《光电检测技术》实验指导书

内容简介光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辩率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。

在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争也越来越强烈。

为适应形势的发展需求，不少高等学校相继增开设了光电信息类专业或院系，以改变光电信息类人才短缺的现实。

基于这样的形势，我司为满足所有学校新增光电信息专业的教学需求，在参考了《光电技术与实验》（北京理工大学出版）、《光电技术》（浙江大学出版）等教材后开发出本套适用于《光电技术》课程的实验仪器设备，来提高我国光电信息人才的实际应用能力。

本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。

因时间仓促，书中有不当之处，殷切希望广大老师给予批评指正！目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 4 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 13 -光电探测原理实验仪说明 (13)实验指南 (15)实验（一）光照度测试实验 (15)实验（二）光敏电阻特性测试实验单元 (18)实验（三）光电二极管特性测试实验单元 (24)实验（四）光电三极管特性测试实验单元 (32)实验（五）光电池特性测试实验单元 (37)实验三光电探测器直流特性测试............................. - 44 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 48 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 54 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 58 -实验七 CCD原理及应用实验................................. - 63 -实验（一）CCD驱动测试实验.. (64)实验（二）CCD特性测试实验 (70)实验（三）CCD输出信号的二值化处理实验 (72)实验（四）线阵CCD的AD数据采集 (73)实验（五）线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量 (75)实验八电光调制 .......................................... - 78 -实验九红外光电检测创新实验平台........................... - 84 -实验（一）主动式光电报警系统实验 (85)实验（二）被动式光电报警系统实验 (91)实验（三）锁相环实验 (93)实验（四）主动式光电报警系统电路搭建实验 (96)实验（五）被动式光电报警系统电路搭建实验 (102)实验（六）锁相环电路搭建实验 (105)实验十光电定向实验 ...................................... - 108 -实验十一偏振光原理及应用实验............................. - 119 -实验（一）偏振光的产生与鉴别.. (120)实验（二）椭圆偏振光和圆偏振光 (123)实验（三）测量布儒斯特角 (128)光电技术原理 ......................................... - 130 -ZY-YSLD3125型LD激光二极管. (131)ZY-YSLED3215型LED发光二极管 (133)ZY-LDT-5412型LD/LED温控器 (135)ZY-GY-7A型亮度可调卤素灯 (136)ZY-WDX型棱镜单色仪 (137)ZY-WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 (147)ZY-CJQ型积分球 (148)ZY-AV33012型光纤切割刀 (150)ZY-AV6491E型光纤熔接机 (153)ZY-CFS-2型光纤剥皮钳 (157)ZY-AD/B-FC型裸纤转接器 (158)ZY-GT111/112型四象限光电探测器 (159)ZY606型LD/LED电流源 (160)ZY-931A型光电倍增管 (163)ZY12208C型电光调制器 (165)实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器阈值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。

一、实验目的1. 了解光电测量技术的基本原理和实验方法；2. 掌握光电传感器的工作原理和应用；3. 通过实验验证光电测量技术的实际应用效果。

二、实验原理光电测量技术是利用光电效应将光信号转换为电信号，通过测量电信号的大小来反映光信号的强度、位置、频率等物理量。

本实验采用光电传感器作为测量工具，通过实验验证光电测量技术的实际应用效果。

三、实验器材1. 光电传感器；2. 光源；3. 信号发生器；4. 电压表；5. 数据采集器；6. 实验台。

四、实验步骤1. 将光电传感器固定在实验台上，确保传感器与光源的位置和距离符合实验要求；2. 打开信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 将光电传感器输出端连接到数据采集器，数据采集器连接到电脑；4. 打开数据采集器软件，设置采样频率和采集时间；5. 打开光源，观察光电传感器输出端电压的变化；6. 记录电压随时间的变化数据；7. 关闭光源，重复步骤5和6，观察光电传感器输出端电压的变化；8. 对实验数据进行处理和分析。

五、实验结果与分析1. 实验结果显示，在光源照射下，光电传感器输出端电压随着光源强度的增加而增加，随着光源距离的增加而减小；2. 在关闭光源的情况下，光电传感器输出端电压基本稳定，说明光电传感器具有较好的抗干扰能力；3. 通过对实验数据的处理和分析，可以得出以下结论：（1）光电测量技术可以有效地将光信号转换为电信号，实现对光强度的测量；（2）光电传感器具有较好的抗干扰能力，可以应用于实际测量场合；（3）光电测量技术具有测量精度高、响应速度快、非接触等优点。

