电子科学与技术系实验指导书

电子科学与技术系专业实验指导书

实验一发光强度的定标..........................................................2

实验二湿法光刻技术实验........................................................5

实验三2048位线型CCD转移效率测试............................................8

实验四相衬干涉显微镜的使用及对纤维光学元件的测量............................11

实验五红外探测器D*测量......................................................15

实验六Pbs探测器光谱响应度测试...............................................18

实验七光通量测量.............................................................19

实验八用双色法测量鸨丝灯的温度...............................................23

实验九红外变象管积分灵敏度和红外灵敏度的测量................................27

实验十红外辐射源能量光谱分布测试............................................30

实验-I-黑体实验.............................................................32

实验十二棱镜耦合法测量平面光波导的传输模式..................................35

实验十三半导体激光器主要参数的测定..........................................37

实验十四电子滤波器设计与特性参数测试........................................39

实验十五红外热像仪参数测试...................................................40

实验十六光学纤维端面耦合的实验研究..........................................41

实验十七光学纤维数值孔径和损耗系数的测量....................................43

实验十八固体激光器的装调.....................................................45

实验十九被动调Q激光器的输出特性............................................47

实验二十固体激光器调Q实验..................................................51

实验二一固体激光器倍频实验...................................................53

实验二二固体激光器装调实验...................................................54

实验二三固体激光器输出特性测量..............................................56

实验二四衍射光强测量实验.....................................................58

实验二五偏振光调制实验.......................................................61

实验二六色度的实验研究......................................................64

实验一发光强度的定标

(-)实验目的：

1.熟悉陆末(Lummer)-布洛洪(Brodhun)光度计的构造原理。

2.掌握用光度计测定电灯的发光强度及光强分布曲线的方法。

实验原理：发光强度的测定是依照笃定率为依据的。按照照度定律，在点光源的情况下，假

定光线垂直的照射在某一表面上，则该表面上的照度E与光源发光强度I成正比，而与光源

E=—2

到该表面的距离r的平方成反比，即r(1-1)

由(1-1)式知道，若采用比较法，使两个不同光源在广度记得某一表面上产生的照度相等,

如其中一个光源的发光强度为已知，另一个光源的发光强度就可确定。例如两个光源的发

光强度分别是乙和12,它们到光度计的距离分别为｛和4(图1-1)。于是，当光度计中

F二F

两相接市场上的照度相等(12)时，则有

L=L

/二(1-2)

由此可得：

।(1-3)

