第12章12.1光电信息综合实验与设计
光电信息技术实验报告(DOCX 42页)
光电信息技术实验报告(DOCX 42页)华中科技大学实验课程学生实验报告实验课程名称光电信息技术实验专业班级光电1107班学生姓名李悌泽学号 u201115116 课程负责人陈晶田、黄鹰目录实验一阿贝原理实验 (3)实验二激光平面干涉仪实验 (7)实验三用原子力显微镜（AFM）进行纳米表面形貌分析10 实验四光电直读光谱仪实验 (14)实验五光谱法物质成分分析实验 (20)实验六光电透过率实验 (24)实验七摄像机原理与视频图像叠加实验 (29)实验八、光谱透过率实验 (33)实验九红外报警器的设计与调试 (42)实验一阿贝原理实验一、实验目的1.熟悉阿贝原理在光学测长仪器中的应用。
二、实验原理1.阿贝比较原则：此为万能工具显微镜的结构图，其特点是标准件与被测件轴线不在一条线上，而处于平行状况。
产生的阿贝误差如下：只有当导轨存在不直度误差，且标准件与被测件轴线不重合才产生阿贝误差。
阿贝误差按垂直面、水平面分别计算。
在违反阿贝原则时，测量长度为l的工件引起的阿贝误差是总阿贝误差的l/L。
为避免产生阿贝误差，在测量长度时，标准件轴线应安置在被测件轴线的延长线上。
2.阿贝测长仪阿贝测长仪中，标准件轴线与被测件轴线为串联型式，无阿贝误差，为二阶误差。
三、实验内容1.用万能工具显微镜进行测长实验测量1角，5角硬币及圆形薄片的直径，用数字式计量光栅读数，每个对象测量10次，求算术平均值和均方根值。
实验步骤：瞄准被测物体一端，在读数装置上读数，再瞄准物体另一端，在读书装置上再读一个数据，两次读数之差即为物体长度。
2.阿贝测长仪进行长度测量实验采用传统目视法读数，实验步骤同上。
四、实验数据与分析1.万能工具显微镜数据结果2.阿贝测长仪数据结果对比采用两种仪器测定的结果。
得出以下结论：（1）对于同一测量对象，万能工具显微镜和阿贝测长仪对物体尺寸测量的结果较为接近。
因而可以初步判定1角硬币的直径为（18.9500+18.894）/2=18.922mm。
光电综合实验报告
一、实验目的1. 理解光电效应的基本原理，掌握光电效应方程及其应用；2. 研究光电管的伏安特性，分析光电效应与入射光频率、光强度的关系；3. 测定普朗克常数h，验证光量子理论；4. 掌握光电效应实验的基本操作和数据处理方法。
二、实验原理光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。
爱因斯坦提出了光量子理论，认为光是由一个个光子组成的，每个光子的能量为E = hv，其中h为普朗克常数，v为光子的频率。
当光子的能量大于金属的逸出功时，电子会从金属表面逸出，形成光电子。
光电效应方程为：E_k = hv - W_0，其中E_k为光电子的动能，W_0为金属的逸出功。
实验中，通过改变入射光的频率和强度，观察光电管的伏安特性，研究光电效应与入射光频率、光强度的关系，并测定普朗克常数h。
三、实验仪器与材料1. 光电效应测试仪（含光电管、滤光片、光源、电压表、电流表、滑线变阻器等）2. 汞灯3. 干涉滤光片4. 光电管5. 电压表6. 电流表7. 滑线变阻器8. 记录本9. 铅笔四、实验步骤1. 连接实验仪器，确保电路连接正确；2. 调节滑线变阻器，使光电管工作电压在合适范围内；3. 改变入射光的频率，观察光电管的伏安特性，记录数据；4. 改变入射光强度，观察光电管的伏安特性，记录数据；5. 分析实验数据，计算普朗克常数h。
五、实验结果与分析1. 改变入射光频率时，伏安特性曲线随频率增加而向负方向移动，表明光电子的动能随入射光频率增加而增加。
当入射光频率低于截止频率时，伏安特性曲线基本为零，说明没有光电子发射；2. 改变入射光强度时，伏安特性曲线随光强度的增加而向上平移，表明光电子的发射数量随光强度的增加而增加；3. 根据实验数据，计算普朗克常数h，并与理论值进行比较。
六、实验总结1. 通过本实验，加深了对光电效应原理的理解，验证了光量子理论；2. 掌握了光电效应实验的基本操作和数据处理方法；3. 计算得到的普朗克常数h与理论值相符，说明实验结果准确可靠。
光电信息综合实验与设计教程
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
关键字分析思维导图
方面
信息
设计
光电
技术
原理
附录
综合
实验
技术 实验
原理
信息
第章
开发
光电
传感器
应用
线
பைடு நூலகம்
内容摘要
本书分为两篇。第一篇主要从应用的角度讲述了光电传感器原理与应用技术方面的实验，包括：光电传感器 原理与变换电路实验，线阵CCD传感器原理应用实验，面阵CCD图像传感器与数字图像处理技术实验，应用光学与 光学系统实验，光的衍射与干涉实验，光电检测技术实验，光纤通信与光纤传感实验，激光原理与应用实验。这 部分内容可用于实验教学，也可以作为实训内容。第二篇为综合性、开发性方面的设计实例，包括光电信息转换 方面的实验开发与设计，光电信息技术方向课程设计，毕业设计课题，综合性与创新性设计等方面的课题。
第9章光电信息转换技术实验开发与设计 第10章光电信息课程设计 第11章光电信息技术方向毕业设计课题 第12章综合性与创新性设计课题 附录A光电综合实验平台软件资料 附录B TCD2252D手册 附录C TCD1251UD线阵CCD 附录D线阵CCD应用开发实验仪（LCCDAD-II）编程手册 附录E图像采集软件编程指导
目录分析
第一篇基础 理论与技术
实验
第二篇综合 性、开发性 设计
第0章光电信息实验的预备知识 第1章光电传感器原理与变换电路实验 第2章线阵CCD传感器原理与应用实验 第3章面阵CCD图像传感器实验 第4章应用光学与光学系统实验 第5章光的衍射与干涉实验 第6章光电检测技术实验 第7章光纤通信与光纤传感实验 第8章激光原理与应用实验
