光电实验报告

1、一.实验原理 普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱，光谱为连续光谱( 白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的电流 )。 利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光激光特性:单色性 方向性 相干性等。白炽灯按用途可分为普通照明灯泡和专用照明灯泡。白炽灯的光效虽低,但光色和集光性能好,易于大量生产、成本低、使用方便。因此，它始终是产量最大、应用最广泛的电光源。除作普通照明灯外，还可作航空、车辆、船舶用灯，医疗卫生、仪器、信号指示灯，舞台、放映、照相用灯，红外线加热

2、，矿用、农用、集鱼和测光标准灯等。半导体激光器具有效率高、体积小、寿命长、成本低、等优点，目前在激光器领域中已占据一半以上的市场份额，而且还在不断扩大，大有取代传统激光器的趋势。 光敏电阻是应用光电导效应的元件。光电导效应就是在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化。光敏电阻可广泛应用于各种光控电路，如对灯光的控制、调节等场合，也可用于光控开关。 光敏二极管，又叫光电二极管（英语：photodiode ）是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改

3、变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。 光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。 光电池（photovoltaic cell，注意photocell一般指光敏电阻），是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池是根据光生伏特效应制成的，不需加偏压就能把光能转换成电能的P-N结的光电器件。当光照射到光电池P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。这种现象叫“光

4、生伏特效应”，将光能转化为电能。该效应与材料、光的强度、波长等有关。它是是能在光的照射下产生电动势的元件。用于光电转换、光电探测及光能利用等方面。光电池主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地球卫星、灯塔、无人气象站等处。  目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。 光电开关可以由一个光发射管和一个接收管组成光耦或

5、光断续器。当发射管和接收管之间无遮挡时，接收管有光电流产生，一旦此光路中有物体阻挡时光电流中断，利用这种特性可制成光电开关用来测速、计数、控制等。反射板式光电的抗光干扰能力稍差，对射式的好些，安全性属对射式光电更高，国外品牌进入中国开始阶段均是反射式，现在大的主流是对射式光电开关。 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。 若使某些强介电质物质的表面发生变化,随着温度的上升或下降,在这些物质表面上就会产生电荷的变化,这种现象称为热释电效应。这种现象在钛酸钡之类的

6、强介电材料上表现得特别明显。释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。 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

7、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。 当光点入射到PSD表面时，由于横向电势的存在，产生光生电流，光生电流就流向两个输出电极，从而在两个输出电极上分别得到光电流和，显然。而和的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。二、操作与观察得出结论 按照讲义进行操作。对普通光源利用分光三棱镜后，可以提供红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，发射出波长为630纳米的红色光激光特性:单色性 方向性 相干性等。 通过实验得出光敏电

8、阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻：在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。光照特性如2-1，表21光照度（LX）20406080100120140160180电流mA0.230.40.540.650.750.840.961.041.12光照度/Lx图2-1光敏电阻光照特性实验曲线可以看出，电流随着光照度的增加而增大，基本成线性。表2-2型号：G5528电压（U）00.511.522.533.544.55照度（Lx）50电流（mA）00.030.070.110.150.190.230.280.310.360.4100电流（mA）00.060.130.210.280.350.420.490.560

9、.630.70150电流（mA）00.090.180.270.360.460.550.640.730.830.91I/mAVCC/V图2-2光敏电阻伏安特性可以看出，照度越强，电压对电流改变越大，曲线基本成线性。表3-1照度Lx51015.707580I（mA）0.020.060.090.460.470.49L/Lx图3-1光敏二极管光照特性电流和电压基本成线性表5-1强度（Lx）051015.95100电流（A）00.120.230.472.632.91电压（mV）00.100.190.240.320.32光照度/Lx图5-2硅光电池开路电压短路电流表10-1位移量（mm）12345678910输出电压1（V）-4.91-4.36-3.37-2.11-1.26-0.180.901.782.923.83输出电压1（V）-4.94-4.37-3.33-2.12-1.30-0.170.881.802.943.85输出电压1（V）-4.92-4.39-3.36-2.14-1.28-0.190.861.822.973.84平均值（V）-4.92-4.37-3.35-2.12-1.30-0.180.881.802.943.84电压(V)位移/mm表10-1 激光点位移与输出电压关系三、问题与收获 我