《光电检测技术》实验指导书
光电技术原理实验指导书V
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。
光电技术实验指导
图 1.1-2
3）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布 如果将白色平行光源换成发蓝光或发红光的平行光源，观察此时像屏上色带变化。分
析并记录彩色条纹的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。通过该实验要充分认识 LED 光源的光谱分布特性以及光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习 MXY8301 LED/LD 光谱分布测试仪做技术准备。
中插入可调宽度的狭缝，使白色平行光通过狭缝形成一条很窄的白光带。再将分光棱镜安
装在狭缝的后面，使得从狭缝出射的
窄带白光以一定的入射角度投射到分
光棱镜的一个工作面上，旋转分光棱
镜的角度，改变白光的入射角，彩色
条形光带从棱镜的另一个工作面发射
出去，将像屏安装在棱镜的后面，移
动像屏位置，观察窄带白光被分成彩
4. 关机与结束
1 将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新 补作上述实验；若合理，可以进行关机；
2 将光电平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱； 3 将实验所用器材收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。
4
实验 1.2 光度辐射度参数的测量
1. 实验目的
对光电平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。学习光本性的基本常识，掌握光 电平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所 用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。
测量亮电阻需将光敏电阻的供电电压由“可调电压”改为“+12V”，并将 LED 光源的 供电电路部分接好即可。具体连接方法如下：
将平台左下角的“+5V” 插到 51Ω电阻的一端，电阻的另一端与 1kΩ电位器中间头 （滑动端）相连，然后将 LED 光源装置的红色插头插入 1kΩ电位器的定端，将 LED 光源 的黑色插头插入 20mA 电流表的“+”极连接，将电流表的“－”极和平台的“GND 端相 连，构成如图 1.3-5 所示的供电电路。
光电测量技术实验报告
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
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。
光电检测实验
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。
光电检测技术实验讲义
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
《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
《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。
光电检测技术实验
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。
光电检测技术实验指导书
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）。
光电技术实验指导书
光电技术实验指导书第一章CSY-998G光电传感器实验仪说明CSY-998G光电传感器实验仪主要有主机、传感器与器件、光源等部分组成一、主机：由大面板、小面板和顶板。
供电电源AC220V，50Hz。
额定功率200W。
1、大面板：各类实验电路2、小面板：1）各种直流稳压电源和恒流源。
0~15V连续可调直流稳压电源。
0~5V连续可调直流稳压电源。
±15V、+5V稳压电源。
AC12V 交流电源0~20mA连续可调恒流源2）显示表：电流表：DC20μA、200μA、20mA 、200mA(量程四档切换)电压表：DC200mV、2V、20V（量程三档切换）光照度计：1-1999Lx3、顶板顶板：由安装架、支架、滑轨等组成。
