教学课时： 4学时（其中讲授及演示1学时，学生实验及指导3学时） 实验教学方式： 理论讲授、指导学生实验，以指导为主，培养学生动手操作能力、独立思考能力和创新能力。 教学重点： 光电效应及其分类、光电探测器特性的测试方法、光电探测器特性的意义。 实验教学内容： 一、实验原理 1、光电效应 光电探测器件的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。在光线作用下，物体的电子逸出物体表面、向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指光与物体内的电子作用后，电子不逸出物体外，而是在物体内使导电率发生变化（光电导效应）或产生电动势（光生伏特效应）的现象。光敏电阻就是基于光电导效应的。本实验所研究的光电二极管和光电池则是基于光生伏特效应的光电探测器。 2、光电二极管工作原理和特性 光敏二极管是一种PN结单向导电性的结型光电器件，在电路中通常工作在反向偏压状态，其原理电路如图5.1所示。
图5.1 光电二极管工作原理 当无光照时，处于反偏的光电二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏 图5.2 光电二极管光照特性 图5.3 光电二极管伏安特性 当光电二极管受到光照时，PN 结附近受光子轰击，吸收光子能量后产生电子-空穴对，从而使P 区和N 区的少数载流子浓度大大增加。因此在外加反偏电压和内电场的作用下，P 区少数载流子（电子）渡过势垒区进入N 区，同样N 区的少数载流子（空穴）也渡过势垒区进入P 区，从而形成光电流。在一定偏压下，入射光子越多，产生的电子-空穴对越多，则光电流越大，即光电流与照度成线性关系，这就是光电二极管的光照特性，如图5.2所示。 在一定光照下，光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。如图5.3所示。 3、光电池工作原理和特性 光电池的结构工作原理如图5.4所示。当N 型半导体和P 型半导体结合在一起后，由于热运动，N 区的电子向P 区扩散，而P 区的空穴也向N 区扩散。结果是N 区靠近交界处留下较多的空穴，而P 区靠近交界处留下较多的电子，于是在交界处形成一个电场，由N 区指向P 区。当光照射PN 结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，称为光生空穴或光生电子。在PN 结电场的作用下，N 区的光生空穴被拉到P 区，P 区的光生电子被拉到N 区，结果，在N 区聚积负电荷，P 区聚积正电荷，这样，N 区和P 区
实验一、光电探测器特性测试实验 光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。 在众多的光电子效应中，只有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应和光电磁效应得到广泛应用。本实验主要测试光敏电阻（光电导效应）以及光敏二极管、光敏三极管和光敏电池（光伏效应）等光子探测器的特性（包括光照特性、伏安特性、光谱特性等）。 [实验目的] 1．了解几种常见光电探测器的工作原理、光照特性、伏安特性和光谱响应特性； 2．学会正确光电传感实验台。 [实验仪器] ZY13OFSens12SB 主机箱一台普通光源一个 遮光筒一个光照度计探头一个 光电器件实验（一）模板一个滤色片（七色）一套 支架一套导线若干 cds 光敏电阻一个光敏三极管一个 光敏二极管一个硅光电池一个 图1-1光电器件实验(一)模板及接线图 [实验原理]
1、 光敏电阻 光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。 光敏电阻的暗电阻越大．而亮电阻越小．则性能越好，也就是说，暗电流要小，光电流要大，这样的光敏电阻的灵敏度就高。实际上，大多数光敏电阻的暗电阻往往超过1M 欧，甚至高达100M Ω，而亮电阻即使在正常白昼条件下也可降到1k Ω以下，可见光敏电阻的灵敏度是相当高的。 光照特性、伏安特性和光谱特性是光敏电阻的基本特性。 2、 光敏二极管 光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN 结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为 s kT qV s s D I e I I I I --=-=)1(0 式中I 中是流过探测器总电流，I so 二极管反向饱和电流，I s 是光照时的光电流，q 是电子电荷，V 是探测器两端电压，k 为玻耳兹曼常数，T 器件绝对温度。 当入射光的强度发生变化，通过光敏二极管的电流随之变化，于是在光敏二极管的二端电压也发生变化。光照时导通，光不照时，处于截止状态，并且光电流和照度成线性关系。 3、 光敏三极管 在光敏二极管的基础上，为了获得内增益，就利用了晶体三极管的电流放大作用，用Ge 或Si 单晶体制造NPN 或PNP 型光敏三极管。其结构使用电路及等效电路如图5-2所示。 2 R L I Ψ (a)光敏三级管结构 (b)使用电路 (c)等效电路 图1-2 光敏三极管结构及等效电路 光敏三极管可以等效一个光电二极管与另一个一般晶体管基极和集电极并联：集电极-基极产生的电流，输入到三极管的基极再放大。不同之处是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的I φ控制。集电极起双重作用：把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般三极管的集电结作用。一般光敏三极管只引出E 、C 两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动控制作光电开关应用。 4、 光电池