通常用一口校验过的电灯作为标准灯(即其发光强度L是已知的)，只要测出照度相等时的

距离彳和就可根据(1-3)式算出待测电灯的发光强度,2。

(-)实验设备：

仪器和用具：

1、陆末-布洛洪光度计；2.光具座；3、标准光；4.待测光；5,垂直灯座；6.附有

刻度盘的灯座；7.交流伏特表(0—150/300V)两只；8,交流安培表(0—0.5A)两只；9

、调压变压器两只；10、照度计。

基于比较法的光度计，都是使所要比较的两个广元(一个是标准的。另一个时代测的)所发

出的光通过一定的光路分别照亮统一表面，并使这两个照亮区域的边缘相接，利用两区域照

度相等时边界线消失的现象，定出待测光源的发光强度。光度计的种类很多，本试验使用的

是陆末-布洛洪光度计，其外形和结构如图1-2(a)和(b)所示意。从所比较的光源4和L

来的光线，分别从左、右两窗口空进入匣内，并投射到石膏制成的漫射屏S匕由屏漫射出

来的光线分别在两个全反射棱镜（或平面镜）和"2上反射后投射到特制的玻璃快C

上。观察着E在侧面的望远镜T中可以同时观察到由屏S的两表面反射过来的光线。玻璃块

C是由两块直角棱镜,P和‘P2平合而成，其中一块棱镜的斜面上蚀刻有一定的徒刑。如有漫

射屏S的两面照度不相等，则蚀刻的图形将显现，如图「3（a）和（c）所示：当两面的照度

相等时，图形则消失，如图卜3（b）所示。图形中A和a为来自右方广院所照明的视场，B

和b为来自左方光源所照明的视场，因四者相互衬托，其照度是否相等就更容易判断了。为

了便于比较，另有两块可转动玻片।和2起着背景反衬的作用。

另一种陆末-布洛洪光度计的结构稍有不同，玻璃块c是由不同的两块全反射棱镜片和

p2组成，棱镜’p2是通常的平底面全反射棱镜，棱镜p》的底面为球面，且球底面的中心部

分被切割成平面，两棱镜经过精细研磨达到“光学接触”（光胶合）。如图『4所示。

由于接触面呈圆形，因此一般将观察到图1-4右方（a）薄（c）所示的图形，一暗圆印

在一明环内。或一明原因在一暗环内。而当屏s两面的照度相等时，视场将是均匀照明的，

如图1-4（b）所示。

测量是通过比较漫射屏S的两面的亮度进行，如果两面的亮度相同，而其反射系数已相

pF

等，则照度।等于照度2。为了校正两个面的反射系数的差别，光度计可绕水平轴线

HH'翻转180。，分别在两个位置进行测量，然后由这两组结果取其平均值。

三、实验步骤与内容：

1、在光具座上的两端插座上放好标准灯乙1和待测等七。使两光源在光具座上相距

最远。其中标准灯安装在垂直灯座上，而待测灯安装在可绕水平州县旋转且附有刻度盘的旋

转灯作上竖放，如图1-5所示，并使指针对准刻度盘上0°处。再在两灯之间放置光度计P

（图16）,调节两灯座的高度，使两等于光度计的窗孔等高，以使光线能垂直投射到光度

计的漫射屏上。

2、按图1-6接好线路，调节调压变压器（，使标准灯4的电压升至额定值（这样点

/T

燃，他的发光强度।才为己知）,并在实验过程中始终保持这电压不变；同时调节变压器2,

使待测灯4的电压保持在200伏特。

3.左右移动光度计P,以使光度计中市场两部分的照度相等，从光具座的标尺上读出

两光源与广度及之间的距离［和1，然后把广度既然水平轴转过180。，在找出光度计中

rr

视场照度相等的位置，并读出两光源与光度计之间的距离।和2。由这两组数据取其平均

值，并代入（1-3）式算出待测灯的发光强度,2。

保持标准灯之光度计的距离।不变，只改变待测灯的位置，重复试验三次，测出待测光

的发光强度（取其平均值）。

4.转动灯座，使待测灯然水平轴转过一角度，仿照上述步骤，测出光度计中视场照度

相等使待测灯与光度计之间的平均距离、，并根据（卜3）式算出待测灯4在它对于光度

计所在的方位上的发光强度，每次旋转30°,直至一周，即可得到待测灯在铅直面内各个

方向上的发光强度。以矢径长表示发光强度，将所得结果在极坐标纸上划出待测灯发光强度

的分布曲线。

5.将待测灯L的方位固定，逐步改变其电压，每次10伏特，从220伏特逐步降到180

TVA

伏特，用光度计测出每个电压知识等2的发光强度I,并记下各次伏特表『2和安培表

的读数，算出每次测量时的电功率也以电功率W为横坐标，该特定方向的发光强度I为

纵坐标，画出发光强度与电功率的关系曲线。

6.用照度计测出离待测灯（在220伏特时）一定距离时的照度。并由此算出待测灯的

发光强度，经此结果与由步骤3测得的数据进行比较。

实验二湿法光刻技术实验

湿法光刻即光学光刻，是通过光学系统以投影的方法将掩模上的各种结构“刻”在涂

有光刻胶的材料上，是一种半图形复印和腐蚀相结合的精密表面加工技术，在半导体管芯分

割平面管，集成电路，集成光路生产研制中，光刻的目的是按照设计的要求，在衬底材料上

或金属膜上面刻蚀出与掩模版完全对应的几何图形，以实现选择性扩散和金属膜布线的目

的。

限制光刻所能获得最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率相关，而减小光刻

的波长是提高分辨率的最有效途径。通常的光刻机采用紫外线接触曝光光刻法。此外，也相

继出现了X射线曝光和电子束曝光法，以及粒子束曝光法、极紫外曝光法。本试验让同学学

握最基本的光刻工艺过程。

一、试验目的

1.了解光致抗蚀剂的种类和感光机理

2.掌握光刻工艺原理

3.光刻工艺质量分析

二、试验原理

光刻胶是一种仃机高分子化合物，它主要由碳，氢等元素所组成，它的分子量很大，可以是

几百、几千、几万以至几十万，没有确定的数值。由于光刻胶的内部结构存在着可变因素，

所以一经变化，其结构上的物理和机械等性能都将发生相应的变化，例如，由可溶性变为不