二、传感器与器件光敏电阻（CdS光敏电阻、额定功率：100mW、暗阻≥1MΩ、t r 20ms、t f 30ms、λp：580nm）光敏二极管（Vr：20v、I D＜0.1μA、I L：50μA、t r t f：10ns λp：880nm）光敏三极管（V CEO：50v、I D＜0.1μA、I L：5mA、t r t f：15ns λp：880nm)硅光电池（V OC：300mv、I D＜1×10-8μA、I SC：5μA、λ：300-1000nm、λp：880nm)反射式光耦（输入：I FM=20mA、V R=5V、V F=1.3V 输出：V CEO=30V、I CEO=0.1μA、V CES=0.4V=5、t r t f：5us）传输特性：C TR（%）红外热释电探头光照度计探头Y型光纤PSD位置传感器普通白炽灯普通发光二极管红外发射二极管（V R：5V、V F：1.4V、I R：10uA、P O：2mw）半导体激光器（波长：635um、功率1-3mw）三、实验仪器尺寸实验仪器台尺寸为：520×400×350（mm）。
第二章实验指导实验一光电基础知识实验一、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。
光电检测方法和方案设计指导书
光电检测方法和方案设计指导书一、光电检测方法。
1.1 基本原理。
光电检测方法啊，那可是基于光电效应的。
简单说呢，就是光照到某些材料上，会产生电信号。
这就好比是一种神奇的魔法，光一照，电就有了。
像光电二极管啊，那就是这个魔法的小使者。
光照在它身上，就会引起电流或者电压的变化。
这种变化可不得了，它能把光信号转化成我们能处理的电信号，就像把一种语言翻译成另一种语言一样。
这其中有外光电效应，就像电子挣脱束缚跑出来，是一种比较直接的反应；还有内光电效应，像是电子在内部进行重新排列组合，虽然没跑出来，但是也发生了很重要的变化。
1.2 常见检测方法。
这里面常见的方法可不少呢。
比如说光电流检测，就像是看水流大小一样，通过检测光产生的电流大小来知道光的强度等信息。
还有光电压检测，这就好比是看水位高低，从电压的数值上判断光的一些特性。
另外，还有光通量检测，这个就有点像计算流过的水量总量，是对光总量的一种检测方式。
二、光电检测方案设计。
2.1 明确检测目标。
在设计光电检测方案的时候啊，首先得搞清楚要检测啥。
这就如同打仗要知道敌人是谁一样。
是检测光的强度呢，还是光的颜色呢？或者是其他更复杂的光学特性？要是搞不清楚目标，那后面的设计就像没头的苍蝇，到处乱撞。
比如说要检测太阳光的强度，那设计方案就得围绕这个强度检测来做文章。
2.2 选择合适的光电检测器件。
选器件就像是挑武器。
光电二极管、光电三极管、光电倍增管等等，各有各的优缺点。
如果检测的光比较微弱，那光电倍增管可能就像一把锐利的宝剑，它能把微弱的信号放大好多倍。
要是光强比较适中，光电二极管就像一把趁手的小刀，简单实用。
可不能选错了器件，不然就会“事倍功半”。
2.3 设计信号处理电路。
信号处理电路这部分啊，那可是方案的大脑。
它要对光电检测器件产生的电信号进行处理。
这就好比是把原料加工成产品。
可能需要放大电路，把小信号放大；可能需要滤波电路，把不需要的干扰信号去掉，就像把杂质去除一样。
光电探测实验指导书
实验一 光敏电阻特性实验一．实验目的：１．了解光敏电阻的工作原理。
２．掌握使用本仪器测定光敏电阻的各种特性。
３．了解从实验曲线中获取物理特性的方法。
二．实验原理：利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻，又称为光导管，是一种均质的半导体光电器件,其结构如图（1）所示，光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。
光敏电阻应用得极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻，利用光敏电阻制成的光控开关在日常生活中随处可见，当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为：p n p e n e σμμ∆=∆⋅⋅+∆⋅⋅图（１）在上式中，e 为电荷电量，p ∆为空穴浓度的改变量，n ∆为电子浓度的改变量，μ表示迁移率，当两端加上电压U 后，光电流为：ph AI U dσ=⋅∆⋅ 式中A 为与电流垂直的表面，d 为电极间的间距。
在一定的光照度下，σ∆为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。
光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流，光敏电阻受到光照射时的阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流，亮电流与暗电流之差称为光电流，一般暗电阻越大，亮电阻越小，光敏电阻的灵敏度越高，光敏电阻的暗电阻一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下，暗电阻与亮电阻之比一般在102～106之间。
一般光敏电阻（如硫化铅、硫化铊）的伏安特性曲线如图（2）所示，由该曲线可知，所加的电压越高，光电路越大，而且没有饱和现象，在给定的电压下，光电流的数值将隋光照增强而增大，在设计光敏电阻变换电路时，应使光敏电阻的工作电压或电流控制在额定功耗线之内。