光电综合课程设计报告
光电综合课程设计报告姓名: 李方圆学号: 1150730006专业: 应用物理学目录1引言 (1)1.1含义 (1)1.2结构 (1)1.3优点 (1)1.4发展趋势 (2)2理论分析 (3)3 MATLAB数值模拟 (3)3.1 程序主要源代码 (3)3.2 数值模拟结果 (5)3.3 结果分析 (5)4心得体会 (6)1引言1.1含义单包层光纤激光器的输出一般只有几十毫瓦的量级, 因此光纤激光器通常被认为是小功率光电子器件。
然而, 对于大多数的激光应用领域, 我们需要更高功率的激光输出。
双包层泵浦技术的出现是光纤领域的一大突破, 它使得光纤激光器和光纤放大器真正成为高功率器件。
双包层光纤激光器是新型光纤激光器发展的代表，它的优点在于不需要将泵浦能量直接藕合到模场直径相对较小的光纤中去，它可以采用低成本的，大模场(多模)高功率的半导体激光器作为泵浦源。
因为这个优势，近几年来，双包层光纤激光器研究受到了极大的关注。
1.2结构图1 是双包层光纤示意图。
光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层组成, 折射率从纤心到外包层依次减小。
为保证光纤输出单模激光, 纤芯直径为一般为几个微米, 内包层起着使激光约束在单模纤芯内和成为泵浦光的多模导管作用, 外包层起将泵浦光限制在内包层中的作用。
内包层的直径一般为几百微米, 这种设计大大减小了对泵浦源模式的质量要求, 可用价格相对便宜的高功率多模二极管阵列做泵浦源, 通过特定的光学装置或直接人射到光纤,一部分泵浦光藕合到纤芯中, 而大部分泵浦光祸合到内包层中, 内包层中的光受外包层限制, 在内包层之间来回反射, 而不被吸收, 在不断的穿过纤芯的过程中, 被其中的激光介质一稀土元素离子吸收, 所以泵浦光在光纤的一端藕合进人光纤, 在光纤的整个长度上都发生激光泵浦过程, 几乎所有的泵浦光都能被激光介质吸收, 因而大大提高了泵浦功率1.3优点作为新型的光纤激光器, 双包层光纤激光器有许多的优点。
光电技术课程设计与光电信息综合实验
物体中心的有用位置，需要通过标定才能获得在一定坐标系下
的位置。
坐标系的设定通常以光学测量系统的光轴为参考坐标，并
设其为y0，线阵CCD相机结构基本使y0与像敏阵列中心像元n0位
置，因此，常用n0为测量的参考点。
则物体像的位置y(t)′时间函数为
y (t ) (n0
n(t )1
2
n(t )2 )l0
上述公式能够完成被测物体瞬时位置的测量。
3、时间坐标问题
时间段指线阵CCD的“积分时间”，既指转移脉冲SH或同
步脉冲FC的周期。即线阵CCD的积分时间ting。 ting可以用示波器测量SH脉冲的周期TSH或FC脉冲的周期TFC
ting
1
NtCR
tCR为驱动脉冲的周期，与频率fCR成反比，N为一个转移脉
被测物做垂直 于光轴运动，n1与 n2将发生变化，测 量出n1与n2就能计 算出被测物体在垂 直于光轴方向的位 置。
利用图11-7能够理解n1与n2的提取技术。
得到n1与n2后，便可利用公式（11-4）计算出物体的中心在 线阵CCD像敏阵列上的位置n。
n
n1
n2
2
找物体中心在线阵CCD像敏阵列上的位置n还不能给出实际
出现正与负数值，与线阵CCD的安装方法有关。
如图11-7所示，n2＞n1，则中心位于线阵CCD像敏阵列中心 像元n0的下方，得到的位置y(t)′为负值，根据物象关系得到实际 物体的中心位置位于光轴之上。
2、光学系统放大倍率的标定
利用已知被测物外径D与实测像方直径D′之比进行标定。
(n2
n1)l0 D
1.课程设计基本要求
本次课程设计以“LED发光角度特性测试仪”为典型样机， 通过分析与解剖其关键部件，引导学生根据已有的光电与器通 过分析与读懂仪器的设计思想与关键部件，在原有仪器的基础 上改造部分部件，设计出更新更实用的仪器，完成光电技术课 程设计任务，培养学生的分析与设计能力。
光电综合实验报告
光电综合实验报告
实验目的：通过光电综合实验，了解光电效应在光电器件中的应用，掌握光电检测技术和光电器件的使用方法。
实验仪器：光电综合实验箱、光电二极管、光电三极管、光电开关等光电器件。
实验原理：光电效应是指当光照射在半导体材料上时，电子受到能量激发而跃迁至导带，从而产生电流或电压的现象。
光电器件是利用光电效应制成的电子器件，如光电二极管、光电三极管和光电开关等。
实验步骤：
1.将光电二极管插入实验箱中，并连接好电路。
2.调节实验箱上的光强度调节钮，观察光电二极管的输出信号。
3.更换光电三极管，并重复步骤2。
4.使用光电开关进行实验，观察其在光照和无光照状态下的输出信号变化。
实验结果：
通过实验，我们观察到光电二极管在光照射下产生了电流信号，光照强度越大，输出信号越强。
光电三极管的输出信号也随着光照强度的变化而变化，但其灵敏度比光电二极管更高。
而光电开关在有光照时输出高电平，在无光照时输出低电平，可以用于光控开关等应用。
实验结论：
光电器件是利用光电效应制成的电子器件，能够将光信号转换为电信号，具有灵敏度高、响应速度快等优点，并且在光控开关、光电传感器等领域有着广泛的应用。
通过本次实验，我们成功掌握了光电器件的使用方法及其在光电检测技术中的应用。
总结：
光电综合实验让我们更加深入地了解了光电效应在光电器件中的应用，通过实验操作，我们掌握了光电器件的使用方法，为今后在光电检测技术领域的应用奠定了基础。
希望能够通过不断地实践和学习，进一步提高自己的实验技能和理论水平。
光信息综合实验
-3-