可溶性或相反的过程，利用这种特点，我们就可以在衬底基片上制造出各种所需的图形，光

致蚀剂在外界因素（如光、热）的作用下，由可溶性转变为不可溶性，或由不可溶性转变为

可溶性，达到在衬底片上复印图形的目的。

1.负性光致抗蚀剂

光致蚀剂在暴光前对某些溶剂是可溶解的，暴光后硬化成不可溶解的物质，这一类光

致抗蚀剂作为负性光致抗蚀剂，由此组成的光刻胶称为负性胶。目前，他主要有聚肉桂酸脂

类，聚脂类和聚烧类等。由于这种抗蚀剂和衬底材料，特别是金属衬底材料的黏附性较好，

而旦耐腐蚀，因而在集成电路，集成光路中得到广泛的应用。

2.正性光致抗蚀剂

光致抗蚀剂在暴光前对某些溶剂是不可溶的，而暴光后却变成可溶性的。这类抗蚀剂

成为正性光致抗蚀剂。由此组成的光刻胶称为正性胶。目前，它主要有邻置氮醍类，常用的

有701正性光致抗蚀剂（与国外AZ-1350相仿）。这种正性光致抗蚀剂，暴光后能用弱碱性

水溶液进行显影，显出正图象。由于它抗碱性差。耐酸性好，所以唱用L5—3磷酸钠水溶

液进行显影，腐蚀时一般用酸性腐蚀液。

由于它分辨率高、边缘整齐、边缘陡度好，以及反刻时易于对版等优点，所以是比较

重要的抗蚀剂之一。

3对光致抗蚀剂性能的要求

a.高分辨率

分辨率是光致抗蚀剂极为重要的特性，是指用某种光刻胶十所能得到的光刻图形的最

小尺寸。它通常用在1毫米的宽度上，能刻蚀出可分辨的最大线条数目来表示，单位为（条

线/毫米）。分辨率与光致抗蚀剂本身的结构性持有关，也与光刻工艺有关。例如，正胶的分

辨率高于负胶，且与分子量及其分布有关。平均分子量越高，分子量分散性越大。则分辨率

越低。

b.高灵敏度

灵敏度是与分辨率同样重要的特性，尤其在电子束和x射线暴光时显得更突出。它定

义为光刻胶感光所必须的照射量，对于正胶，定义为显影后膜厚为零时的最小照射量；对负

胶，是指显影后膜厚减薄至原膜厚二分之一时的照射量。一般情况下负性胶比较正性胶具有

更高的灵敏度。

c.黏附性能好

光致抗蚀剂与衬底之间黏附的牢固直接影响到光刻的精度。影响黏附性能的因素很

多。有抗蚀剂本身的性质，衬底的性质和它的表面沾污情况等。

实践证明，衬底的平整，致密、清洁，干燥是尤为重要的，对抗蚀剂的黏附性影响很大。

d.抗蚀性能好

要求抗蚀性能坚膜后，能够较长时间地抵抗腐蚀剂的侵蚀。当然这也与光刻工艺本身

有关。

e.稳定性

要求抗蚀剂在常温和光（主要是紫外光）屏蔽的情况下，即使加入了增感剂也不发生

暗反应，在烘烤干燥时，不发生热交联。为了提高抗蚀剂的稳定性。可加入抗氧化剂或能够

抑制活性基团自发反应能力的稳定性。例如KPR胶可以加对苯二酚等。

三、实验的仪器及装置和步骤

本实验主要使用光刻机一台、高速离心机一台、红外烘烤灯及必要的光刻胶及化学药品。

同学们在预习时，首先要学会使用光刻机。

1.首先布置好一个暗室，在甩胶机和光刻机附近置放小度数的红灯泡，以备工作时

用。光刻胶一般是易感光的，即在白光下失去保护图形的作用。所以涂胶，甩胶，前烘，光

刻，坚膜都必须在暗室中进行。另外，胶瓶用茶色玻璃瓶或外罩不透光的保护罩封装。

2.光刻工艺步骤如下

涂胶就是在二氧化硅或其他薄膜表面，涂上一层黏附良好，厚度适当均匀地光刻膜。

胶太厚，就不容易将胶甩平，造成胶膜薄厚不均匀。暴光时光刻板不能紧贴被刻物表面，造

成露光现象，得不到标准图形，一般涂1微米为好，光刻不透，影响图形质量，太薄，又保

护不了所需的图形，此时需二次涂胶。再重复上面步骤。另外，被涂覆工件的表面必须是清

洁干燥的和平整的。涂胶•般采用旋转的方法，利用离心机离速旋转时产生离心力，将滴于

片子上多余的胶液甩去，在光刻胶表面张力和旋转离心力共同作用下，展成厚度均匀的胶膜,

胶膜厚度由转速和胶的浓度来调节。但旋转速度引起的厚度变化比浓度引起的大。

3.前烘

前烘就是在一定温度下，是胶膜里面的溶剂缓慢地，充分逸出来，是胶膜干燥，增加

它的黏附性和耐磨性。能牢固地附着在被刻物表面。某一种光刻胶的前烘温度和时间应由实

验来确定。我们采用红外灯烘焙，使胶的干燥从里到外，以获得良好的前烘效果。前烘时间

长了，胶易干，易焦，前烘时间短、胶没干透，去胶时易脱落，保护不了图形。

4.暴光

暴光就是对涂光的基片进行选择性的光化学反应，使暴光部分的光刻胶改变在显影液

中的溶解性，经显影后在光刻膜上得到和“掩膜相对应的图形。我们采用自动暴光机进行紫

外光定时接触暴光，首先，打开高压水银灯电源，预热十五分钟。把掩膜板向下和涂胶面的

精确套合，然后进行正常地紫外光暴光，时间15—20秒，若暴光不足，显影时图形模糊不

清，腐蚀时胶膜易脱落，暴光过度，腐蚀后台面过宽，形成锯齿形。在实际生产中，往往以

暴光时间来控制暴光量，并且通过反复实验来确定最佳暴光时间。

5.显影

显影是把暴光后的基片放在显影液中，将应去除的光刻胶膜除干净，以获得腐蚀时所

需要的抗蚀剂膜的图形。对我们实验来说，涂正性胶，显影液用氢氧化钠、三氯乙烯等溶液，

涂负性胶，显影液用乙醇。

显影时间随抗蚀剂的种类，膜厚，显影液种类，显影温度和操作方法不同而不同，要

根据实际情况进行选择和调整。

6.坚膜

坚膜就是在一定温度下（可用红外灯），将显后的片子进行烘焙，除去显影时胶膜所

吸收的显影液和残留水分，增强胶膜的抗蚀能力，并消除显影时所引起的图形变形。

7.腐蚀

腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其它衬底进行腐蚀，按照光

刻胶膜上以显示出来的图形，完整、清晰、准确地腐蚀，供选择扩散或达到金属布线的目的。

腐蚀有两种类型，湿式化学腐蚀和干式化学腐蚀.

