光电显示技术实验讲义

实验一有机发光器件（OLED）参数测量

一、实验目的：

1.了解有机发光显示器件的工作原理及相关特性；

2.掌握OLED性能参数的测量方法；

二、实验原理简介：

1979年，柯达公司华裔科学家邓青云（Dr. C. W. Tang）博士发现黑暗中的有机蓄电池在发光，对有机发光器件的研究由此开始，邓博士被誉为OLED之父。

OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。OLED用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。

图1：OLED结构示意图

与LCD相比，OLED具有主动发光，无视角问题，重量轻，厚度小，高亮度，高发光效率，发光材料丰富，易实现彩色显示，响应速度快，动态画面质量高，使用温度范围广，可实现柔软显示，工艺简单，成本低，抗震能力强等一系列的优点。

如果一个有机层用两个不同的有机层来代替，就可以取得更好的效果：当正极的边界层供应载流子时，负极一侧非常适合输送电子，载流子在两个有机层中间通过时，会受到阻隔，直至会出现反方向运动的载流子，这样，效率就明显提高了。很薄的边界层重新结合后，产生细小的亮点，就能发光。如果有三个有机层，分别用于输送电子、输送载流子和发光，效率就会更高。

为提高电子的注入效率，OLED阴极材料的功函数需尽可能的低，功函数越低，发光亮度越高，使用寿命越长。可以使用Ag 、Al 、Li 、Mg 、Ca 、In等单层金属阴极，也可以将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成合金阴极。如Mg: Ag（10: 1），Li:Al (0.6%Li)，功函数分别为3.7eV和3.2eV，合金阴极可以提高器件的量子效率和稳定性，同时能在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。此外还有层状阴极和掺杂复合型电极。层状阴极由一层极薄的绝缘材料如LiF, Li2O，MgO，Al2O3等和外面一层较厚的Al组成，其电子注入性能较纯Al电极高，可得到更高的发光效率和更好的I-V特性曲线。掺杂复合型电极将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间，可大大改善器件性能，其典型器件是ITO/NPD/AlQ/AlQ（Li）/Al，最大亮度可达30000Cd/m2，如无掺Li层器件，亮度为3400Cd/m2。

为提高空穴的注入效率，要求阳极的功函数尽可能高。作为显示器件还要求阳极透明，一般采用的有Au、透明导电聚合物（如聚苯胺）和ITO导电玻璃，常用ITO玻璃。

载流子输送层主要是空穴输送材料（HTM）和电子输运材料(ETM)。空穴输送材料（HTM）需要有高的热稳定性，与阳极形成小的势垒，能真空蒸镀形成无针孔薄膜。最常用的HTM均为芳香多胺类化合物，主要是三芳胺衍生物。TPD：N，N′-双（3-甲基苯基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺NPD: N，N′-双（1-奈基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺。电子输运材料(ETM)要求有适当的电子输运能力，有好的成膜性和稳定性。ETM一般采用具有大的共扼平面的芳香族化合物如8-羟基喹啉铝（AlQ），1，2，4一三唑衍生物（1，2，

4-Triazoles，TAZ）,PBD，Beq2，DPVBi等，它们同时又是好的发光材料。

OLED的发光材料应满足下列条件：

1）高量子效率的荧光特性，荧光光谱主要分布400-700nm可见光区域。

2）良好的半导体特性，即具有高的导电率，能传导电子或空穴或两者兼有。

3）好的成膜性，在几十纳米的薄层中不产生针孔。

4）良好的热稳定性。

按化合物的分子结构，有机发光材料一般分为两大类：

1) 高分子聚合物，分子量10000-100000，通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物，可用旋涂方法成膜，制作简单，成本低，但其纯度不易提高，在耐久性，亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。

