光电透过率测量系统实验报告

题目：光电透过率测量系统实验报告班级：

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一、实验目的

1.学习典型光电系统的设计方法；

2.理解激光透过率测量的原理；

3.设计激光透过率测量系统的各部分电路；

二、实验原理

1.一般情况下，辐射源辐射只有一部分辐射功率透过媒质，最后被探测器接收。当以平行辐射束在媒质中传播时，若媒质有吸收，则在传播一段距离之后，在垂直于传播方向单位面积上的辐射能通量将减少；激光透过媒质后的光强与透过前的光强的比值称为透过率，其表达式为：

%100*01

I I T =λ

其中T λ为透过率，I 1为透过后的光强，I 0为透过前的光强。

2系统框图

激光透过率测量系统实验采用单通道直接测量系统，其原理框图如图1所示：

图1 系统原理框图

由经过调制的激光器发出的一定波长的激光经过介质后衰减，光强减小，分别测出激光透过介质前后的光强，即可测出激光透过此介质的透过率。光电传感器将入射的光信号变成电信号，经过信号处理电路，将交流信号变成直流信号，该直流信号的大小与入射到光电传感器上的光信号的强度成正比，通过测量该直流电压的大小即可测量出激光透过介质的透过率。

3各部分电路说明

1）驱动与调制电路

半导体激光器外接一个+12V 的直流电源，调制信号可以用函数发生器中的方波，方波信号的频率可以变化。实验中，半导体激光器的调制频率采用1KHz 。

2）光电传感I/V 转换电路

光电传感器采用光电池，光电池的输出为电流信号，

后续电路采用集成运算放大激光器 介质

光电 传感器

I/V 转换电路 积分电路 驱动与

调制电路

器CA3410构成I/V 转换电路。

3）带通滤波电路

方案中设计了一个二阶压控电压源带通滤波器，要求中心频率f=1KHz ，增益A=2，品质因数Q=10。

4）积分电路

其作用是将输入的交流信号变成直流信号，本实验中采用专用真有效值AD536能够计算交流和直流的真有效值。

三、实验内容和步骤

下图为激光透过率测量系统实验装置组成系统示意图：

电源给半导体激光器提供直流电源，函数发生器提供调制信号。载物台上放置透射率检测箱包含I/V 转换电路、滤波电路和积分电路。示波器用于检测激光和滤波电路输出信号的波形，台式数字万用表用来检测积分电路。

实验步骤如下：

1.打开电源，调制函数发生器，使其调制频率在1KHz ，可通过示波器检测；

2.将函数发生器调制的激光接入示波器的CH1通道，滤波后输出信号接入CH2通道，比较二者的波形情况。通过measure 按键检测二者的Vpp 以及波形情况； 3接通台式数字万用表的电源，用直流电压测量档测量积分电路输出的直流电压V0;

4.将标称透过率分别为0.90，0.79, 0.50，0.32, 0.10的5个标准样品依次置于载物台上，调整好光路，分别记录五种情况下的积分电路输出的直流并填入下表。

标准样品 0.90 0.79 0.50 0.32 0.10 电压（mv ）

透过率

5.计算标准样品的透过率实测值，与标准透过率比较，分析误差产生的原因。 电源 光电探头 激光器 透射率测量试验箱 示波器 函数发生器 载物台 万用表

四．实验数据处理和分析

1.实验过程中的装置光路测量系统实验实物图如下所示：

（整个装置系统实物图）

（函数发生器调制激光，数字万用表测量的滤波后输出直流电压值实物图）

（示波器同时检测调制激光波形和滤波后输出的信号波形实物图）

2.分别将0.9,0.79, 0.50，0.32, 0.10的5个标准样品放置于载物台上，各测量7组数据，记录如下所示：

0.9,0.79, 0.50，0.32, 0.10的5个标准样品实验所测出的平均透过率分别为87.8%, 83.9%, 53.0%, 35.3%, 12.3%; 测量的标准差分别为0.0160，0.0089，0.00353，0.0050, 0.0024满足于实验中所要求的误差小于5%的要求。

其中实验中误差的来源主要有（1）在放入标准样品的前后，原电压并不是完全没有变化，造成一定的误差;其次放入样品后万用表的读数也并不是完全没有变化的，而是在一定的范围内波动。通过多次测量求平均在一定的程度上减小了误差；(2)实验时，共有2套装置，发现同样是0.5的标准样品，但是放入测量时，二者的数值不是一样的，有一定的差距，不完全是读数波动所带来的，说明标准样品的参数可能和所标的有差距或者是先前的实验小组有人不小心用手触摸到了标准样品的镜面所带来一定的误差；

对此提出的改进建议是：

1）如果实验允许同时要求一定精度的话，可以考虑采用更好的稳压电源，使输出的波动值更小的控制在一个范围内；

规范实验，不要直接用手触摸光学元件表面，若是不小心摸到了的话，可以

2）进行规范的清洗；