(1) 按图 1-2 布置光路。用 He—Ne 激光器发出的一束平行光垂直照射光栅，G 是空间 频率为每毫米几十条的二维的正交光栅，在实验中作为物。L 是焦距为 110mm 的透镜，移 动白屏使正交光栅在白屏上成放大的像。 (2) 调节光栅，使像上条纹分别处于垂直和水平的位置。这时在透镜后焦面上观察到二 维的分立光点阵，这就是正交光栅的夫琅和费衍射(即正交光栅的傅里叶频谱)，而在像平面 上则看到正交光栅的放大像(如图 1-2(a))。 (3) 如在 F 面上设小孔光阑，只让一个 光点通过， 则输出面上仅有一片光亮而无条 纹(如图 1-2(b))。换句话说，零级相应于直 流分量， 也可理解为 δ 函数的傅里叶变换为 1。 (4) 换用方向滤波器作空间滤波器放在 F 面上，狭缝处于竖直方位时，S 屏上竖条 纹全被滤去，只剩横条纹；当然横条纹也可 看作几个竖直方向上点源发出光波的干涉 条纹(如图 1-2(c,d))。 把狭缝转到水平方向观 察 S 屏上条纹取向，并加以解释。 (5) 再将方向滤波器转 45 °角 ( 如图 1-2(e))。 此时观察到像平面上条纹是怎样的? 条纹的宽度有什么变化? 改变频谱结构，就改变像的结构。试从
图 1-1 阿贝成像原理
这些点经透镜的作用在像平面上形成像点，像
点重新叠加构成物体的像。 这种传统的成像原理着眼于点的对应， 物像之间是点点对应关系。 阿贝成像原理认为， 透镜的成像过程可以分成两步： 第一步是通过物的衍射光在透镜后 焦面(即频谱面)上形成空间频谱，这是衍射所引起的“分频”作用；第二步是代表不同空间 频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用。成像 过程的这两步本质上就是两次傅里叶变换。 如果这两次傅里叶变换是完全理想的， 即信息没 有任何损失，则像和物应完全相似。如果在频谱面上设置各种空间滤波器，挡去频谱某一些 空间频率成份， 则将会使像发生变化。 空间滤波就是在光学系统的频谱面上放置各空间滤波 器，去掉(或选择通过)某些空间频率或者改变它们的振幅和相位，使二维物体像按照要求得 到改善。这也是相干光学处理的实质所在。 以图 l-l 为例，平面物体的图像可由一个二维函数 g(x,y)描述，则其空间频谱 G(fx，fy)即 为 g(x，y)的傅里叶变换：
《光电信息综合实验(三)实验》教学大纲
光电信息综合实验（三）教学大纲一、实验基本信息课程编号：201411114中文名称：光电信息综合实验（三）英文名称：Comprehensive Optical Experiment（三）课程性质：专业实践环节面向专业：光电信息科学与工程开设学期：6课程总学时：16学时实验学时： 16学时是否独立设课：是二、实验目的和任务本课程是在光电信息综合实验（一）和（二）的基础上，按照专业教学计划安排，循序渐近的原则, 通过实验对基本的常用光电器件（包括各种常用的LD激光管、LED发光二极管等光源；光电探测器件光电二极管、光电三极管、光敏电阻、太阳能电池等光电器件；红外光电器件等）的特性及初步的了解。
重点掌握常见的光电器件的应用电路。
选择一些设计性和工程应用性较强的（电路设计、光电转换、纤维光学）实验，培养学生在光电技术方面的科学实验能力，提高学生的动手能力和科学研究能力。
三、实验教学基本要求实验重点在光电器件在工程应用性较强实验电路方面，选择一些有一定应用背景的光电类设计性实验。
为提高学生的独立实验技能和解决实际问题的能力。
实验内容选做和必做共16学时。
培养学生如下能力与素养：1、能够在社会、安全、环境等现实因素的约束下对研究方案的可行性进行评价，并提出优化改进方案，能够对设计的方案进行优化和改进；2、能够分析与解释实验结果，根据结果进行综合分析和解释，获得合理有效结论的能力；3、能够通过光电信息系统相关原理，对复杂光电工程问题，选取正确的技术路线，设计切实可行的仿真和实验研究方案。
四、实验项目基本情况五、实验教材（指导书）或网络资源光电信息综合实验（三）六、考核方式检查含光电转换电路设计、调试等过程，撰写实验报告备注：考核内容：考核学生光电信息综合实验技能，能够通过光电信息系统相关原理，对复杂光电工程问题，选取正确的技术路线，设计切实可行的仿真和实验研究方案。
具体能够设计、焊接、调试光电转换电路，撰写实验报告，同时能够在社会、安全、环境等现实因素的约束下对研究方案的可行性进行评价，并提出优化改进方案，能够分析与解释实验结果，获得正确结论。
光电信息课程设计
光电信息课程设计一、教学目标本章节的教学目标分为三个维度：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标：学生需要掌握光电信息的基本概念、原理和应用，了解光电技术的发展趋势。
2.技能目标：学生能够运用光电信息知识解决实际问题，提高动手能力和创新能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对光电技术的兴趣和热情，增强民族自豪感，树立正确的科学观。
二、教学内容本章节的教学内容分为五个部分：光电信息的基本概念、光电元件、光电检测技术、光电信息技术应用、光电技术的发展趋势。
1.光电信息的基本概念：光的传播、光电效应、光的波动性等。
2.光电元件：光电探测器、光电开关、光电二极管等。
3.光电检测技术：光电信号的放大、滤波、线性拟合等。
4.光电信息技术应用：光纤通信、光电显示、光电存储等。
5.光电技术的发展趋势：集成光学、量子光学、生物光学等。
三、教学方法本章节的教学方法采用多种手段，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：教师讲解光电信息的基本概念、原理和应用。