图（２）光敏电阻伏安特性曲线光敏电阻的光电流与光照强度之间的关系，称为光敏电阻传感器的光照特性，不同类型的光敏电阻，其光照特性也不同，多数光敏电阻传感器光照特性类似于图（3）的特性曲线，光敏电阻的光照特性呈现出一定程度的非线性特性，光敏电阻的光照度——电阻值的典型特性曲线如图（4）所示，低照度a区曲线斜率较大，中间照度区b区可近似视为直线区，也是光敏电阻的主要工作区，因而光电流随光照度增长较快，在高照度区，电阻值随照度下降慢，光电流随照度增长也变慢。
光电检测实验说明书
仪器说明CSY10G型光电传感器系统实验仪是为了适应现代光电传感器实验教学课程所需而研制的实验仪器。
其特点是将各种光电传感器、被测体、信号源、仪表显示、信号采集、处理电路及实验所需的温度、位移、光源、旋转装置集中于一机，可以方便地对十种光电传感器进行光谱特性、光电特性、温度特性等二十余种实验。
并可根据实验原理自主开发出更多的实验内容。
实验仪主要由实验工作台、光电器件、信号源及仪表显示、图象和数据采集、光电转换、处理电路组成。
位于实验仪顶部的工作台部分，分别布置有热释电红外传感器、温度源、慢速电机、衍射光栅、固体激光器、PSD光电位置传感器、CCD电荷图象传感器、位移平台、光电器件安装板、莫尔条纹光栅位移传感器、光纤传感器、光电断续器、旋转电机等。
（详见实验仪工作台布局图）传感器：（十种）1、光敏二极管：由具有光敏特性的PN结制成，不同的二极管光谱范围是不同的。
2、光敏三极管：具有NPN或PNP结构的半导体光敏管，引出电极二个，较之光敏二极管具有更高的灵敏度。
3、光敏电阻：CdS材料制成，其电阻值随光照强度而改变。
4、光电池：根据光生伏特效应原理制成的半导体PN结，光谱响应范围在50~100μm光波长之间。
5、光断续器：透过型的红外发射-接收器件。
6、光纤传感器：导光型红外发射-接收传感器，可测位移、转速、振动等。
7、PSD光电位置传感器：一维半导体光点位置敏感传感器，测试范围≤10mm，灵敏度≥0.01mm。
8、CCD电荷耦合图象传感器：物体轮廓与图象监测，光敏面尺寸4mm×3.5mm。
9、热释电红外传感器：工作范围波长5~10μm红外光,探测距离≥5m。
10、光栅传感器：光栅衍射及光栅距测试、光栅莫尔条纹精密位移测试。
温度源：电加热器，温升≤100℃。
光源：12V安全电压，高亮度卤钨灯；各色高亮度LED发光管。
慢速电机：控速电机及遮温叶片组成。
位移装置：位移范围25mm,精度1μm。
光电检测技术实验指导书
按图（4）接线，工作电源用 12V 稳压电源，调整负载电阻 RL 阻值，使光敏器件模板 被遮光罩盖住时微安表显示有电流，这即是光敏三极管的暗电流，或是测得负载电阻 RL 上 的压降 V 暗，暗电流 LCEO=V 暗/RL。（如是硅光敏三极管，则暗电流可能要小于 10-9A，一 般不易测出。） 3、 伏安特性测试：
一、实验目的
1．了解光纤传感的意义； 2. 掌握光纤压力和温度传感原理； 3. 掌握光纤压力和温度传感测量技术。
二、实验原理
1． 光纤 M—Z 型传感原理
M—Z 干涉仪型传感器属于双光 I ∝ (1 + cosδ )
束干涉原理，由双光束干涉的原理可
知，干涉场的干涉光强为： δ = 2π d , d 为干涉仪两臂的光程差, δ位相差，δ等于 2л λ
暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵
敏度越高。
暗电阻
亮电阻
光电阻
2、 光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图（3）接线，电源可从直流稳压电源+2~+8V 间选用，分别在暗光和正常环境光
照下测出输出电压 V 暗和 V 亮则暗电流 L 暗=V 暗/RL,亮电流 L 亮=V 亮/RL，亮电流与暗电流 之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。
动的距离得出所测的长度 L。
设在测量中动镜的移动速度 v （这里 v 可以随时间变化），则由多普勒效应引起的频差
变化为：
Δf D
=
2v c
f1
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v λ2
(1-1)
式中： f1 激光频率， c 光速，λ 波长， ΔfD 为动镜移动时，由它反射回来的光频率 的
光电检测实验指导书
光电检测实验指导书东华理工大学核工程技术学院测控技术及仪器实验一光源和光的波长实验一、实验目的通过实验是学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基础概念有具体认识。
二、基本原理本实验中备有普通光源和激光光源。
普通光源（白炽灯）光谱为连续（白炽灯的另一个特性使做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热点阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬间有较大的电流）光谱。
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：1。