8.去胶

去胶就是在二氧化硅或其他的衬底上的图形腐蚀出来后，把覆盖在图形表面上的保护

胶膜去除干净。主要方法有

a.溶剂去胶

是用有机溶剂浸泡，使抗蚀膜溶胀，然后将它擦去。去胶一般是含氯的烧化物，并含

有表面润湿剂。

b.氧化去胶

用强氧化剂将抗蚀剂氧化成二氧化碳和水而达到去胶的作用，长用的氧化剂有硫酸、

硫酸一过氧化氢（3：1）混合液，硫酸——重锯酸钾溶液等。

四、实验内容

1.在玻璃衬底片上，用正胶法光刻出图形，并观察光刻图形的缺陷并讨论产生的原因。

2.在玻璃衬底片上，用负胶法光刻出图形，并观察光刻图形的缺陷，讨论产生的原因。

实验三2048位线型CCD转移效率测试

电荷耦合器件（ChamgeCoupLodDevice）,简称CCD,是一-种新型的半导体器件。它不

同于普通的三极管对信号具有放大能力，而是一个无增益功能的模拟移位寄存器将光注入转

化成的电信号或电注入的信号由注入端转移到输出端。信号电荷在进行有一个栅到另一个栅

的每一次转移中，不是全部转移，有部分信号电荷有一其它原因没有被转移，仍留在原栅极

下面，只有。部分被转移到下一个栅电极的势阱中n愈大，说明性能愈好，一般。在99.99%

左右。n称为转移效率。它是表征这种器件性能的极其重要的参数。

（-）：实验目的：

1、掌握CCD转移的测试方法。

2,了解CCD驱动电路的工作原理。

3、分析影响转移效率n的原因。

（-）实验仪器：

1、二踪示波器SBET0型1台

2、2048位线型CCD1片

3、驱动电路设备1套

4.多路直流稳压电源1台

5、生物显微镜XSB-520型1台

（三）实验原理：

1、CCD的结构原理：

CCD就用途来讲可分为多种，但基本结构相同，都是由金属一氧化物-半导体三部分组成。

图一位CCD的基本结构原理图。由图示，

在n型硅衬底上，生长着一层很薄的二氧化硅，再在二氧化硅层上依次淀积金属电极。这种

作规则排列的M-0-S震裂再加上输入端（输入二极管）与输出端（输出二极管）就构成了

CCD的重要组成部分。本实验采用2048位线型三相CCD,主要构成部分与上述相同。其他部

分下面加以介绍：该CCD是三相驱动的电阻海结构，除光敏元阵列都覆盖有一层不透明的铝

以对光屏蔽。

（1）光敏震裂：线型光敏阵列上有2048个光栅电极（光敏元），每个光敏元之间用浓参

杂的沟阻隔开。光敏元中心局为54日（2048位CCD）。

（2）移位寄存器：2048位阵列移位寄存器以三相式相连，即1、4、7……电极连在一起

作为第一相中第2、5,8……电极连在一起作为第二项①〜，顺序每三个电

IA2A

极构成意味，每位寄存器对应一个光敏元。电极长12出宽96L移位寄存器的输入

端有输入二极管和输入栅，可用胖零或电信号注入。

（3）转移栅：在光敏阵列与位移寄存器之间，有•条由掺杂多晶硅构造的长条转移栅

①x。它能把光敏元在光积分时间内存储的电荷转移给位寄存器。

（4）输出电路：包含有输出栅和输出二极管，一对用于复位和放大的场效应管。外设一

位CCD寄存器与补偿放大器，以减小复位脉冲噪声。

对于2048位线型CCD,而排75位平行移位寄存器，一列二位读出移位寄存器，其

余部分基本于2048位线型CCD相同。图二和图三为这两种CCD的结构平面示意图和

实验原理图。

2、CCD的工作原理-及电荷转移原理：CCD工作原理，类似于MOS场效应晶体管，是依赖于

材料表面半导体类型的转换而工作。（下面结合图一、二、三说明CCD的工作原理。）当光束

照到器件表面透明的光栅电极上时，在导体内就产生光生电荷，这些光生电荷被收集到光栅

电极下边的表面势阱中。这些被收集在势阱中的光生信号电荷叫做电荷包。电荷包的大小与

光强成正比，光图像的强弱不同，对应在光栅电极下势阱中收集的电荷多少以不同，于是便

得到了明显程度不同的电模拟图像。在光积分期间，转移脉冲中*处于高电平，这是电荷

不发生转移。当光栅脉冲①*处于低电平，CCD移位寄存器的第一相时钟脉冲中2也处于

低电平，这时存储在光栅电极下面势阱中的电荷包可通过转移棚下的势阱而运动到CCD移位

寄存器的第一相对电极①I,的势阱（1）中，如图一，并依次转移到①，/①

IA2A3A

……时钟电极下边的势阱中。这是因为①①，「①一为三相且周期相差173。

1A1A2A3A

电荷转移结束，①X恢复为高电平，①.为低电平，即开始下一次光积分。

复位管的栅极上加一个与①，，同步与①〜反相的复位脉冲中.使复位管开启，输出

2A5AR

二极管的浮置扩散结复位，准备接纳下一个电荷电。

信号电荷通过输出栅送入输出电路。输出二极管收集来自①A最后一个转移栅下的电荷

包，并控制放大管栅极电位。因此在放大管的原极输出端便可获得随信号电荷量变化的图像

信号。

①…O.①"、①，，、①3、①口是CCD驱动脉冲，对2048位CCD还有

iX1ANA3RI\

O|C，①2C'①3C，在使用时分别施加在CCD的各功能管脚上。其波形突见图四。

（四）实验步骤：

1.熟悉所用仪器的性能和使用方法。

2、按实验原理图，CCD外引线排列图联好电路，先不接通电源。

3、请教师检查电路.

4,先接通驱动电路，对照波形图用示波器检查个驱动脉冲的相位和辐照.调整在规定范围

内.

5,接通CCD电路，并将CCD进行光屏蔽.

6,调整显微镜,是示波器荧光屏上出现一个电荷包,这是说明小光点只照到一个光敏元上.

7、使CCD工作台从左向右微动,形成光点从第一个光敏元到第64个光敏元顺序扫描,反复几

次，严正无误，记下光电照在第二个光敏元上的输出K及光点照在第64个光敏元上的输出

V.用下面公式计算转移效率H,一般为99.99%左右.

64

二000%

对2048位线型CCD匕位V”、.

04IJU

8,按实验报告要求,写好实验报告，并根据MOS期间表面效应讨论影响转移效率n的原因.

五、附CCD64位、150位外引线管脚土，驱动电路上，各验动脉冲电压幅值表.

