光电实验报告

长春理工大学

光电信息综合实验—实验总结

* ***** 学 号：S******** 指导教师：*** 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

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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：

光敏电阻光照特性实验数据 光照度（Lx） 电流mA 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0.37 0.52 0.68 0.78 0.88 1.00 1.07 1.18 1.24 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

光敏电阻伏安特性实验数据 型号：G5528 50 照度100 （Lx） 150 电压0 （U） 电流0 （mA） 电流0 （mA） 电流0 （mA） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0.05 0.11 0.17 0.24 0.29 0.35 0.42 0.48 0. 0.6 0.09 0.19 0.28 0.38 0.48 0.58 0.67 0.77 0.87 0.95 0.12 0.24 0.37 0.49 0.62 0.74 0.87 0.98 1.12 1.19 表2-2 光敏电阻伏安特性实验数据

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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：

颜色 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 波长（nm） 630-760 590-630 550-590 500-560 470-500 430-470 380-430 光敏电阻 型号GL—5528 电流（μA） 30.1 34.9 40.7 46.2 48.8 42.6 31.2 表2-3 光敏电阻光谱特性实验数据 得到的光谱特性曲线如图：

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图2.3 光敏电阻光谱特性曲线

4、实验分析

通过本实验现象可以看出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，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。

光敏电阻的光照特性是描述光电流和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，由图2.1可以看出，该光敏电阻光照特性是非线性的。

在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。由图2.2可见，在一定的电压范围内，光敏电阻的伏安特性曲线接近直线。

实验三：光敏二极管的特性实验

1、实验目的

了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应。 2、实验原理

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当入射光在本征半导体的P-N结及其附近产生电子-空穴对时，光生载流子受电场作用，电子和空穴分别漂移到N区和P区，从而两端形成电动势，这一现象称为光生伏特效应。如果将光敏二极管在外电路中把P-N短接，那么会产生反向短路电流，光照时反向电流会增加，并且光电流和照度成线性关系。

3、实验结果

实验得到数据如下表:

光敏二极管光照特性实验数据 照度5 （Lx） 10 15 20 30 40 50 60 70 75 80 I(μA) 0.02 0.08 0.12 0.16 0.24 0.32 0.40 0.49 0.57 0.61 0.65 表3-1 光敏二极管光照特性实验数据

根据数据得到的特性曲线如下：

图3.1 光敏二极管光照特性曲线

4、实验分析

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通过实验，我们知道在工作电压为5V的情况下，我们得到光敏二极管的光照度增加时电流值也是增加的。光敏二极管的光照特性呈现良好的线性关系。所以在一般的光学元器件检测中，可以利用其良好的线性关系而选择使用光敏二极管。

实验五：光电池实验

1、实验目的

了解光电池的光照特性，熟悉其应用。 2、实验原理

光电池的制造是根据光生伏特效应的原理，不需要加偏压就能把光能转化成电能的P-N结光电器件，，即：当光照射到光电池的P-N结上，在P-N结两端就产生了电动势。

3、实验结果

在本实验中通过改变照度，测出不同照度下的开路电压和短路电流的数据如表5-1：

强度0 5 （Lx） 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 75 85 95 100 电流0.40.0.70.91.01.21.31.51.1.92.22.52.83.00 0.13 0.28 （μA） 4 6 7 1 5 1 5 4 6 9 6 7 1 8 电压22290 104 172 202 240 248 260 274 275 280 300 300 314 320 322 （mv） 0 0 表5-1 硅光电池开路电压和短路电流实验数据

根据数据得到的开路电压特性曲线如下：

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图5.1 硅光电池开路电压特性曲线

同理由数据得到的短路电流特性如下：

图5.2 硅光电池短路电流特性曲线

4、实验分析

由图5.1可以看出，开路电压与光照度之间为对数关系，因而具有饱和性。因此，把硅光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线性的特点，这是硅光电池

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的主要优点。

实验六： 光开关实验（透射式）

1、实验目的

了解透射式光电开关组成原理及应用。 2、实验原理

本实验主要应用光开关，光开关由两部分组成：光发射管和接收管。当光发射管和接收管之间没有任何阻挡时，接收管有光电流产生，如果在光路中出现物体阻挡那么接收管就不会有光电流产生。