六、实验总结1. 本实验验证了光电测量技术的实际应用效果，掌握了光电传感器的工作原理和应用；2. 通过实验，了解了光电测量技术在光强度、位置、频率等物理量测量中的应用；3. 实验过程中，学会了使用光电传感器、信号发生器、数据采集器等实验器材，提高了实验操作技能。

七、实验展望1. 深入研究光电测量技术的原理和应用，探索其在更多领域的应用前景；2. 优化实验方案，提高实验精度和可靠性；3. 探索光电测量技术与人工智能、大数据等领域的结合，推动光电测量技术的发展。

光电检测技术实验指导主编：王庆有天津市耀辉光电技术有限公司目录实验一夫琅和费衍射实验 (1)一、实验目的： (1)二、实验内容： (1)三、实验所用仪器设备： (1)四、实验原理： (1)五、实验步骤： (3)六.关机与结束： (4)七.思考题： (4)实验二光电调制与解调技术实验 (5)一、实验目的： (5)二、实验内容： (5)三、实验所用仪器设备： (5)四、实验原理： (5)五、实验步骤： (6)六、实验报告： (8)七、思考题： (8)实验三用线阵CCD测量物体尺寸 (9)一、实验目的 (9)二、实验准备内容 (9)三、实验所需仪器设备 (9)四、实验步骤 (9)五、实验总结 (11)实验四用线阵CCD测量物体的振动 (12)一、实验目的 (12)二、实验准备内容 (12)三、实验所需仪器设备 (12)四、用线阵CCD测量物体振动的原理 (12)五、实验内容及步骤 (13)六、实验总结 (14)实验五面阵CCD用于物体外形尺寸测量实验 (15)一、实验目的 (15)二、实验准备内容 (15)三、实验所需仪器设备 (15)四、实验内容及步骤 (15)五、实验总结 (18)实验六面阵CCD用于颜色识别 (19)一、实验目的与意义 (19)二、实验所需仪器设备 (19)三、实验准备 (19)四、实验内容及步骤 (20)五、实验总结 (21)实验七图像信息的点运算实验 (22)一、实验目的与意义 (22)二、实验所需仪器设备 (22)三、实验准备内容 (22)四、实验内容及步骤 (22)五、实验总结 (26)实验八图像的几何变换实验 (27)一、实验目的与意义 (27)二、实验所需仪器设备 (27)三、实验准备内容 (27)四、实验内容及步骤 (27)五、实验总结 (31)实验九光栅与莫尔条纹实验 (32)一、实验目的： (32)二、实验内容： (32)三、实验仪器： (32)四、实验原理： (32)五、实验步骤： (33)六、实验报告： (34)实验一夫琅和费衍射实验一、实验目的：通过对典型衍射的实验，充分认识光的波动学说，进一步加强对光的波粒二象性的理解，为今后学习、掌握光的衍射现象提供感性认识；也为利用衍射现象进行各种光电测量奠定基础。

实验一、光照度计设计实验一、实验目的1、了解和掌握光电池在光照度计上的应用原理2、了解和掌握光照度计结构原理3、了解和掌握光照度计电路设计原理二、实验内容1、光照度计测量光照度实验2、光照度计设计性实验三、实验仪器1、光电创新实验仪主机箱2、光照度计&光功率计设计模块3、照度计探头4、连接线4、万用表四、实验原理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：2E/LI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。

光照度计是用来测量照度的仪器，它的结构原理如下图所示：图 1-1图中D为光探测器，图3-2为典型的硅光探测器的相对光谱响应曲线；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。

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。

《光电检测技术》实验指导书丁松南京工业大学自动化学院2006-04-17目录实验一光敏电阻特性实验 (1)实验二光敏电阻开关设计实验 (4)实验三光栅位移实验 (6)实验四面阵CCD电荷耦合器件应用实验——线径测量 (9)实验五光电二极管、三极管特性实验 (12)实验六光电池特性实验 (16)实验一光敏电阻特性实验一．实验目的1.了解光敏电阻的光电特性、伏安特性。