单色光2。
方向性3。
相干性等）。
三、用器件与单元主机、普通光源、分光装置（三棱镜）、半导体激光器。
四、实验步骤1．根据图1-1进行组装和接线，用实验线将主机中AC12V交流电源输出与普通光源相连接。
合上主机的总开关。
2．松开1-1中光源或三棱镜的升降固定螺丝，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。
然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。
如果不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺丝转动一个角度（光束方向）使光束丢准三棱镜的工作面（要点：光束对准棱镜工作面、灯丝方向）。
3．关闭主机总电源开关。
将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源，降级光源相应连接（注意颜色--极性）。
打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。
五、思考题1．解释实验现象。
2．半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发射角一般为5º～10º，你如何利用实验装置和直尺完成最简单的发散角测量实验方法。
图1-1分光实验实验二光敏电阻实验一、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。
二、基本原理在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过度到自由状态，引起电导率的变化，这种现象成为光电导效应。
光电导效应是半导体材料的一种体效应。
光电检测技术实验指导书(2013新)
实验一面阵CCD尺寸测量实验一、实验目的①用面阵CCD摄像头与图像数据采集系统测量实际物体外形尺寸是CCD最广泛应用的领域，在尺寸测量应用中存在着许多实际问题。
如何将这些实际问题分解成一个个的分立问题是学习和掌握该方法的关键。
本实验采用标准几何图形代替实际被测物，可以将一些不必要的问题排除在外，突出主要问题；②通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量的基本方法；③通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量，掌握测量范围、精度和测量时间等问题。
二、实验准备内容复习矩形、圆、三角形等典型几何图形的点、线、面的基本计算公式。
三、实验所需仪器设备①带有USB2.0输入端口的计算机；②MXY6001彩色面阵CCD多功能实验仪一台。
四、实验内容及步骤1、开机过程①将被测的标准图片实心圆安装在“被测物夹持架”上，将USB接口线正确连接到计算机上；②将外置面阵CCD摄像机的镜头盖打开；③打开实验仪的电源开关；④将视频切换按钮按下，切换指示灯点亮表明采集外置CCD摄像机的图像信号；⑤运行“面阵CCD尺寸测量实验”程序；⑥点击“连续”按钮，将显示外置摄像头所采集到的图像，如图1.1，调整CCD摄像头与测量图片的相对位置使计算机显示的图像尽量清晰，在图像上移动鼠标，则软件右上方的“鼠标当前位置及灰度”区域的文本框将显示图像当前位置点及灰度值。
图1.1尺寸测量界面2、关于点数据的测量单击“停止”按钮，然后在图像上移动鼠标，观察实心圆的灰度值和背景灰度值，选择合适的阈值（介于背景灰度和实心圆灰度之间，稍大于实心圆的灰度值），并设置待测的行和列，点击如图1.1所示的“计算”按钮，将在“测量结果”区域显示计算的水平尺寸（待测行的尺寸）和垂直尺寸（待测列的尺寸）。
3、比例系数的计算如果已知圆的直径和对应的像元个数，那么就可以在“比例系数”区域的两个文本框输入对应的值，然后点击“计算”比例系数，就可以计算当前物像关系下的比例系数，然后再单击“计算”尺寸按钮就可以计算出被测物的实际尺寸。
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光强 I(x,y)由下式决定
I(x, y) = U ⋅U∗
(4)
式中U = UR +Ut ,
U∗
=
UR*
+ Ut*
，而 U ∗
，
U
* R
， Ut*
为U
，UR
，Ut
的共轭波。
当两束光彼此间有一交角 2θ ，并将式(2)，式(3)代入式(4)，且当θ 较小，即
三、 实验仪器 光电实验平台，电脑
四、 实验光路图
2
a-激光器，b-衰减片，c-反射镜，d-显微物镜，e-准直透镜，f-可变光阑，g分光棱镜，i-反射机构（带 PZT），j-反射机构，o-数字相机