实验四相衬干涉显微镜的使用及对纤维光学元件的测量

相衬干涉显微镜是根据偏振光的干涉原理和普通显微镜相互配合而构成，由于偏振光

的干涉效应可以观察到样品表面有浮雕感，可以大大提高对样品观察的精度和清晰度，也同

样可以作为普通工具显微镜使用。

一实验目的

掌握相衬干涉显微镜的正确使用；•般常规使用及干涉相衬装置的正确使用。

掌握相衬干涉显微镜的结构特点及物镜标称倍率的校正。

用相衬干涉显微镜测量纤维光学元件的端度尺寸。

二实验原理——干涉相衬原理

本仪器是基于偏振光的干涉而制成，如门.4—1所示，来自起偏器P的直线偏振光经

过一块半透半反射的平面镜射I句诺玛斯基棱镜Pr，诺玛斯基棱镜是二块光轴互相垂直的

图1.4—1干涉相衬显微镜工作原理

S-光源C—透镜ob—透镜P一起偏器

A-检偏器H—M一半透半反平面镜P,一诺玛斯基棱镜

水晶晶体所组成，直线偏振光经过棱镜后就分裂成震动面互相垂直的两束光线。光和

e光，这两束光通过物镜。b分别对试样进行照明，然后再反射回诺玛斯基棱镜P,,由于棱

镜的作用，这两束光再次会合，在经过检偏器A后就形成了干涉色。如果试样的一部分有微

量凹入，那么就产生了像图1.4—2那样的AB两个反射波面，光程差△。大小决定了目镜视

场里的背景色彩，而臬则使凹入部分的边缘产生不同的干涉色，因而加强了观察样品

的衬度并使之产生了浮雕感，光程差△。的大小可以用移动诺玛斯基棱镜来自由调节。

另外A、B两波面的横向位移量S,应微小到小于显微镜的分辩率，所以不会产生二

重像。

B波面

图1.4一2两反射波面的成像原理

三使用的仪器及调整

本实验采用XJC-1型落射式干涉相衬显微镜，它是在正置式金相显微镜基础上加上

诺玛斯基棱镜而成的，由于光线的干涉作用不仅可以在样品表面观察到鲜艳的彩色感和浮雕

感，同时对样品表面的微小起伏及低对比度区域也有极佳的鉴别能力（20A-30A）,相当于

一台小型电子显微镜的功能。

本仪器在正常操作时，采用落射光照明，而透射光照明仅作为辅助研究手段。

1、仪器的常规使用方法

a接通电源将仪器的电缆与电源箱上的插座按好，先开总电源，后开光源开关，逐

渐增大电流调节使卤铝灯最亮。

b调正孔径光栏由于孔径光栏可以改变入射光束的粗细程度，当孔径光栏大小调节

到入射光束恰好充满物镜后鉴别能力最高。

c调正视场光栏视场光栏是用来减少镜筒内部的杂光反射，提高像的对比度，也可

以改变视野的大小，通常将视场光栏调到刚刚大于所用的目镜视场。目镜更换后，视场光栏

的大小随着调节。

d调正翻灯调节灯丝的中心位置，使视场内可均匀照明，一般情况会出现灯丝像，

可加中性滤光片使视场照明均匀。

e双目观察镜的调整首先应调节双目镜筒的距离与瞳孔距离一致，并在眼基尺上读

出数值，然后转动双目镜筒上的调节圈使调节圈上的刻度指示与眼基距离尺的读数一致，则

双视场重合成像最清晰。

f显微镜的聚焦将五个物镜及物镜接筒装于转换器，先用低倍物镜观察使试样成像

最清晰，然后再逐步调整高倍率物镜进行观察。

2、仪器落射光干涉相衬装置的使用

首先按常规使用方法进行仪器的调整

a首先将物镜的五孔转换器上安装干涉相衬棱镜座及物镜，然后将转换器插入插孔，

以免进行干涉法测量。

b把起偏镜与检偏镜加入光路，检偏镜的角度转至0°即起偏镜与检偏镜正交，此时在

视场内可见到干涉色彩。

c转动诺玛斯基棱镜座上的移动螺丝，便可以改变干涉色彩，样品上不同的相出现不

同的颜色，所观察的试样出现一种立体浮雕感。

另外有关干涉相衬显微镜的各种使用要求请详细看说明书后，才可以进行仪器的使

用。

四实验的内容及要求

1、用常规使用法进行物镜倍率的校正

根据实际情况所生产的光学仪器镜头，在部颁标准范围内，生产的显微镜的物镜放大

倍数允许有5%的误差，使用者为了能提高测量精度，进行准确测量，希望知道自己使用这

台仪器物镜的实际放大倍数PC实是多少，为此可用0.01mm的物镜测微尺与10.分划板联景

目镜来进行测量。

