光電探測實驗報告

1、 光電探測技術實 驗 報 告班級：10050341學號：05 某：解嫻實驗一光敏電阻特性實驗一、實驗目的1.了解一些常見的光敏電阻的器件的類型； 2.了解光敏電阻的基本特性； 3.測量不同偏置電壓下的光敏電阻的電壓與電流，并作出V/A曲線。二、實驗原理伏安特性顯示出光敏電阻與外光電效應光電元件間的基本差別。這種差別是當增加電壓時，光敏電阻的光電流沒有飽和現象，因此，它的靈敏度正比于外加電壓。光敏電阻與外光電效應光電元件不同，具有非線性的光照特性。各種光敏電阻的非線性程度都是各不相同的。大多數場合證明，各種光敏電阻均存在著分析關系。這一關系為式中，K為比例系數；是永遠小于1的分數。光電流的增長落

2、后于光通量的增長，即當光通量增加時，光敏電阻的積分靈敏度下降。這樣的光照特性，使得解算許多要求光電流與光強間必需保持正比關系的問題時不能利用光敏電阻。光照的非線性特性并不是一切光敏半導體都必有的。目前已有就像真空光電管樣，它的光電流隨光通量線性增大的光敏電阻的實驗室試樣。光敏電阻的積分靈敏度非常大，最近研究出的硒鎘光敏電阻達到12Alm，這比普通銻、銫真空光電管的靈敏度高120，000倍。三、實驗步驟1、光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照圖1接線，電源可從+2V+8V間選用，分別在暗光和正常環(huán)境光照下測出輸出電壓V暗和V亮。則暗電流L暗=V暗/RL,亮電流L亮=V亮/RL，亮電流與暗電流之差

3、稱為光電流，光電流越大則靈敏度越高。2、伏安特性光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系即為伏安特性。按照圖1接線，分別測得偏壓為2V、4V、6V、8V、10V時的光電流，并嘗試高照度光源的光強，測得給定偏壓時光強度的提高與光電流增大的情況。將所測得的結果填入表格并做出V/I曲線。 圖1光敏電阻的測量電路偏壓2V4V6V8V10V12V光電阻I四、實驗數據實驗數據記錄如下：光電流：E/V246810U/V0.090.210.320.430.56I/uA1427.54255.270.5暗電流：0.5uA實驗數據處理：擬合曲線如下：五、實驗結論通過本次實驗了解了一些常用的光敏電阻的類型、部結構及其

4、基本特性，也熟練掌握了光敏電阻的特性測試的方法。隨著偏置電壓的增加，光敏電阻的伏安特性曲線呈線性增長。實驗二光源光功率測試實驗一、實驗目的1.了解光功率計的原理；2.掌握光功率計的使用方法；3.了解不同光源的功率值。二、實驗原理采用美國相干公司的光功率計測量，其工作原理為：光功率計是測量光纖上傳送的信號強度的設備，用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統(tǒng)中，測量光功率是最基本的。光功率計的原理非常像電子學中的萬用表，只不過萬用表測量的是電子，而光功率計測量的是光。通過測量發(fā)射端機或光網絡的絕對功率，一臺光功率計就能夠評價光端設備的性能。用光功率計與穩(wěn)定光源組合使用，組成光損

5、失測試器，則能夠測量連接損耗、檢驗連續(xù)性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質量。三、實驗步驟分別測量了紅光激光器、綠光激光器和白光光源：1.打開光功率計，預熱一段時間；2.將波長設置為紅光激光器的波長；3.打開對應激光器，在光功率計上測得其光功率值；4.依次將波長設置為綠光激光器和白光光源的波長，重復第3步。5.記錄測得數據值。四、實驗數據實驗數據記錄如下：光源波長光功率紅光532nm8.20uW綠光650nm56.1mW白光700nm93.2uW五、實驗結論通過此次光源光功率測試實驗，初步了解了光功率計的工作原理及光功率的測量方法，學會了光功率計的使用。通過實驗對光的功率有了一個直觀的認識，而且提高了