2.讨论法：学生分组讨论光电技术在生活中的应用，分享心得体会。
3.案例分析法：分析具体的光电项目，让学生了解光电技术在实际中的应用。
4.实验法：学生动手进行光电实验，巩固理论知识。
四、教学资源本章节的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的光电信息知识。
2.参考书：提供丰富的参考资料，帮助学生拓展知识面。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等，增强课堂教学的趣味性。
4.实验设备：购置先进的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本章节的教学评估主要包括平时表现、作业、考试等评估方式，以全面、客观、公正地反映学生的学习成果。
1.平时表现：评估学生在课堂上的参与度、提问回答等情况，鼓励学生积极发言。
2.作业：布置适量的作业，检查学生对知识的掌握程度，提高学生的动手能力。
3.考试：定期进行光电信息课程考试，检验学生对知识的系统掌握。
《光电综合实验(二)》教学大纲
光电信息综合实验(二)教学大纲一、实验基本信息课程编号：201411113中文名称：光电信息综合实验英文名称：Optoelectronic Information Experiment课程性质：专业基础面向专业：光电信息科学与工程开设学期：5课程总学时：32实验学时：32是否独立设课：是二、实验目的和任务通过本课程，掌握常见的光电器件的工作原理、特性的测试方法和应用，理解光电、电光现象，掌握光学工程检测技术，光学参数测量技术手段，将其用于实验方案的设计、测量、分析；培养和提高学生在光电技术方面的科学实验能力和探究能力，以及将光学工程专业知识用于解决光学工程领域复杂工程问题的能力。
培养学生基于科学原理并采用科学方法对光学工程问题进行研究，设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论，培养学生使用现代工具，针对光学工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，让学生参与到工程实验过程当中，锻炼学生解决工程实际的能力，激发学生的创新意识与创新能力。
三、实验教学基本要求能够将专业知识用于解决光电信息系统的设计、开发等工程问题；能够应用工程科学的基本原理，识别、表达、研究分析用于解决光电信息系统中的工程问题，以获得科学合理的结论；能够提出光电信息系统设计和开发方案，具有综合运用理论和技术手段设计光电系统的能力；熟练掌握光电信息系统中信息获取、处理与应用等方面的知识和技能，能够基于科学原理、运用科学方法，开展工程问题的实验研究，并通过实验数据分析得到正确的结论。
四、实验项目基本情况五、实验教材（指导书）或网络资源[1]实验指导书：《光电综合实验》六、考核方式撰写人签字：孙晶华院（系）教学院长（主任）。
光电实验报告.
长春理工大学光电信息综合实验一实验总结名：赵儒桐学号：S1*******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 ） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 电流mA0.370.520.680.780.881.001.071.181.24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:光敏电阻伏安特性实验数据型号：G5528电压 （U ）0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5照度（Lx ）50电流 （mA 0 0.05 0 .11 0. 17 0.2 4 0.29 0.35 0 1.42 0. 480.54 0.6100 电流 （mA 0 0.09 0 .19 0. 28 0.3 3 0.48 0.58 0 .67 0. 77 0.8 70.95150电流 （mA0.12 0 .24 0. 37 0.4 90.620.74 0.87 0.98 1.1 2 1.19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。
光电信息综合实验复习范围
光电信息综合实验复习范围一、试卷题型：①判断题（共10题，20分）②填空题（共10格，30分）③名词解释（共3题，24分）④简答计算题（共2题，26分）二、考试时间：（60分钟）2018年06月20日(第17周,星期三) 下午14:00-15:00 共计60分钟。
三、复习范围：光电信息综合实验（一）复习范围：实验1 （包括引言）①激光器的构成；激光实验的观测方法；本课程所用激光器的特性。
光学谐振腔、工作物质、激励系统；用眼睛直接观察（主观观察）、用光电探测器进行客观测量；氦氖激光器：功率一般约数毫瓦，连续发光。
因为制造方便、较便宜、可靠，所以使用较多。
由于单色性好，相干长度可达数十米以致数百米。
半导体泵浦固体激光器：它具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点。
补：常用的光电探测器有光电管、光敏电阻、光电池和CCD探测器等②泵浦耦合方式；端面泵浦耦合的方式；半导体泵浦固体激光器采用的泵浦方式。
主要有端面泵浦和侧面泵浦；直接耦合和间接耦合（组合透镜系统耦合、自聚焦透镜耦合、光纤耦合）；间接耦合（组合透镜系统耦合）③课前预习题①半导体固体激光器的特点；②泵浦耦合方式有哪两种？③直接耦合和间接耦合方式的区别；④间接耦合常见的方式有哪几种？⑤本实验如何进行压缩和耦合的？效率高、体积小、寿命长；端面泵浦和侧面泵浦；直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。
