光电探测实验报告

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

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。

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。

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+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/R L,亮电流L亮=V亮/R L，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。

图（2）几种光敏电阻的光谱特性

3、伏安特性:

光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。

按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。

偏压2V 4V 6V 8V 10V 12V

光电阻I

光电阻II

实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。

实验二光敏管的应用-----光控电路

实验目的:

了解光敏管在控制电路中的具体应用。

实验所需部件:

光敏二极管或光敏三极管、光控电路、光源、电压表、

电阻器、三极管

实验步骤:

1.图(10)为一常用的由光敏管组成的光控电路，其原理

与前述光敏电阻光控电路相似，电路接线时须注意

光敏管的极性。接通电源后调节控制电路,使其在自

然光下负载发光管不亮。

2.分别用白纸\带色的纸\书本和遮光罩改变光敏管的

光照，观察控制电路的亮灯情况。

实验三光纤传感器--------位移测试

实验原理:

本实验仪中所用的为传光型光纤传感器,光纤在传感器中起到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。光纤传感器的两支多模光纤分别为光源发射及接收光强之用，其工作原理如图(22)所示。

光纤传感器工作特性曲线如图(23)所

示。一般都选用线性范围较好的前坡为测

试区域。

实验所需部件:

光纤、光电变换器、放大稳幅电路、近

红外发射及检测电路（光纤变换电路内）、反射物（电机叶面）、电压表.

实验步骤:

1.将光纤、光电变换块与光纤变换

电路相连接,注意同一实验室如

有多台光电传感器实验仪,由于

光电变换块中的光电元件特性

存在不一致,则光纤变换电路中

的发射\接收放大电路的参数也

不一致，故请做实验之前将光纤

\光电变换块和实验仪对应编号,

不要混用,以免影响正常实验。

2.光纤探头安装于位移平台的支

架上用紧定螺丝固定,电机叶片

对准光纤探头,注意保持两端面

的平行。

3.尽量降低室内光照,移动位移平台使光纤探头紧贴反射面，此时变换电路输出电压V o应

约等于零。

4.旋动螺旋测微仪带动位移平台使光纤端面离开反射叶片，每旋转一圈(0.5毫米)记录V o

值,并将记录结果填入表格,作出距离X与电压值mv的关系曲线。

从测试结果可以看出,光纤位移传感器工作特性曲线如图(23)所示分为前坡Ⅰ和后坡Ⅱ。

前坡Ⅰ范围较小，线性较好。后坡工作范围大但线性较差。因此平时用光纤位移传感器测试位移时一般采用前坡特性范围。根据实验结果试找出本实验仪的最佳工作点。（光纤端面距被测目标的距离）

实验四. 光电位置敏感器件-----PSD传感器

实验原理:

PSD(position sensitive detector)是一

种新型的横向光电效应器件,当入射光

点照在器件光敏面上时,激发光生载流

子而产生电流I，光生电流的大小与光

点的大小无关,只和光点在器件上的位

置有关系。当光点位于器件中点(原点)

时,光生电流I1=I2，根据这一原理,将PSD器件两极电流I1、I2变换成电压信号后再进行运算即可知道光点的位置。PSD器件工作原理见图(27)

实验所需器件:

PSD基座(器件已装在基座上)、固体激光器、反射体、PSD处理电路单元、电压表

实验步骤:

1.通过基座上端圆形观察孔观察PSD器件及在基座上的安装位置,连接好PSD器件与处理

电路,开启仪器电源,输出端Vo接电压表,此时因无光源照射,PSD前聚焦透镜也无因光照射而形成的光点照射在PSD器件上,V o输出的为环境光的噪声电压,试用一块遮光片将观察圆孔盖上,观察光噪声对输出电压的变化。

2.将激光器插头插入“激光电源”插口，激光器安装在基座圆孔中并固定。注意激光束照

射到反射面上时的情况，光束应与反射面垂直。旋转激光器角度，调节激光光点，（必要时也可调节PSD前的透镜）使光点尽可能集中在器件上。

3.仔细调节位移平台，用电压表观察输出电压V O的变化，当输出为零时，再分别测两路

信号电压输出端V O1、V O2的电压值，此时两个信号电压应是基本一致的。

4.从原点开始，位移平台分别向前和向后位移10mm,因为PSD器件对光点位置的变化非

常敏感，故每次螺旋测微仪旋转5格（1/10mm）,并将位移值（mm）与输出电压值（V0）记录列表，作出V/X曲线，求出灵敏度S，S＝△V/△X。根据曲线分析其线性。

注意事项：

实验中所用的固体激光器光点可调节，实验时请注意光束不要直接照射眼睛，否则有可能对视力造成不可恢复的损伤。每一支激光器的光点和光强都略有差异，所以对同一PSD 器件，光源不同时光生电流的大小也是不一样的。实验时背景光的影响也不可忽视，尤其是采用日光灯照明时，或是仪器周围有物体移动造成光线反射发生变化时，都会造成PSD光生电流改变，致使单元V0输出端电压产生跳变，这不是仪器的毛病。如实验时电压信号输出较小，则可调节一下激光器照射角度，使输出达到最大。

实验五光敏三极管对不同光谱的响应

实验原理：

在光照度一定时，光敏三极管输出的光电流随波长的改变而变化，一般说来，对于发射与接收的光敏器件，必须由同一种材料制成才能有此较好的波长响应，