2) 小分子有机化合物，分子量为500-2000，能用真空蒸镀方法成膜，按分子结构又分为两类：有机小分子化合物和配合物。

有机小分子发光材料主要为有机染料，具有化学修饰性强，选择范围广，易于提纯，量子效率高，可产生红、绿、蓝、黄等各种颜色发射峰等优点，但大多数有机染料在固态时存在浓度淬灭等问题，导致发射峰变宽或红移，所以一般将它们以低浓度方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中，主体材料通常与ETM和HTM层采用相同的材料。掺杂的有机染料，应满足以下条件：

a. 具有高的荧光量子效率

b. 染料的吸收光谱与主体的发射光谱有好的重叠，即主体与染料能量适配，从主体到染料能有效地能量传递；

c. 红绿兰色的发射峰尽可能窄，以获得好的色纯；

d. 稳定性好，能蒸发。

红光材料主要有罗丹明类染料，DCM，DCT，DCJT，DCJTB，DCJTI和TPBD等。绿光材料主要有香豆素染料Coumarin6，奎丫啶酮（quinacridone, QA），六苯并苯(Coronene)，苯胺类(naphthalimide)。蓝光材料主要有N-芳香基苯并咪唑类；1，2，4-三唑衍生物（TAZ）；1，3-4-噁二唑的衍生物OXD-（P-NMe2）；双芪类(Distyrylarylene)；BPVBi。

金属配合物介于有机与无机物之间，既有有机物的高荧光量子效率，又有无机物的高稳定性，被视为最有应用前景的一类发光材料。常用金属离子有：Be2+ Zn2+ Al3+ Ca3+ In3+ Tb3+ Eu3+ Gd3+等。主要配合物发光材料有：8-羟基喹啉类，10-羟基苯并喹啉类，Schiff碱类，-羟基苯并噻唑（噁唑）类和羟基黄酮类等。

三、实验装置：

图5：OLED特性测量装置图

四、实验内容及步骤：

1.将OLED模块固定于光学平台之上，将光电二极管（Si-PD）正对OLED固定，要求Si-PD

受光面距离OLED显示屏10mm。

2.按以下要求连接线路：

a)将OLED控制端子（DB9）连接至主机LDC1输出；

b)将OLED电压输入端子（红）连接至主机PSG输出；

c)将OLED电流信号输出连接至主机PD输入；

3.打开主机电源，按以下要求设置参数：

a)设置PSG工作模式为低压电源模式(LVS)；

b)设置PD工作模式为直流电流计模式(ADC)，量程(RTO)切换至10mA；

4.从0V到12V每隔0.5V测一个点，记录相应的OLED电压V和电流I，作OLED I～V 特性

曲线。

5.将Si-PD输出信号连接至主机PD输入，PD量程(RTO)切换至1mA，从0V到12V每隔0.5V

测一个点，记录相应的输出光功率信号P，作OLED的P～I特性曲线。

实验二光电显示技术综合实验

注意事项：系统内含有高压电路，上电后注意安全。

一、实验目的：

1.了解阴极射线显像管（CRT）的工作原理；

2.了解电子枪及电子透镜的工作原理和控制方法；

3.掌握阴极射线显像管相关特性参数的测量方法；

4.了解辉光放电与等离子体显示器件的物理基础；

5.掌握辉光放电与等离子体显示器件相关特性参数的测量方法；

二、实验原理：

（一）、CRT部分：

阴极射线管显示装置的核心部件是CRT显像管。CRT显像管使用电子枪发射高速电子，由垂直和水平的偏转线圈控制电子的偏转角度，高速电子击打屏幕上的荧光物质使其发光，通过电压来调节电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字。