直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD造成损伤。
间接耦合：指先将半导体激光器输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。
；组合透镜系统耦合、自聚焦透镜耦合、光纤耦合；本实验先用光纤柱透镜对半导体激光器进行快轴准直，压缩发散角，然后采用组合透镜对泵浦光束进行整形变换，各透镜表面均镀有泵浦光的增透膜，耦合效率高。
本实验的压缩和耦合如图1.1所示。
光电综合试验报告
实验一光敏电阻特性实验实验原理: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。
由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻, 不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。
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。
实验所需部件:稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配）实验步骤:1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻2、R暗,移开遮光罩, 在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻, 暗电阻与亮电阻之差为光电阻, 光电阻越大, 则灵敏度越高。
3、在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻,试作性能比较分析。
4、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图(3)接线, 电源可从+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。
分别测出两种光敏电阻的亮电流, 并做性能比较。
3.光敏电阻的光谱特性: 图（2）几种光敏电阻的光谱特性用不同的材料制成的光敏电阻有着不同的光谱特性, 见图（2）光敏电阻的光谱特性曲线。
当不同波长的入射光照到光敏电阻的光敏面上, 光敏电阻就有不同的灵敏度。
按照图(3)接线,电源电压可采用直流稳激光红黄绿蓝白压电源的负电源。
用高亮度LED（红、黄、绿、蓝、4.伏安特性:5.温度特性:6.光敏电阻与其他半导体器件一样,性能受温度影响较大.随着温度的升高电阻值增大,灵敏度下降。
请按图(3)测试电路, 分别测出常温下和加温(可用电烙铁靠近加温或用电吹风加温, 电烙铁切不可直接接触器件)后的伏安特性曲线。
光敏电阻的光电特性:在一定的电压作用下, 光敏电阻的光电流与照射光通量的关系为光电特性见图（4）所示。
光电信息实验实习报告
一、实习目的随着科技的飞速发展，光电信息领域在各个行业中的应用越来越广泛。
为了更好地了解光电信息技术的实际应用，提高自己的实践能力，本次实习旨在通过实际操作，深入了解光电信息实验的基本原理、操作流程和实验设备，培养自己的动手能力和创新思维。
二、实习内容1. 实验项目本次实习共完成了五个光电信息实验项目，分别是：（1）光电效应实验（2）光电二极管特性实验（3）光电耦合器实验（4）光敏电阻特性实验（5）光纤通信实验2. 实验原理（1）光电效应实验：光电效应是指光照射到金属表面时，电子从金属表面逸出的现象。
本实验通过测量光电流与入射光强度的关系，研究光电效应的基本规律。
（2）光电二极管特性实验：光电二极管是一种将光信号转换为电信号的半导体器件。
本实验通过测量光电二极管的伏安特性，研究其工作原理和性能。
（3）光电耦合器实验：光电耦合器是一种利用光电效应实现信号传输的半导体器件。
本实验通过测量光电耦合器的输入输出特性，研究其隔离和传输性能。
（4）光敏电阻特性实验：光敏电阻是一种对光敏感的电阻器件。
本实验通过测量光敏电阻的阻值与光照强度的关系，研究其工作原理和性能。
（5）光纤通信实验：光纤通信是一种利用光纤传输信息的通信方式。
本实验通过搭建光纤通信系统，研究其传输原理和性能。
3. 实验步骤（1）光电效应实验：首先搭建实验电路，包括光源、光电管、放大器等。
然后调整光源的强度，测量不同强度下的光电流，记录数据。
最后绘制光电流与入射光强度的关系曲线。
（2）光电二极管特性实验：搭建实验电路，包括光源、光电二极管、放大器等。
调整光源的强度，测量不同强度下的光电二极管电流，记录数据。
最后绘制伏安特性曲线。
（3）光电耦合器实验：搭建实验电路，包括光源、光电耦合器、放大器等。
调整光源的强度，测量不同强度下的光电耦合器输出电流，记录数据。
最后绘制输入输出特性曲线。
（4）光敏电阻特性实验：搭建实验电路，包括光源、光敏电阻、放大器等。
光电综合设计实验报告
一、实验目的1. 深入理解光电效应的基本原理，掌握光电效应实验的基本方法。
2. 掌握光电传感器的原理及其在光电检测中的应用。
3. 熟悉光电转换器的工作原理，提高实验操作技能。
4. 培养团队协作和实验设计能力。
二、实验原理光电效应是指光照射到金属表面时，金属表面会释放出电子的现象。
根据爱因斯坦的光电效应理论，光子的能量与光的频率成正比，当光子的能量大于金属的逸出功时，金属表面会释放出电子。
光电效应实验主要包括光电效应现象的观察、光电效应方程的验证、光电传感器的应用等。