6、我們的動手能力。實驗三光電位置敏感器件-PSD傳感器一、實驗目的1.了解光電位置敏感器件的部結構；2.了解PSD傳感器的工作原理；3.學會使用PSD傳感器測量微小位移。二、實驗原理PSD測試系統(tǒng)的基本組成：本測試系統(tǒng)主要有PSD基座、半導體激光器、反射屏、PSD及處理電路單元組成，其結構框圖如圖2所示。圖2 PSD測試系統(tǒng)結構框圖 半導體激光器能輸出頻率單一，能量集中，功率穩(wěn)定性好的光信號，具有體積小、亮度高、重量輕、方向性好、壽命長、抗沖擊性能好等優(yōu)點。所以采用半導體激光器作為光電測試系統(tǒng)的光源。由于PSD器件對光點位置的變化非常敏感而對光斑的形狀無嚴格要求，即輸出信號與光的聚焦無關，只與光

7、的能量中心有關，所以讓反射屏連接在一個帶有螺旋測微儀的平臺上，通過旋轉螺旋測微儀來改變反射體離激光器的距離從而改變光線照在聚光 透鏡上的位置最終達到改變光點離PSD中心的距離。其光路圖如圖 3。透鏡1透鏡2ABCbcLDPSDa 圖 3 PSD測試系統(tǒng)的光路圖由PSD的工作原理及其探測位置線性度的討論可知，從PSD電極輸出的電信號并不直接是位置信號，必須對這些電信號進一步處理才能得到光斑的入射位置。當允許將PSD封裝起來使用而且入射光比較強時，可以忽略背景光電流和暗電流，即采用恒定連續(xù)光源，光電流為直流信號，處理電路框圖如圖4所示（即PSD處理電路單元），前置處理部分將從PSD兩電極輸出的微弱

8、電流轉換成電壓并放大，運算處理部分按照位置公式將兩路電壓信號相加、相減和相除，最終輸出位置信號。 圖 4PSD處理電路單元三、實驗步驟1、通過基座上端圓形觀察孔觀察PSD器件及在基座上的安裝位置,連接好PSD器件與處理電路,開啟儀器電源,輸出端Vo接電壓表,此時因無光源照射,PSD前聚焦透鏡也無因光照射而形成的光點照射在PSD器件上,Vo輸出的為環(huán)境光的噪聲電壓,試用一塊遮光片將觀察圓孔蓋上,觀察光噪聲對輸出電壓的變化。2、將激光器插頭插入“激光電源”插口，激光器安裝在基座圓孔中并固定。注意激光束照射到反射面上時的情況，光束應與反射面垂直。旋轉激光器角度，調節(jié)激光光點，（必要時也可調節(jié)PSD前

9、的透鏡）使光點盡可能集中在器件上。3、仔細調節(jié)位移平臺，用電壓表觀察輸出電壓VO的變化，當輸出為零時，再分別測兩路信號電壓輸出端VO1、VO2的電壓值，此時兩個信號電壓應是基本一致的。4、從原點開始，位移平臺分別向前和向后位移10mm,因為PSD器件對光點位置的變化非常敏感，故每次螺旋測微儀旋轉10格（1/10mm）,并將位移值（mm）與輸出電壓值（V0）記錄列表，做出V/X曲線，求出靈敏度S，SV/X。根據曲線分析其線性。四、實驗數據向前移位時的測量數據：位移/mm12345678910電壓/V-0.048-0.096-0.137-0.192-0.242-0.290-0.336-0.382-

10、0.433-0.494向后移位時的測量數據：位移/mm12345678910電壓/V0.0600.1110.1590.2030.2400.2890.3350.3740.4120.452曲線擬合：靈敏度： 0.0489580.043364五、實驗結論通過本次試驗了解了光電位置敏感器件的部結構及PSD傳感器的工作原理。并且實驗中學會了使用PSD傳感器測量微小位移。通過整理實驗數據，得到了PSD傳感器的靈敏度。實驗四 CCD攝像法測徑實驗一、實驗目的1.通過實驗了解CCD實驗儀器的安裝及操作；2.了解CCD實驗儀的測量原理及相應的算法；3.熟練掌握使用CCD實驗儀器測量圓孔直徑。二、實驗原理測量原理