阴极射线显像管主要由电子枪、偏转线圈、荧光粉层及玻璃外壳几部分组成，彩色显像管还含有荫罩或荫栅等部件。

图1：电子枪结构示意图

1. 电子枪

电子枪处于外壳尾部的细圆柱形管内，它由阴极、栅级、第一阳极(加速极)、第二阳极(高压极)和第三阳极(聚焦极)五部分组成。

1）．阴极是旁热式的，其外形是个圆桶，阴极表面涂有能发射电子的氧化物，阴极筒内

装有加热灯丝。当灯丝通电后，烤热阴极表面氧化物，使之发射电子，发射电子的数目受栅极的电压控制。

2）．控制栅极(G)又称调制极，套在阴极的外面，呈圆桶形。圆桶的顶端有一个直径为0.6～0.8mm的小圆孔供热电子射出。控制栅极离阴极很近，改变控制栅极和

阴极的电压就可以控制电子束的强弱，从而达到控制显像管亮度的目的。

CRT 在阴极电压一定时，栅极、阴极之间的电压与阴极束电流关系曲线称为调

制曲线，如图2所示。满足：

I 束=K(E gk -E gk0)γ

其中：K 为比例系数，与电子枪有关；E gk0为截止栅压；E gk 为实际的栅偏压；γ

是表征显像管特性的—个参数，一般在2.2～3之间。

图2：显像管调制特性曲线 图3：灰度失真

控制栅压越负，束电流越小；控制栅压负至一定值(E gk =E gk0)时，束电流为零，

此时的栅压称为截止栅偏压(截止电压),荧光屏因束电流等于零而无光；反之，控制

栅的电压逐渐提高，束电流按指数曲线上升，荧光屏的亮度也随之增加。由于γ的

存在，造成亮度、灰度等级变化失真，黑色压缩，白色扩张，如图3所示。重现图

像时，进行γ校正放大处理，使发送和接收综合特性成为线性。图中静态工作点的

电压由亮度调节电路提供。在电子束行、场扫描逆程回扫期间，由于应该使电子束

流截止，此时栅负压应该低于截止电压。

由截止电压到电子束流为100～150uA 的栅阴极电压范围，叫做最大调制量。显

像管的最大调制量越小，所需的视频信号峰峰值也越小。可见，最大调制量越小越

好。值得注意的是，最大调制量会随着加速极电压降低而减小，但是加速极电压降

低时，会使屏幕亮度下降。

3)．加速极(A1)。加速极处于控制栅的前面，它也是一个顶部开有小孔的金属

圆桶。在加速极上通常加有几百伏的正电压．它的作用是把电子从阴极表面拉出来，

向荧光屏方向运动，形成一束电子流，加速轰击荧光屏。

4)．高压阳极(A2，A4)。高压阳极分为两部分，中间用金属条相连，若将靠近

加速极的

一极称为第二阳极(A2)，另一极则称为第四阳极(A4)。第四阳极与管壁内的石墨导

电层用弹性金属片相连接，石墨导电层又与高压电极相连接。高压阳极上加有9～

16kV 电压，由于阳极高压的电压高，不宜在管角处引出，而是从玻璃锥体侧面的电

极引出。阳极高压使电子加速至极高的速度冲射到荧光屏上。

5)．聚焦极(A3)。因为电子束流横截面积的大小确定了重现图像的像素的大小，

而电子束流是由带负电的电子组成的，电子之间的相互排斥则有自然散焦的趋势。

聚焦极的作用就是将电子束流聚拢成很细的一束射向荧光屏。聚焦极位于两节高压

阳极之间，它是一个直径较大的金属圆桶，其上加有数百伏的可调电压，调整此电

压大小，就可以改变它与高压阳极之间非均匀分布的聚焦电场，使电子束聚拢成一

细束，荧光屏上呈现一细点，使图像最清晰。由于电子束的聚焦恰似光线经光学透镜而聚焦，因此又常将电子聚焦系统称为电子透镜。

图4：电子枪第一和第二电子透镜(预聚焦透镜)

在电子枪中，由于各极电压不同，共有三只电子透镜，第一只是由阴极K、控制栅极G第一阳极A1形成的，由于第一阳极电压比阴极高得多，因此等位面穿过栅孔向阴极方向凸出，把由阴极发出的电子在穿过栅极孔之后会聚成一点，但经过这点之后又重新发散开了。如图4的左半部所示。

第二只透镜是由第一阳极A1与第二阳极A2（即高压电极的一半）所形成的，由于第二阳极比第一阳极电压高得多，所以其电场分布如图4的右半部所示。这是

一个会聚透镜，在电子枪中把它叫做预聚焦透镜。它的作用是把离开第一透镜的发散电子束，预聚到与管轴平行的方向上来。这样做既可以使显像光点变小，又可以减少电子束在偏转磁场中的直径，从而减少偏转像差，使屏幕中心和边缘聚焦比较一致。

第三只透镜是聚焦电极A3和第四阳极A4所构成的聚焦透镜，是电子聚焦的主要透镜。其电场分布如图5所示。

图5：电子枪聚焦透镜——第三电子透镜(主聚焦透镜)

图6：电子聚焦过程

由图可知，当电子以很高的速度射入此聚焦透镜时，首先受到会聚场的作用，但作用时间很短，随后进入发散场，电子速度减慢下来，当进入到聚焦电极右侧时，又受到会聚场作用，此时电子速度最低，会聚作用最强，最后又以高速进入发散场。因此总的看来，会聚作用远大于发散作用，此透镜是一会聚透镜，又称作聚焦透镜。改变聚焦电极上的电压可以调节电子束的聚焦点，如图6所示。聚焦电极的电位越低，聚集作用越强。