三、实验仪器与设备1. 光电效应测试仪2. 汞灯及电源3. 滤色片（五个）4. 光阑（两个）5. 光电管6. 光功率计7. 示波器8. 数据采集器9. 计算机四、实验内容及步骤1. 光电效应现象的观察（1）打开汞灯及电源，调整光强至适中。
（2）将光电管接入电路，调节光电管偏置电压，观察光电管的光电流变化。
（3）改变滤色片，观察光电流的变化，分析光电效应现象。
2. 光电效应方程的验证（1）记录不同频率的光照射下光电管的光电流。
（2）根据光电效应方程，计算光电子的最大动能。
（3）分析光电子最大动能与光频率的关系，验证光电效应方程。
3. 光电传感器的应用（1）搭建光敏电阻电路，观察光敏电阻的阻值变化。
（2）搭建光敏二极管电路，观察光敏二极管的输出电压变化。
（3）搭建光电耦合器电路，观察光电耦合器的输出信号变化。
五、实验结果与分析1. 光电效应现象的观察实验中观察到，随着光强的增加，光电流逐渐增大；改变滤色片，光电流也随之变化，验证了光电效应现象。
2. 光电效应方程的验证根据实验数据，计算光电子的最大动能，发现光电子最大动能与光频率呈线性关系，验证了光电效应方程。
3. 光电传感器的应用实验中观察到，光敏电阻、光敏二极管和光电耦合器均能实现光电转换，验证了光电传感器的应用。
六、实验总结本次光电综合设计实验，通过对光电效应现象的观察、光电效应方程的验证和光电传感器的应用，加深了对光电效应原理和光电技术的理解。
光电信息科学与工程实验报告
光电信息科学与工程实验报告一、实验目的本实验旨在通过实际操作，深入了解光电信息科学与工程的基本原理，掌握光电传感器的基本特性和应用，提高实验技能和实践能力。
二、实验原理光电信息科学与工程是研究光与物质相互作用的一门学科，主要涉及光的产生、传播、检测和应用。
光电传感器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于各种光电检测系统中。
三、实验步骤1.搭建实验平台首先搭建一个简单的光电检测系统，包括光源、光电传感器、信号放大器和数据采集系统。
2.光源调整调整光源的波长和强度，使其符合实验要求。
3.光电传感器设置将光电传感器放置在合适的位置，调整其与光源的距离和角度，使其能够正常工作。
4.数据采集与处理通过数据采集系统采集光电传感器的输出信号，并对其进行处理和分析。
5.实验结果记录记录实验过程中的数据和结果，包括光源波长、强度、光电传感器的输出信号等。
四、实验结果与分析1.光源波长与光电传感器输出信号的关系通过实验发现，随着光源波长的增加，光电传感器的输出信号逐渐减小。
这是因为不同波长的光对光电传感器的响应不同，波长越长，响应越弱。
2.光源强度与光电传感器输出信号的关系实验结果表明，随着光源强度的增加，光电传感器的输出信号也逐渐增加。
这是因为光源强度越高，光子数量越多，光电传感器接收到的光子数量也越多，从而输出信号增强。
五、结论与展望通过本次实验，我们深入了解了光电信息科学与工程的基本原理和光电传感器的特性，掌握了相关实验技能和方法。
实验结果证实了光源波长和强度对光电传感器输出信号的影响规律，为实际应用提供了重要参考。
展望未来，随着科技的不断进步和创新，光电信息科学与工程将在更多领域发挥重要作用，为人类生活带来更多便利和进步。
光电综合设计实践
摘要光电综合设计实践是电子科学与技术、光学工程等专业的重要课程，旨在培养学生的综合设计能力和创新能力。
本文以某光电系统设计为例，详细介绍了光电综合设计实践的过程，包括需求分析、方案设计、系统搭建、测试与调试等环节，并对实践过程中遇到的问题及解决方法进行了总结。
一、引言随着科技的不断发展，光电技术在各个领域得到了广泛应用。
光电综合设计实践课程旨在培养学生的实际操作能力、创新能力和团队协作能力。
本文以某光电系统设计为例，详细介绍了光电综合设计实践的过程，以期为相关专业的学生提供参考。
二、需求分析1. 项目背景某企业为提高生产效率，拟研发一款基于光电技术的自动化检测设备。
该设备主要用于检测生产线上的产品尺寸、形状等参数，以确保产品质量。
2. 功能需求（1）自动检测：设备能够自动检测产品尺寸、形状等参数。
（2）实时显示：检测结果实时显示在屏幕上。
（3）数据存储：检测结果可存储在计算机系统中，以便查询和分析。
（4）报警功能：当检测到不合格产品时，设备能够发出报警信号。
三、方案设计1. 系统总体架构根据需求分析，本系统采用模块化设计，主要包括以下几个模块：（1）光电传感器模块：用于采集产品图像信息。
（2）图像处理模块：对采集到的图像进行处理，提取特征信息。
（3）控制模块：根据检测结果控制执行机构。
（4）显示模块：实时显示检测结果。
（5）报警模块：当检测到不合格产品时，发出报警信号。
2. 模块设计（1）光电传感器模块：采用高分辨率摄像头采集产品图像。
（2）图像处理模块：采用图像处理算法对图像进行处理，提取特征信息。
（3）控制模块：采用PLC（可编程逻辑控制器）实现控制功能。
（4）显示模块：采用液晶显示屏实时显示检测结果。
（5）报警模块：采用蜂鸣器和指示灯实现报警功能。
四、系统搭建1. 传感器模块搭建将摄像头固定在支架上，调整摄像头位置，确保能够拍摄到整个产品。
2. 图像处理模块搭建将摄像头采集到的图像传输到计算机，利用图像处理软件进行图像处理。
光电信息实验报告
一、实验目的1. 了解光电信息科学与工程的基本原理和实验方法。
2. 掌握光电效应的基本规律及其应用。
3. 学习光电检测技术的原理和操作方法。
4. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理光电效应是指当光照射到某些物质表面时，物质中的电子吸收光能并逸出表面的现象。