首先在载物台上放置一块0.01mm格值的物镜测微尺，把待校测的显微镜装好，并调

焦距成像。然后用眼睛通过10.分划板取景目镜（内有0.01mm格值的刻尺）进行读数测量.

在进行实际测量时，是以0.01mm小格的N倍为一度量单位（N可取5或10）,这样J

以消除测量误差。则物镜的实际放大倍率PC实为:

PC_分划板取景目镜格数

实测微目镜N格数x0.01（〃〃"）

2、测量物体的实际长度

我们测量校准物镜的实际放大倍率PC实后，再利用10*分划板目镜的刻尺，即可进行

物体实际长度的测量d实。

待测样品置于载物台上，再用校准好倍率的物镜进行样品实际长度d实的测量。

“产卑黑典MMx。」（〃⑼

实物镜的实际放大倍率PC实

3、分别对仪器的显微物镜的标称值PC10

PC25,PC40,PC60,进行实际放大倍率的校正。

4、对光纤丝的芯径和包层的直径进行测量。

5、观察微通道板的面型结构，并画出示意图，再测量微通道板，单根通道的内壁直

径d内，单根通道的壁厚及微通道板复丝直径的测量d^,并根据你的测量结果进行计

算，判断每个复丝中所包含单通道的个数？（通过画图表示之）

6、用落射光的干涉相衬法观察样品GaAs表面的面型及表面的缺陷，并掌握仪器干涉

相衬装置的使用方法。

为了测量方便及工整请将按下面表格填写测量数据。

标称放大倍PC10PC25PC40PC60

率

目镜分划板

读数

测微尺读数

实际放大倍

率

标称放大倍PC10PC25PC40

率

芯径的测量

值

芯径的实际芯径

值平均值

包层的测量

值

包层的实际包层

值平均值

PC401234平

均值

微通道板单

丝芯径d内

微通道板单

丝外径d外

微通道板壁

厚心一介

2

PC40的实际

放大倍率

PC101234平

均值

复移直径d

夏

PC10的实

际倍率

复丝的实际

直径dH

五思考题

1、请你简要地说明落射式干涉相衬显微镜的工作原理？为什么能在样品的观察表面

上有彩色感？

2、你通过显微镜所观察到微通道板的单复丝边界是什么形状的？你如何计算单复丝

的面积？

3、试问用干涉相衬法还能进行哪些方面的测量？各有什么用途。

实验五红外探测器D*测量

红外辐射投射到处于一定工作条件下的探测器光敏面上，探测器的输出信号V；

与入射™平均辐射功率之比,称之为探测器的响应度,即■

P

投射到探测器接受面上光辐射所产生的输出电压等于探测器本身的噪声电压时的辐

射功率称作“噪声等效功率”，如果入射辐射功率为p测得的输出电压为iq探测器的噪声

电压为匕，则噪声等效功率为：NEP=

噪声等效功率虽然能表示出一个探测器的探测能力，但它的大小却与探测器的接收面

积A,和放大器的测量带宽Vf有关，因此仅用噪声等效功率很难比较两个不同探测器

的性能，理论分析表明，探测器的NEP与接收面的面积4,的平方根成正比与带宽Vf的

平方根成正比，因而可以引入一个与A”和守无关的量来描述探测器的探测能力，取它

的倒数定义为探测率D*即

单位为

从上式可知，探测率D*实际上式一当探测器的接收面积为单位面积，放大器的带宽

为1赫时单位功率的辐射所能获得的信噪比。它的数值越大表明探测器的性能越好，探测率

包含了噪声和响应度两个因子。因此，在描述•个探测器的探测率时，必须说明与上述两个

因子有关的辐射源性质，调制频率和放大器的测量带宽，例如：D*(500K,800,1)

表示以500K黑体做辐射源，调制频率为800赫，放大器的测量带宽为1赫时的探测

率。探测率的规定写法是D*(辐射源温度，调制频率，带宽)

-实验方法

测量探测器的响应度和探测率的简图如卜

频

.置

体

制

放

放

光

辐测

大

大

栅

射器

器

器

源

温度控制仪工作电源偏压源

接收系统

有探测器（本实验采用pbs光电探测器）接收到经过调制的辐射讯号之后,转化为电讯

号，电讯号经过前置放大器放大之后街道选频放大器进行测量.前置放大器在接收系统中起

阻抗的作用.