二．实验内容1．偏置电压一定时，光敏电阻的阻值和照度的对应关系。

2．照度一定时，光敏电阻的偏置电压与其电流的对应关系。

3．照度改变时，光敏电阻的偏置电压和电流的对应关系。

三．实验设备及仪器1．直流稳压电源。

2．光敏电阻。

3．相关信号处理单元。

四. 实验线路及原理光敏电阻是一种当光照射材料表面被吸收后，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。

当加上一定电压后，光生载流子在电场的作用下沿一定方向运动在电路中产生电流，达到光电转换的目的。

当入射光的照度一定时，电路中的电流与光敏电阻的偏置电压存在一定的关系。

由于光激发所产生的载流子会改变光敏电阻的电导值，而在没有光照的情况下热激发所产生的载子同样也会改变光敏的电导值，只是对于光敏电阻而言光电导起主要作用。

所以，光敏电阻在光照条件下，总电流由两部分组成：亮电流=光电流+暗电流。

光敏电阻单元接线图五. 实验方法与步骤±V档，光敏电阻探头用专用导线一端连接后，插入照度实验架1、直流稳压电源置12上传感器安装孔，导线另一端插入面板上“光敏电阻Ti”插口。

2、开启电源及光强开关，并将“光强/加热”开关置5档，此时入射照度最大。

同时检查加热开关是否关闭。

3、在“光敏电阻单元”如图1-1接线。

4、检查接线是否正确。

5、关闭光强开关，记下电流表度数（暗电流），将数据记录。

随后将“光强/加热”开关置“1”档。

6、开启光强开关，记录电流表读数，并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档，记录每一档所对应的电流表读数，并填入下表。

《光电检测技术及系统》实验指导书闻春敖浙江大学光电信息工程学系光电信息工程实验中心2013年4月实验规则注意事项预习要求1、实验前必须认真阅读实验指导书及必要的参考资料。

明确实验目的。

熟悉内容和步骤，达到规定要求后才可进行。

2、安装实验装置前，检查所有仪器电源开关“关”状态，所有微调旋钮为最小位置，安装好后，应认真检查，确定无误。

再经指导老师检查允许后方可接上电源，开启电源时，必须通知本组同学，实验完毕，需将可调旋钮至最小，然后再关闭全部仪器电源。

3、实验时，不要随便开关电源，也不要使身体与设备的带电部分接触，实验中有百伏以上甚至万伏以上高压，必须引起高度重视。

4、一旦发生事故或异常情况，立即关闭所有电源，经指导老师查明故障后，方可继续实验，尚未查明原因前，不要改变现状，以便分析原因，吸取教训。

5、实验完毕，实验结果必须由指导教师审阅，待全部正确后方可将实验装置恢复原状，所有仪器放回原处，排列整齐，经老师同意后方可离去。

6、进实验室就得遵守实验室规章制度，更应注意的是实验时必须保持安静、整洁、不许随便乱动旋钮及开启电源开关，不准随便搬动实验装置。

7、实验前简单写好实验目的，原理步骤及预习要求所需测量的内容，理论曲线，然后根据实验要求进行安装测试。

实验报告写法与要求一、实验报告应将实验题目、目的、班级、组别、姓名、学号及同组者姓名等各项书写完整。

二、实验报告具体内容及要求：（可参考实验指导书，但不能照抄，希望按自己体会写）。

（一）实验目的（二）实验仪器（三）实验原理（简写）（四）实验步骤：（写出实验方法和顺序，并画出装置示意图或线路图）（五）实验结果（1）记录实验现象及条件（2）记录必要数据（必要时列出表格）（3）对实验结果进行理论分析目录实验一光伏探测器件的应用电路及其特性测量实验二光电导探测器的应用电路及其特性测量实验三光电倍增管的应用电路及特性测试实验四位置灵敏探测器（PSD）实验五典型光电测量系统的设计实验六光学传感三维面形测量实验七面阵CCD原理及驱动实验实验八光电探测器光谱响应的实验实验系统的组成系统由光电器件（光电倍增管、光电池等)、光电探测器测试暗箱、工作电源（卤钨灯电源、光电倍增管电源等）、电流电压转换及放大滤波电路、标准A光源稳流电源、PSD位置传感器实验装置、照度计、计算机等组成。

实验一光电检测器件综合特性测试一．实验目的运用光电效应、光电变换、检测电路、信号采集及数据分析处理等多种知识对常用半导体光电检测器件特性进行综合测试，并通过分析、比较，最终掌握其应用。