光电效应的基本规律包括：1. 光电子的逸出功与光的频率有关，当光的频率大于某一特定值时，光电子才能逸出。
2. 光电子的动能与光的频率成正比，与光强度无关。
3. 光电流与光强度成正比。
光电检测技术是利用光电效应将光信号转换为电信号的技术。
常见的光电检测元件有光电管、光电二极管、光电三极管等。
三、实验仪器与材料1. 光源：卤钨灯、激光笔2. 光电检测元件：光电管、光电二极管、光电三极管3. 测量仪器：示波器、万用表、信号发生器4. 实验架、导线、连接器等四、实验内容1. 光电效应实验1.1. 调节光源，使其照射到光电检测元件上。
1.2. 使用示波器观察光电流的变化。
1.3. 改变光源的频率和强度，观察光电流的变化。
1.4. 分析光电效应的基本规律。
2. 光电检测技术实验2.1. 调节信号发生器，产生不同频率和强度的光信号。
2.2. 使用光电检测元件检测光信号。
2.3. 利用示波器观察光电流的变化。
2.4. 分析光电检测技术的原理和操作方法。
五、实验步骤1. 准备实验仪器和材料，检查设备是否正常。
2. 将光电检测元件连接到示波器和信号发生器上。
3. 调节光源，使其照射到光电检测元件上。
4. 使用示波器观察光电流的变化，记录实验数据。
5. 改变光源的频率和强度，重复步骤4，观察光电流的变化。
6. 分析实验数据，得出结论。
六、实验结果与分析1. 光电效应实验结果：1.1. 当光的频率大于光电检测元件的截止频率时，光电流随光强度的增加而增加。
1.2. 光电子的动能随光的频率增加而增加。
1.3. 光电流与光强度成正比。
2. 光电检测技术实验结果：2.1. 光电检测元件能够将光信号转换为电信号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如图12.1-2所示，n2＞n1，则中心位于线阵CCD像敏阵列中
心像元n0的下方，得到的位置y(t)′为负值，根据物象关系得到实 际物体的中心位置位于光轴之上。 2、光学系统放大倍率的标定 利用已知被测物外径D与实测像方直径D′之比进行标定。
3、时间坐标问题
(n 2 n1 ) l0
上述公式能够完成被测物体瞬时位置的测量。 时间段指线阵CCD的“积分时间”，既指转移脉冲SH或同 步脉冲FC的周期。即线阵CCD的积分时间ting。
图中选择了“浮动阈值”，在选择浮动阈值后还需选择其浮动 量，用百分比表示，图中选择了50%。 若选择“固定阈值”则须设置0~255的数值。设置好以后， 阈值线（黄色线）将显示在坐标系上。 ⑤上述调整过程完成后便可以进入测量成像物镜放大倍率 的设置步骤，在软件界面上按着界面提示的内容与步骤一步步 地进行操作，便可以自动计算出光学系统的放大倍率。
D
ting可以用示波器测量SH脉冲的周期TSH或FC脉冲的周期TFC
ting
1
NtCR
tCR为驱动脉冲的周期，与频率fCR成反比，N为一个转移脉
冲SH时间内必须给出的驱动脉冲CR的数量与线阵CCD像元数
有关。 提高物体位置测量速度的关键是 （1）采用驱动频率较高的器件， （2）采用像元数尽量少的器件， （3）减少不必要的转移脉冲数量。
（1） 实验系统 关键技术是要选择合适的聚光透镜与准直透镜，并要掌握 透镜焦距的测量方法。 图12.1-4为搭建远心照明光源的实验示例图，图中没有给 出所选器件的参数和器件之间的位置参数。 目的是给指导教师与学生自己设计选用的空间，参数的变
图12.1-4 远心照明实验示例图 化会直接影响远心照明光源的性能与参数。
（3） 记录与讨论 调整好后要记得将系统参数记录下来，内容包括聚光镜与 准直物镜的口径与焦距； 以光源为参考点，测量两只透镜的位置； 分析搭建出的远心照明光源的有效工作距离有多少？有效 孔径是多少？
讨论调整哪些参数能够改善与提高其性能参数？
（4） 画出系统光路图 要求根据实验数据画出远心照明光源的光路图，并在图上 标注出每个光学器件的位置参数。 （5） 调整、记录与分析 更换聚光镜，观察远心光源结构参数的变化及对其准直特 性的影响； 更换LED灯，如将其换成单色LED光源，观察远心照明光 源系统结构参数的变化与对其准直特性的影响； 更换准直物镜的焦距与口径观察远心光源结构参数的变化 及对其准直特性的影响；
“光电信息综合实验”掌握本专业应该掌握的基本技能，才能 为最后一个教学环节“毕业设计”打好基础。
本章内容不作为“光电技术”课的教学内容安排，而作为
“光电技术课程设计”与“光电信息综合实验”的参考案例。
12.1 光电信息综合实验 综合实验题目要思路清晰，内容要完整，技术层面尽量丰富，
即要有别于通常理论课配备的实验，又不能过于繁复。 综合实验课时间安排与执行方法也应该与其他实验课不同，
图12.1-6 被测物做定量移动的装置
将图12.1-6所示的装置安放到位移量测量实验系统中，能够
成像使被测物在线阵CCD像敏阵列上做平行于阵列方向的移动， 完成测量物体定量移动的实验。 （2）能够在水平方向做周期运动的机构 为完成利用线阵CCD测量物体振动的实验，需要设置能够 实现让物体在水平方向上做有规则运动的装置。 如图12.1-7所示为一款能够带动被测物体完成正弦规律运 动的装置。 振动实验装置上安装的被测物在内部电机的带动下可以在
12.1.2 非接触测量物体位置与振动参数实验的内容 根据原理图图12.1-1与图12.1-2搭建出实验系统。 它应该由具有远心照明特性的光源、被测物夹持与移动机构 和具有光学成像系统的线阵CCD相机等部件构成。 显然是比较复杂的综合实验系统，需要分成几个分项实验来 进行，使它既具有整体性又具有可拆分性的综合性质的实验。 分几个相对独立的实验进行搭建与调试，合起来构成一个完 整的光电信息综合实验。 1、搭建远心照明光源的实验 搭建出具有远心照明特性的照明光源，要求光源的出光口径 大于被测物的移动（振动）范围。