高压阳极(第二、第三阳极)所加电压最高，一般有9-16kV，不同显像管所加的阳极高压不同，屏幕尺寸越大所加的阳极高压越高。阳极高压低于规定值时，电子速度较小，屏幕的发光亮度下降，在同样的偏转磁场作用下，电子束的偏转角将加大，从而图像的尺寸将扩大。反之，当阳极高压偏高时，亮度提高，图像尺寸缩小。

2. 玻璃外壳

玻璃外壳包括管颈、玻璃锥体和屏面玻璃三个部分。

管颈是一个细长的玻璃管子，里面装有电子枪。屏面玻璃内表面沉积了一层荧光粉膜，厚度约10um，通常称为荧光屏，俗称荧幕。在荧光膜上还蒸镀了一层1um

厚的铝膜导电层。电子束可穿过铝膜，轰击荧光屏发光。玻璃锥体把屏面玻璃和管颈连接起来，里面抽成高度真空。锥体张开角的大小决定了电子束偏转的最大角度。锥体的内、外壁涂有石墨导电层，内壁石墨导电层与高压阳极、荧光屏铝膜相连，并在锥体侧面安有—个金属高压插座以接高压，从而使锥体内整个空间成为一个等位空间，高速电子一旦进入此空间则匀速前进到达荧光屏。锥体外壁石墨导电层与电视机的地线相接以实现电屏蔽。内、外导电层以锥体玻璃作为介质形成一个500-1000pF的电容，此电容正好作为阳极高压整流器的滤波电容。

3. 荧光屏

显像管屏幕从正面看近似长方形，其宽、高比约4:3。国产黑白电视机习惯上以荧幕对角线的长度尺寸作为分类标准。

电子枪产生电子射束，以很高的速度轰击荧光屏，屏上的荧光粉受到电子轰击后发光。其发光强度主要决定于荧光粉的发光效率、电子轰击荧光屏的速度以及电子束电流的强度。电子束电流越大，荧光屏越亮；反之，荧光屏越暗。

荧光屏在电子轰击下发光，停止轰击后亮度并不立即消失，而是逐渐暗下来，荧光粉的这种特性叫余辉特性。不同荧光粉余辉时间不同。电视显像管属于中短余辉，余辉时间lms左右。

荧光屏的荧光膜镀了一层lum厚的铝膜，铝膜与内石墨导电层相连。电子射束可穿过铝膜，轰击荧光膜发光。光亮如镜的铝膜将光线反射向管外，增加了荧幕亮度，同时保护荧光膜免受负离子的轰击(因为离子的质量大、速度慢，很难穿过铝膜)，防止产生离子斑。

4. 偏转系统

偏转系统是控制电子束作扫描运动的部件，主要由偏转线圈和中心调节器组成。

1) 偏转线圈包括行偏转线圈和场偏转线圈，它们套在玻璃外壳的锥体与管颈的连接处。在偏转线圈中流过锯齿波电流的时候，就形成线性变化的偏转磁场，使显像管电子枪发射的电子束从左到右、自上而下地扫描，在屏幕上形成光栅。

(1)电磁偏转基本原理

电子束的偏转方式有两种：静电偏转和电磁偏转。由于电磁偏转容易实现大角度的偏转，一般的显示器都采用电磁偏转。电磁偏转的基本原理是，在偏转线圈中流过电流时将产生磁场，电子枪发射的电子束通过偏转磁场时受到力的作用而发生偏转，其受力的方向可由左手定则来确定。电子束偏转角度的大小与流过偏转线圈中电流的大小成正比。为了使电子束在荧光屏上做均匀的水平扫描运动，行偏转线圈中的电流就必须是良好的锯齿波电流，如图7所示。在点a时，偏转电流为负的最大值，使电子束偏转达到屏幕的左边缘。由a到b，偏转电流由负的最大值逐渐减小为零，它产生的磁场也减小到零，电子束偏转角度随着减小而回到屏幕的的中央。由b到c，偏转电流逐渐增加到正的最大值，电子束从屏幕的中央向右偏转到右边缘。总之，由a经b到c，偏转电流线性增加，使电子束从屏幕左边缘向右边缘偏转，完成了行扫描的正程，时间约为52uS。由c经d到e，偏转电流又由正的最大值减小为零至负的最大值，使电子束从右边缘回到左边缘，完成行扫描的逆程，时间约为12uS。整个行扫描周期为64uS。