五、 实验步骤 1. 开机，激光器 a 通电，待光强稳定。按下实验箱前方右侧 PZT 电源键， 工作时开关亮蓝灯，； 2. 按实验光路图布置好光路，扩束激光； 3. 在反射机构 i,j 上安装反射镜； 4. 调节反射机构及分光棱镜，使得两束激光重合发生干涉； 5. 调节光路，使得干涉条纹为竖直干涉条纹； 6. 运行实验软件，选择实验四，用相机采集观察干涉条纹，根据电脑性能 选择合适的图像分辨率，当电脑配置较低时，建议窗口分辨率设为 512× 512，避免数据处理时间过长。 7. 调节光路，使得视场内的竖直条纹数在 6~20 条之间。 8. 点击“打开”按键，通过 COM 孔连接 PZT，拖动“滑块”或者在手动输 入定点电压值，观察随着电压值增大，条纹向哪个方向移动(“左”或者 “右”)。 9. 设定电压“起始值”、“间距”、“次数”，如起始值 0V，间距 5V,次数 10。 点击“执行”，则 PZT 从 0V 开始，每次电压增加 5V，增加 10 次，每增加 一次电压采集一幅条纹图像，加上初始图像，共采集 11 幅图像控制。点击 “执行”时，会要求选择图像保存位置及图像文件名。 10.图像采集完毕后，进入数据处理模块，点击打开图像，批量导入刚保存 的图像组。根据步骤 8 观察到的条纹移动方向，选择“向左”或“向右”。。 11．点击计算条纹，经过系统计算，便可得到电压与 PZT 移动量之间的对 应关系。保存相关图标及表格。
sinθ ≅ θ 时，经简化可求得干涉条纹的光强为：
I(x, y) = 2I0 (1+ coskl2θ )
(5)
式中 I0——激光光强， l——光程差， l = zR − zt 。
式(5)说明干涉条纹由光程差 l及θ 来调制。当θ 为一常数时，干涉条纹的光
强如图2 所示。
图2 干涉条纹光强分布图
当测量在空气中进行，且干涉臂光程不大，略去大气的影响，则
其复振幅UR用下式表示
UR = AR ⋅ eφR (zR )
(2)
式中AR——参考光束的振幅，φR (zR ) ——参考光束的位相，它由参考光程 zR 决定。 另
一束为透射光，经测量镜M2反射，其复振幅Ut，用下式表示：
1
Ut = At ⋅ eφt (zt )
(3)
式中 At ——测量光束的振幅， φt (zt )测量光束的位相，它由测量光程 zt 决
《光电检测技术》实验指导书
深圳大学光电工程学院 2016 年 12 月
目录
实验一 激光干涉精密测量实验 ................................................................................ 1 实验二 激光衍射计量技术光学及傅里叶变换和图像处理实验............................... 4 实验三 激光共焦三维测量实验 .............................................................................. 10 实验四 巴俾特原理及细丝直径测量实验............................................................... 13
实验一 激光干涉精密测量实验
一、 实验目的 1． 了解激光干涉测量的原理 2． 掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法 3． 了解激光干涉测量方法的优点和应用场合 二、 实验原理
本实验采用泰曼-格林（Twyman-Green）干涉系统，T-G 干涉系统是著名的迈克 尔逊 白光干涉仪的简化。用激光为光源，可获得清晰、明亮的干涉条纹，其原理 如图1 所示。
图 1 是计量原理图，图 2 是等效衍射图。在观察屏 E 上的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：
3
实验二 激光衍射计量技术光学及傅里叶变换和图像 处理实验
一、 实验目的 1. 了解激光衍射计量原理 2. 利用间隙计量法测量缝宽 3. 掌握傅里叶变换和夫琅禾费衍射之间的关系， 4. 观察各种典型几何图案傅里叶变换的衍射图， 5. 掌握夫琅禾费衍射的特点。
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
图 1 泰曼-格林（Twyman-Green）干涉系统
激光通过扩束准直系统L1提供入射的平面波（平行光束）。设光轴方向为Z轴 ，则此平 面波可用下式表示：
U(Z ) = Aeikz
(1)
式中，A——平面波的振幅， k = 2π 为波数， λ 是激光波长。
λ
此平面波经分光系统BS分为二束，一束经参考镜M1，反射后成为参考光束，
l=N⋅λ
(6)
2
式中N——干涉条纹数。
因此，记录干涉条纹移动数，已知激光波长，有式（6）即可测量反射镜的
位移量，或反射镜的轴向变动量。
测量灵敏为：当N＝1，则 Δl = λ ， λ = 0.633μm（He-Ne激光），则 Δl = 0.3μm
2
如细分N，一般以1/10细分为例，则干涉条纹的最高测量灵敏度为 Δl = 0.03μm。
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，入到到长度为 L，宽度为 w的单缝上（L＞ w＞λ），
并与观察屏距离 R >> w2 时，在观察屏 E 的视场上将看到十分清晰的衍射条纹。 λ