11、：測量系統(tǒng)在圖像獲取環(huán)節(jié)首先通過CCD攝像機攝取物體圖像，接著經圖像采集卡進行數據采集和處理后由圖像采集程序將其轉化為位圖文件存放到硬盤中。隨后在測量程序中打開此文件，用戶根據測量目的剪取感興趣的圖像區(qū)域，然后再經過圖像處理和分析得到測量結果。整個測量過程依據幾何成像原理，即根據透鏡成像原理建立物面與像面上對應點之間的幾何對應關系。如圖5所示，待測物休通過物鏡成像在CCD光敏元上，在經過攝像機輸出、采樣、量化可得到與物體尺寸成一定比例的數字圖像。量化后可得確立這種比例關系即可實現實際尺寸的測量。然而由于實際的鏡頭與理論卜的理想透鏡有較大差別，其物像關系也不是和理想透鏡成像公式描述的那么簡單，所

12、以在本測量系統(tǒng)中采用了實驗標定的方法，即通過對標準件的測量實驗確立物像間的尺寸比例關系。實際標定時，我們使用標準量塊作為試件，首先利用區(qū)域分割從圖像中分離目標物體，然后提取并細化其邊緣，通過測量程序擬和邊緣及計算其長寬所占的像素跨距N。在已知其長寬的實際尺寸W的條件下，系統(tǒng)放大比例系數可通過公式K=W/N計算獲得，它表示了一個像素對應的目標空間的實際尺寸。在測量程序輸出像素個數計算結果的基礎上乘以相應的K值即可獲得實際尺寸的測量結果。為了避免隨機誤差的干擾，我們采取了多次標定取平均值的方法。圖5. 幾何成像圖圓形尺寸測量算法：我們知道最能全面描述圖像統(tǒng)計性質的就是它的統(tǒng)計分布規(guī)律。根據理論定義

13、的形狀描述是非常有實際意義的，離散圖像f (x, y)的矩定義為:（1）如果是二值圖像，則矩可按下式計算:(2)用目標的距可以求出它的A心坐標:(3)本系統(tǒng)中對圓的測量就是利用了圓心與重心重合的特點，首先對物體圖像采用統(tǒng)計排序濾波器進行濾波，然后選取閥值將圖像轉化為二值圖像，利用公式(2) (3)計算其重心即圓心坐標。再對濾波后的圖像進行邊緣檢測確定其邊緣點，通過這些邊緣點與圓心計算出半徑的平均值和均方差。然后根招 3原則剔除偽邊緣點，再重復計算圓心和半徑一次從而得到測量結果。三、實驗步驟（一）在被測物前安裝好攝像頭，連接CCD穩(wěn)壓電源，視頻線正確連接圖像卡與攝像頭。（二）檢查無誤后進入測量程

14、序，啟動圖像采集后，屏幕窗口即顯示被測物的圖像，適當地調節(jié)CCD的鏡頭前后位置，使目標圖像最為清晰。需要注意的是，如果不能正常顯示圖像時，檢查設置的視頻標準是否正確，設置如下：（1）打開BtWDMCap （2）選擇工具欄的Option/video Capture Filter（3）在視頻標準中選擇PALN （三）尺寸標定：先取一標準直徑圓形目標（D0=10mm），根據測試程序測定其屏幕圖像的直徑D1（單位用象素表示），則測量常數K=D1/D0。軟件操作具體如下：<1>調整CCD攝像機與物體之間的距離，使得物體顯示最清晰，記下物距；<2>使用捕捉（capture）采集圖片，即點擊按鈕，并指定地方保存圖片；<3>進行中值濾波，點擊按鈕；<4>選擇閥值點進行對圖像二值化，點擊按鈕 ,然后拖動滑塊。<5>進行二值化處理，點擊按鈕；<6>二值化后進行直徑測量,點擊按鈕，把鼠標拖到二值化后的圓形圖上，右邊條形塊中的Distance顯示的數據就是圖像像素長度（即像素跨距），然后進行計