器三部分的组合体。 成像物镜需要通过接圈与线阵CCD相机相连接才能确保通过
成像物镜使被测物准确的成像到CCD像敏阵列上。
如图12.1-8所示为与接圈相连接的成像镜头。 做实验时需要根据所成图像的质量对光圈、调焦环进行适当 的调整，以便获得最佳的输出波形，确保测量准确。 振动测量系统安装时必须确保被测物体的运动方向与线阵 CCD像敏阵列平行，因此在要注意观察线阵CCD像敏阵列的方 向，线阵CCD相机外形如图12.1-9所示。
第12章光电信息综合实验与设计
本章目的是在学习完“光电技术”理论课与实验课以后再 通过光电技术课程设计让学生加深对光电技术内容与基本技能
掌握，在能够分析光电系统结构的基础上逐渐掌握系统的设计
技巧。 系统学习“电子技术”、“工程光学”、“图像传感器应
用技术”、“机器视觉技术”和其他光电技术专业课后再通过
然后再选择“连续”菜单，点击执行，放大倍率与测量数
据等会分别显示在对话框内。
⑥软件能够将当前物体振动的波形在界面上描绘出来，直
观的显示在实验者眼前。
⑦调整驱动电机速度旋钮（LCCDAD-Ⅱ-B型线阵CCD应用 开发实验仪的工作台上装有），使电机的转速发生变化，观察
界面上输出波形曲线的变化速率与界面上所出现的振动波形会
需要一定的连贯性，要根据学生动手搭建与调试的能力适当安
排更长的连续操作时间。 为此，选择“非接触测量物体位置与振动参数实验” 12.1.1 实验原理 1. 物体位置测量原理 如图12.1-1所示，主要由照明光源、被测物、成像物镜、线 阵CCD光电传感器和数据采集与处理系统等构成。
怎样将物体的位置信息转换成光强发布的时序脉冲信号呢？
坐标系的设定通常以光学测量系统的光轴为参考坐标，并
设其为y0，线阵CCD相机结构基本使y0与像敏阵列中心像元n像的位置y(t)′时间函数为
y (t ) (n0
n(t )1 n(t )2
2
) l0
出现正与负数值，与线阵CCD的安装方法有关。
线阵CCD相机内部装有线阵CCD芯片与驱动器，并将同步
脉冲与输出的视频信号通过电缆送到安装有线阵CCD采集卡的 计算机内（光电综合实验平台内部含有计算机系统与采集卡），
再通过相应软件可以完成用线阵CCD非接触测量物体振动的实
验。 4、物体位置与位移测量实验 物体位置与位移测量实验属于静态实验，利用上述部件可 以自行搭建出如图12.1-10所示的物体位置与位移的测量系统。
光圈值；③被测物的直径（千分尺测量值）；④阈值（浮动的 百分比或固定值）；⑤光学系统的放大倍率等。
测量值：①振幅；②振动频率；③振动周期等。
2、实验总结 （1）总结搭建各个实验系统的体会与收获，尤其是光轴对光电 实验系统的意义； （2）总结光学系统调试过程中的注意事项； （3）总结系统的稳定性对测量精度与重复性的影响； （4）探讨非接触测量系统中标定的意义。
调整步骤如下：
①先点击“曲线”菜单，观察线阵CCD的输出信号，根据输 出信号波形判断是否需要调整光学成像物镜和CCD的工作参数， 若CCD的输出信号波形已经是如图12.1-12所示，边沿比较陡直， 则没必要再调整成像物镜的光圈与焦距，如果输出信号的宽度 太窄，则应该调整成像物镜的光圈使物体在运动过程中不会超 出输出信号波形的高电平范围（视场）。
跟随，所测数据变化。 ⑧点击界面的“停止”菜单，振动将停止，可将振动测量 结果抄录下来，或采用“保存”菜单将测量结果数据保存到相 应的文件夹内。 12.1.3 数据分析与实验总结 1、实验数据内容 （1）位移测量实验 静态测量，数据主要由给定值与测量值（n1与n2）等数据。
（2）振动测量实验
给定值：①线阵CCD的积分时间（要求是实测值）；②镜头的
由图12.1-4很容易总结出所用的实验器材。 当然要根据自己手里容易找到的器材而不要模仿，要注重 创新，也许你采用的器材要好于示例图所用器材。
（2） 实验步骤 将所有被选用的器件安放在平台上，并使光学元件的中心 等高，再按如图12.1-4所示结构安装。 建议先安装LED光源，并让其发光，再安装聚光镜，找出 光轴，测量出聚光镜的焦点位置，然后根据准直物镜的焦距安 装准直物镜。 像屏是用来查看准直物镜发出的光斑是否有大小变化，如 果没有，则为调整到位。
技术。 利用SH、FC行同步脉冲和二值化数据采集系统很容易提 取出n1与n2等边界数据。
得到n1与n2后，便可计算出物体的中心在线阵CCD像敏阵
列上的位置n。
n
n1 n 2
2
找物体中心在线阵CCD像敏阵列上的位置n还不能给出实际 物体中心的有用位置，需要通过标定才能获得在一定坐标系下 的位置。
图12.1-12振动测量实验软件界面
②若输出信号波形不够陡直，则应调整成像物镜调焦环， 使被测物在线阵CCD上成的像尽量清晰，曲线的边界陡直。
③如果发现输出波形的幅度太低，可以适当增大积分时间，
利用积分时间调整对话框进行选择。 ④波形调整好后再调整二值化的幅度，在“阈值设置”菜
单里有2各操作按钮可以选择，“浮动阈值”与“固定阈值”，
水平方向上做位移，并与时间成正弦函数关系的往复运动，电
机的速度（或正弦函数的频率）可以通过调速旋钮进行调整。 振动方向垂直于纸面，线阵 CCD像敏阵列方向也应垂直于 图12.1-7 被测物做正弦移动的装置 纸面。
3、线阵CCD光电传感器的调整实验 线阵CCD光电传感器应该包括成像物镜、线阵CCD与驱动
需要借助线阵CCD工作原理的波形图分析理解。 如图12.1-2所示的原理图中，被测物经成像物镜在线阵CCD 像敏阵列上形成图像，图中n1与n2分别为图像边缘处的像元数。
被测物做垂直于光轴运动，n1与n2将发生变化，测量出n1与 n2就能计算出被测物体在垂直于光轴方向的位置。 利用图12.1-3能