光电阴极实验报告..

光电阴极实验报告

院系：电子工程与光电技术学院

专业：真空电子技术

班级： 09046201

姓名：李子龙（0904620114）

唐少拓（0904620119）

张伦（0904620124）

完成时间： 2013.1.10

指导老师：张俊举

实验一 光电阴极光谱响应测试

1. 实验目的

通过本实验，了解光电阴极工作原理，掌握相关实验器件的使用方式，学会测试光电阴极的光谱响应

实验原理

光电阴极的光谱响应，或者光谱响应特性，是阴极的光谱灵敏度随入射光谱的分布。具体来说，若照射到阴极面上的单色入射光的辐射功率为()λW ，阴极产生的光电流为()λI ，则阴极的光谱灵敏度为

将阴极对应入射光谱中每一单色光的光谱灵敏度连成一条曲线，便得到了光谱响应曲线。

本实验采用图2所示的实验装置，实验基本框图如图1。用单色仪对光源辐射进行分光，用光电阴极测量单色光，得到输出电流()λI ，根据表标定的光功率用公式)

()

()(λλλW I S =

计算后得到光电阴极的光谱响应度，最后画出光谱响应曲线。

图1 光电阴极光谱响应度测试装置

2. 实验仪器简介

1. 由光源（氙灯、氘灯和溴钨灯）

2. 电源

3. 光栅单色仪

4. 光电流计

5. 工控机等组成

实验器件及其相关：

a)光源

在进行光谱响应测试时，首先要选取合适的辐射源。本测试辐射源选用GY-9型氢氘灯（GY-10高压球形氙灯）和GY-1型溴钨灯，以获得相应范围的单色光，通过组合使用，能够在200～1600nm范围内有合适的光功率。实物如图3.1所示：

图2 测试所需光源及其电源外形图

氘灯/氙灯用来产生近紫外光谱，溴钨灯则产生可见及近红外范围内的光谱，测试时，根据测试要求选用其中的一种或几种。

b)光栅单色仪

光栅单色仪的作用是将复色光色散，从而得到光谱范围内的单色光，其突出的优点是波段范围宽广，在全波段色散均匀，单色光的波长可以达到非常精确的程度。本测试实验所采用的是北京赛凡光电公司的71SW301型光栅单色仪。实物如图3所示：

图3 71SW301型光栅单色仪外形图

该单色仪的光学系统出、入口垂直分布，焦距为300mm ，仪器采用电子细分技术，使扫描时最小步距角能够达到0.00625nm （1200g/mm 光栅）。光栅单色仪旋转台上有3块光栅，配置分别为1200g/mm 、p λ=300nm ；600g/mm 、p λ=750nm 和300g/mm 、p λ=1250nm ，可以方便地实现较宽范围内的扫描。单色仪光路如图3.3所示:

图4 71SW301型光栅单色仪原理图

入射到光栅单色仪的自然光或复色光，经入射狭缝S1后投射到平面反射镜M1上，再投射到凹面反射镜M2上，M1处于M2的聚焦面上，因此，经凹面反射镜M2反射后的光束为平行光束，这平行光束经平面光栅G 分光后，分成各种单色光，投射到凹面反射镜M3上，最后经分光镜M4分光后从出口S2出射。凹面反射镜和平面反射镜的相对位置是固定的，这样能够确保较窄范围的单色光

从出口射出。

如图5所示，赛凡光电公司提供了单色仪控制程序，用户可以用该程序切换光栅和改变出射光的波长。

图5 单色仪控制系统界面图

c)光电流计

光谱响应测试要求获得光电阴极的输出电流，为此采用了本课题组自行设计的PH-5型智能微光电流计进行输出电流的测量，实物如图3.3.5所示。

图6 PH-5型智能微光电流计外形图

该电流计具有测量精度高，测量误差小等特点，可实现光电压和光电流的测量，并具有串口输入端，可实现计算机的控制和数据读取。

3.实验步骤

①检查系统连接，特别检查电源连接、光源连接、串口线的连接、光电流计的连接。如果以上检查确定无误，把系统插头与电网相连。

②根据测试需要选用光源，打开氢氘灯（氙灯）和溴钨灯光源，调整光源位置，使灯通过聚光镜成像在单色仪入射狭缝S1上，预热十分钟后按下光栅单色仪的开关（此时按钮为红色高亮状态）。

③根据测试需要，选择光栅单色仪的入缝宽度和出缝宽度（0.2mm），此时要注意入缝宽度必须要和出缝宽度保持一致。

④将光电阴极的光敏面对准出射狭缝S2，打开光电阴极电源和光电流计电源。

⑤启动单色仪控制软件，调整单色仪出射光波长，波长每隔10nm记下光电阴极的入射波长及光电流计上相应波长的输出电流值。记录波长范围400nm-1100nm。

⑥代入公式2.1计算出光谱响应度)

S，对数据进行归一化计算，并列出表

(

格，如表1所示。

⑦绘制出光电阴极的相对光谱相应曲线。

⑧测试完毕后，首先关闭电源开关，然后再关闭总开关。

4.实验结果

5.实验感想

本次实验是以观察实验为主，实验结果基本符合理论，通过观操作过程，分析实验结果，大家一起分析实验结果，结合理论与实验，我组同学基本掌握了实验器件的操作方式，了解了光电阴极的光谱响应特性，并培养了动手能力与合作能里，为将来自己的亲手操作打下了坚实的基础。通过实验大家受益颇多。

附件：表2 狭缝为0.2mm时测量的入射波长的光功率

实验二利用质谱仪分析真空系统残余气体成分

1实验目的

通过本实验，培养学生掌握超高真空系统工作原理以及质谱仪的使用方法，熟悉仪器的操作规程，并对真空系统残余气体进行测试。

2实验原理

真空系统是由真空泵、真空计、真空腔室、连接元件（阀门、法兰）等，按一定要求组合而成，并具有所需抽气功能的抽气装置。它的职能是在指定的时间、空间内获得真空，保持真空，确保系统内某项工艺过程或物理过程的实施。真空系统的残余气体成分对所实施的工艺或物理过程具有重要影响，通过测试、分析和掌握残余气体成分，可以为如何消除或抑制残余气体对工艺或物理过程造成的影响提供技术依据。

四极质谱仪是分析真空系统残余气体的工具。四极质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。

图1 质量分离器原理