二．实验设备CSY-G型光电实验仪1台/组三．实验原理半导体光电检测器件是利用了内光电效应将光信号转变成电信号，经检测电路处理后，来观察其光电特性、伏—安特性的综合测试方法。

四．实验步骤1.光敏电阻⑴光敏电阻光电特性测试测量数据并填入下表，作出照度—电流曲线⑵光敏电阻伏—安特性测试将光强调节为100Lx，测量数据并填入下表，作出V—I曲线2.光敏二极管⑴光敏二极管光电特性测试选择R f =20K，测量数据并填入下表（I=V0/R f），作出照度—电流曲线⑵光敏二极管伏—安特性测试将光强调节为100Lx，光敏二极管“+”极与公共端之间的联线去除，再将“-Vcc”端口与光敏二极管“+”极相连，给二极管加上偏压，测量数据并填入下表，作出V—I曲线3.光敏三极管⑴光敏三极管光电特性测试测量电压读数，计算出电流，并填入下表，作出照度—电流曲线⑵光敏三极管伏—安特性测试将光强调节为100Lx，测量电压，计算电流，并填入下表，作出V—I曲线4.光电池⑴光电池光电特性测试测量数据并填入下表，作出照度—电流曲线及照度—电压曲线⑵光电池伏—安特性测试将光强调节为100Lx，测量电压/电流读数，并填入下表，作出V—I曲线五．分析与讨论1．根据测试结果作出以上光电检测器件相应的光电特性曲线及V—I曲线；2．对测试误差进行分析。

六．注意事项连接电路时应确认无误，再通电测试。

实验二光纤位移传感器测距一. 实验目的掌握光纤位移传感器的测距方法。

二. 实验设备CSY-G型光电传感器实验仪三. 实验原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图所示结构，两束多膜光纤一端合并组成光分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输发射器的红外光，经光源光纤照射至反射接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转强决定于反位移量。

光电检测技术及系统 实验指导书精仪学院实验教学中心2014年6月实验一 缝宽或间隙的衍射测量一、实验目的：a) 了解激光衍射计量原理 b) 利用间隙计量法测量缝宽二、实验原理激光衍射计量的基本原理是利用激光下的夫朗和费衍射效应。

夫朗和费衍射是一种远场衍射。

衍射计量是利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射来完成。

当激光照射被测物与参考的标准物之间的间隙时，这相当于单缝的远场衍射。

当入射平面波的波长为λ，入射到长度为L，宽度为w 的单缝上（L>w>λ），并与观测屏距离λ2w R >>时，在观测屏E的视场上将看到十分清晰的衍射条纹。

图1是计量原理图，图2是等效衍射图。

在观察屏E 上由单缝形成的衍射条纹，其光强I 的分布由物理光学知道有：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=220sin ββI I式中：θλπβsin ⎟⎠⎞⎜⎝⎛=w ；θ为衍射角，I 0是00=θ时的光强，即光轴上的光强度。

上式就是远场衍射光强分布的基本公式，说明衍射光强是随sinβ的平方而衰减。

当ππππβn ±±±±="",3,2,,0处将出现强度为零的条纹，即I=0 的暗条纹。

测定任一个暗条纹的位置变化就可以知道间隙w 的尺寸和尺寸变化。

这就是衍射计量的原理。

因为θλπβsin ⎟⎠⎞⎜⎝⎛=w ，对暗条纹则有 πθλπn w =⎟⎠⎞⎜⎝⎛sin 当θ不大时，从远场条件，有Rx tg n=≅θθsin 式中：x n 为第n 级暗条纹中心距中央零级条纹中心的距离，R 为观察屏距单缝平面的距离。

最后写成：nx Rn w λ=这就是衍射计量的基本公式。

为计算方便，设t nx =0，t 为衍射条纹的间隔，则 tr w λ=已知λ，R(R=f)，测定两个暗条纹的间隔t，就可计算出w 的精确尺寸。

当被测物尺寸改变σ时，相当于狭缝尺寸w 改变σ，衍射条纹中心位置随之改变，则⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−=0011x xR n w w λσ 式中：w 0, w 分别为起始缝宽和最后缝宽；x 0, x 分别为起始时衍射条纹中心位置和变动后衍射条纹中心位置（条纹n 不变）。