接收器所接收能量的计算

在实际测量时,除黑体辐射源本身的辐射外,黑体周围的媒质也有辐射,如调制盘，则

黑体与靠近它的调制盘之间发生能量交换，因此，黑体真正的能量损失即为因黑体辐射失去

的能量和黑体表面自制盘获得的能量直插.如果调制盘的辐射也具有黑体辐射的性质，则黑

体单位时间向空间辐射的功率为

T为黑体辐射，1为调制盘温度（即环境温度），cr为斯特蕃-波尔兹曼常数,黑

体的辐射亮度

Mcr（r-T4）

Lr=——=---------

7in

如果黑体空的面积为4探测器的面积为片，黑体孔与探测器距离为D,若D»4

和Ab,,且黑体孔与•探测器同轴放置，使得c°s6=cos3=\则探测器所接收到的辐射功

率为：

力44_。（厂—"）44

DzTIDZ

因为辐射是经过调制的，因为必须计入经过调制后的能量损失，即乘上一个能量转换

因子叫本实验采用等校正弦调制（调制盘孔宽等于调制齿宽均为r,而且这个宽度r与黑体孔

径R相比满足r/R=l.15的比例关系）则能量转换因子m—\l2-V2，因此,探测器是季

节收到的辐射功率为：

1—ffb

nD7

若黑体温度,环境温度,黑体孔面积,探测器面积，黑体控制探测器距离.能量转换因子

m已知，则可利用上述直接计算出探测器接收到的黑体辐射能.

二、实验步骤：

将黑体辐射与探测器调节至同轴.

确定黑体至探测器之间的距离.

将黑体温度调制至500k,用选频放大器测量讯号电V与噪声电压V计算响应度R

sN

和探测率D*。

利用不同光栏孔改变黑体辐射能的大小，测量讯号电压V与探测器接收到的能量p

S

之间的关系（V—P）,检查探测器的线性（即讯号电压是否与入射能量成正比）。

S

改变调制频率，观察讯号电压V与调制频率f之间的关系。

5

改变探测器偏压源电压，观察V与K，和偏压之间的关系。

sN

实验六Pbs探测器光谱响应度测试

实验目的：

学习测量光电接收器相对光谱响应曲线的•种方法。

测出硫化铅光敏电阻相对光谱响应曲线。

实验仪器：

单色仪WDS-J2型1台

标准色温灯（带稳压电源）1台

热释电红外探测器1只

硫化铅光敏电阻1只

测量放大器FD—1型1台

三.实验原理：

光谱响应是光探测器的主要特性之一，而且是光探测器作为光度仪器必须测定的一个

特性。硫化铅光敏电阻在室温下对于可见光和近红外有较高的灵敏度，是目前工业科研和军

事上应用较多的一种红外探测器。

以相同功率的单色辐射照射到探测器上所产生讯号与辐射波长的关系叫做光谱响应，

通常用单色辐射的响应，有时给出准确的测量值，有时只给出相对数值。前者给出绝对光谱

响应后者给出相对光谱响应。

在本实验中，我们采用参考热释电红外探测器法来测量硫化铅光敏电阻的相对光谱响

应，采用无选择性的热释电红外探测器做为基准，首先将它置于单色仪的出射狭缝后面。此

时，光源在稳恒的工作电流通过下。有稳定的光功率输出，转动波长转鼓，使所需要的各种

波长依次入射在热释电探测器的接收面上，其输出电动势与光源

四.实验步骤

1、调整光源位置，使灯丝实象正好落在单色仪狭缝上，并将入射狭缝和出射狭缝调

到适当宽度。

2、按图接好线路，把热释电探测器对准单色仪的出射狭缝，挡住光源，调整测量放

大器的零点。

3.转动单色仪的鼓轮按给定的波长测试点进行测试，记下相应波长时热释电探测器

的输出电压值。做出光源的光谱能量曲线。

4、将热释电探测器换成硫化铅光敏电阻，重复上述测试记下相应波长时硫化铅光敏

电阻的输出电压值。

5、以上测试过程，每次重复三遍，取算术平均值，然后计算出硫化铅光敏电阻的相

对光谱响应，并画出相对光谱相应曲线。

实验七光通量测量

一实验目的

1掌握在光通球内，用比较法测量鸨丝灯光通量的原理和方法;