3、实验分析

根据电路图将实验电路进行连接，检查电路正确后，打开电源，将手放在发射管和接收管之间上下移动，就可以看到电路中的指示灯有亮灭变化。

将主机的大面板上的光电转速模块输出与示波器连接后，调节电压源旋钮我们可以看到当电压变大时，示波器上显示的波形变短，频率变大。

实验七：红外线反射式光电开关（光耦）

1、实验目的

了解红外线光电接近开关的组成及基本原理。

2、实验原理

红外线光电接近开关中有一个红外发射二极管和光敏三极管组成。当物体接近时，发射管发射的红外线被物体反射到接收管上，被

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接收管接收产生光电流，经采样放大和控制电路，可作为自动开关。

3、实验分析

按照实验手册上的电路图将实验电路进行连接，检查电路正确后，打开电源，将手接近光耦探头，发现指示灯亮；手离开光耦探头，指示灯熄灭。

实验八：热释电红外传感器实验

1、实验目的

了解热释电红外传感器基本原理和实际应用。

2、实验原理

热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。热释电传感器只能探测交流的斩波式辐射（红外光辐射要有变化量）。当入射辐射为恒定辐射时，热释电传感器不响应，只能脉冲辐射工作。

3、实验分析

根据实验手册上的电路图将实验电路进行连接，检查电路正确后，打开电源，手在红外热释电探头断面晃动时，指示灯亮。

实验九：光源及光调制解调实验

1、实验目的

了解光调制解调的原理。

2、实验原理

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光束是一种电磁波，具有振幅、相位、强度和偏振等参量和良好的相干性。如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按照调制信号（如数字信号）的规律变化，那么该光束就受到了调制，达到“运载”信息的目的。

实现光束调制的原理有振幅调制、频率调制、相位调制、强度调制、脉冲编码调制。从方法来说，即有电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制等。本实验用的是脉冲电光调制。

3、实验结果

按照实验手册上的电路图将实验电路进行连接，检查电路正确后，打开电源，将发射和接收探头对准后我们进行观测，发现实验板上的输入指示灯和输出脉冲指示一起发亮。

实验十：激光定位实验

1、实验目的

了解PSD光电位置敏感器件的原理及在激光定位中的应用。 2、实验原理

PSD为一具有PIN三层结构的平板半导体硅片。表面层为感光面，在其两边各有一信号输入电极，当入射光恒定时，产生光电流恒定，则入射点与PSD中间零位点距离成线性关系，根据这一特性，就可以从输出电压值知道激光点的位置，从而实现激光定位。

3、实验结果

激光光点打在PSD的其中一点上，反向转动测微头使光点像PSD

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另一端位移，每转动0.2mm记录一个数据，重复三次，得到数据如表10-1：

位移量0 （mm） 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 输出电压-1.24 -0.96 -0.77 -0. -0.38 0 1（V） 输出电压-1.25 -0.93 -0.75 -0.59 -0.34 0 1（V） 输出电压-1.28 -0.96 -0.80 -0.60 -0.44 0 1（V） 平均值(V） -1.26 -0.96 -0.77 -0.58 -0.38 0 0.35 0.55 0.85 1.06 1.19 0.38 0.56 0.84 0.94 1.22 0.39 0.55 0.86 1.02 1.23 0.37 0.55 0.85 1.01 1.21 表10-1 激光点位移值与输出电压值

得到激光点位移与输出电压关系曲线如图10.1:

图10.1 激光点位移与输出电压关系曲线

4、实验分析

在进行试验之前开始，我们要将增益旋钮调节，将激光点在PSD上位置从一端到另一端的电压变化调整在±5V之间。由图10.1可以看出，激光点位移与输出电压的关系接近线性。

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实验总结

通过本周的这些实验，我们了解到了光电基础，光敏电阻，光电池，光电二极管等光电器件的结构，特性，和工作原理，认识到了光电器件在不同环境下的性质变化以及它们的基础应用，掌握了不少光电探测器件使用的知识。在此感谢王老师的指导。

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