2了解光通球的结构；

3了解数字式照度计利数字电压表的使用方法及注意事项。

二实验原理

光通球又称积分球或球形光度计，它是一个内部空的完整球壳，内壁涂有白色漫反射

层，球壳上开了一个窗口，放置光电接受器件，如图1-1所示，一光通球，其中c是待测灯,

可放在球内任意位置，因为球内涂白色漫反射层，可把它看是漫反射率为。的理想中性漫

反射面，球的半径为R,灯发出的总光通量为。，在球壁

上任取一点B,在该点的照明度是光源C直接照射产生的

照度，第一次漫反射光产生的照度等许多部分的叠加。设

光源直接照射B点的照射度为E。并第一次漫反射光通量

为p*由于把球壁看成中性理想反射面，故「。均匀分

布整个球内壁。所以，第一次漫反光在B点的照明为：

片二用

4成2

显然，第二次漫反射后的光通量为它也是均图1-1积分球示图

n20)

匀分布整个球内壁，故第二次漫反射在B点产生的照度为：£2=-^—-

-4成2

同理可求得第三次，第四次漫反射光在B点产生的照度为：&

34成2

E

44成2

因此，在B点的总照度为以上个部分照明度之和，即为：

„展02①

E=EQ+E+[E?+E3+&)H-----H----7+

4成24欣2

L网八2、L①

…4+(1+°+〃+……砌P

1一「

其中耳)是灯C直接照射在B点产生的照度，心的大小仅与B点的位置有关，如果在

C与B之间放一个挡屏，挡去直接照射B点的光，则心等于零，因而在B点的照明度为：

"一①P

E——.

4旅2l-p

由上式可以看出R与夕是常数，因此，球壁上任意位置的照明度与灯光通量成正比,

由此，可通过球壁窗口上的照度计测出灯光的照度，进而算出光通量。我们实际测量是用比

较法。用比较法测量可以消除光通球不能满足理论光通球不能满足理论光通球的要求所带来

的误差。用比较法测量原理如下：

如果光源为标准灯时的照度及光源为待测灯时的照明已测定，则根据照度与总光通量

成正比的关系可列下式：三

①o

标准灯的总通量已知，则很容易算出待测灯的总通量埼它可由下式求出：

E

4、埼分别为标准灯和待测灯的总光通量，单位为流明。E。、片分别为标

E。

准灯和待测灯在球壁上产生的漫反射照度。

实际光通球的结构：

球形光度计是由光通球与照度计组成,其结构如图『2球的大小应视被测光源的尺寸

而定。灯C通常放在球中心，挡屏介于灯于窗口之间，距窗口为2/3R。加挡屏后，灯发出

的光不能直接到达AB处，同时,在球壁ED处的漫反射光也不能直接到达窗口射向硒光电池。

挡屏的尺寸应该由光源的尺寸决定，只要能挡住去灯直接射到窗口的光就可以了。

在光通球

的窗口上放一块

无色双面磨光的

毛玻璃或毛面乳

白玻璃，它的位

置正好在球面

上，毛玻璃后面

为可变光挡和中

性感光片组，他

们都是用来调节

进入硒光电池光

通量的。用了图1-2

V（4）滤光器后，

可以测各种色温灯的光通量。丫（/1）滤光器后面就是硒光电池，硒光电池的两个极联到电流

表，硒光电池应处在线性响应范围内工作。

三实验仪器

1、光通球（积分球）;

2、标准灯组；

3、待测灯组；

4、电子交直流稳压器；

5、晶体管直流稳压器；

6、标准电阻;

7、数字电压表；

8,数字照度计；

四、实验步骤：接好电路，经教师检查后，再按下述步骤进行；

1、依次打开电子交直流稳压器，晶体管直流稳压器，数字电压表电源开关；

2、测量所需的电流、电压，注意各电表量程；

3、打开积分球，分别将标准灯和待测灯安在灯架上；

4、顺时针旋转晶体管直流稳压器的输出调节旋钮，缓慢的调至被测灯或标准灯所需

的电流，要注意观察数字电压表的读数；

5、每次测试时，光源要稳定十分钟后记录：电流、电压、和照度数值；

6、每次测完一个灯后，小心取下灯泡，再换另一个，每个灯泡的测量都要予热十分

五、实验要求及数据处理：

要求：

1、实验前要认真阅读实验讲义

2、要严格遵守实验步骤的规定，认真记录数据;

3、要以一只灯为例，写出详细计算过程。

数据处理：

1、数据记录要求三位有效数字；

2、算出待测灯的总光通量和发光效率；

3、计算相对误差。

记录表格：

弋、项目

照度E(LUX)及测量次数光%

电电

通量中光效率

流(A)压(V)123

均值(Lm)Lm/w

准灯

测灯

实验八用双色法测量铝丝灯的温度

一、实验目的：

学会用双色法测色温的基本方法并侧几个鸨丝灯的色温。

二、实验仪器：

1、反射式单色仪（WDS-J2型）;

2、标准色温灯；

3、稳压电源；

4、硒光电池；

5、光点检流计；

6、待测鸨丝灯。

三、实验原理：

当灼热体的温度很高或者是灼热体不能直接接触时，测量它的温度是较为困难的。为了

测量灼热体的真实温度，我们来定义颜色温度，并给出他和真实温度的关系，只要给出颜色

温度的测量方法。自然会计算真实温度。

颜色温度的第一定义;“辐射体的相对光谱分布和绝对