T H =T

HS

+T

HR

=52uS+12uS=64uS

图7: 行扫描原理图

如果将图7所示的磁场方向转一个90°角，电子束就上下偏转进行场扫描。因

此，行、场扫描的偏转磁场是互相垂直的。要使电子束在荧光屏上均匀地做垂直扫

描，则在场偏转

线圈中也应该流过锯齿波电流，不过它的周期是20mS ，其中逆程约占1．6mS ，如图

8所示。

T V =T VS +T VR =18.4mS+1.6mS=20mS

图8: 场扫描原理图

电子束行、场扫描的结果，在荧光屏上形成光栅。行、场偏转线圈中锯齿波电

流分别是由行、场扫描电路提供，行、场偏转电流必须是线性良好，幅度足够，而

且经行、场同步信号同步的锯齿波电流。

(2)偏转线圈的结构

偏转线圈主要由磁环和行、场两组线圈组成。

行偏转线圈分成两部分，放在显示器管颈接近圆锥体部分。行偏转线圈平面是

水平放

置的，它产生的磁场是垂直方向的，因此使电子束做水平方向的偏转。

场偏转线圈是绕在磁环上的，在线圈中流过电流时形成磁场的情况如图9所示，

它形成的磁场是水平方向的，因此使电子束作垂直方向的偏转。行、场偏转线圈组装在一起套到显示器管颈上。

图9: 场偏转线圈形成的磁场及其组成

对偏转线圈的主要要求是偏转效率高及使光几何失真小。偏转效率高是指只要较小的偏转功率就可以达到满幅光栅。几何失真分枕形失真、桶形失真、平行四边形失真和梯形失真等。图10说明了枕形失真及桶形失真的原因。因为电子束偏转方向与磁场方向是垂直的，如果磁场方向不规则，不均匀，那么光栅就会变形。例如磁力线中间疏边缘密，电子束在中间时偏转小，两边偏转大，就形成枕形失真；如磁力线中间密，两边疏，则电子束在中间偏转大，两边偏转小，形成桶形失真。如果偏转线圈太靠后了而没有紧贴到圆锥部分上，边缘部分电子束被玻璃壳圆锥部分挡住，那就可能出现荧光屏四角有暗角的情况。

图10: 桶形失真和枕形失真

3) 中心调节器

中心调节器一般放在显像管偏转线圈后面，它由两片充有磁性的铁钴钒薄圆片组成，如图11所示。中心调节器的作用是产生一个附加磁场，使电子束发生固定偏移，用来校正光栅中心和屏幕中心的不一致，当改变两片圆片磁性之间的夹角或改变磁性所在位置时，可改变附加磁场的强弱和方向，使整个光栅中心在一定范围内上下、左右移动，直至光栅中心和屏幕中心重合。

图11：中心调节器

显示器的光性能参数包括光点聚焦、亮度、分辨率等。

1．聚焦光点大小

因为光点直径决定像素的大小，所以光点直径越小越好，一般要求直径略小于0.2mm。

2．最大亮度

一般为150cd/m2，并且要求荧光屏各部分的亮度均匀。亮度应满足白天室内观看的需要，并且要求对比度大，灰度等级不小于七级。

3．分辨率

指分辨图像细节的能力。通常以能分辨清楚的线数多少来表示，能分辨清楚的线数越多越好。沿着垂直方向的分辨能力称为垂直分辨率，对于625行的隔行扫描来说，由于在有50行的场回扫期间不传送图像，有效行数仅575行。因此，在电子束聚焦良好的条件下，垂直分辨率最多也只能是575钱。沿着水平方向的分辨能力称为水平分辨率，影响水平分辨率的因素很多。水平分辨率在屏幕中心部分一般为550～600线，四角及边缘部分的分辨率会差一些，—般为450～500线。分辨率越高，图像越清晰。图像的清晰度也体现在显像管重显图像能分清的最高线数，它是由多方面因素决定的一个重要指标。

另外，对显示器发光的色调等也有要求，例如黑白显示器一般要求光栅为自然

光色调。

（二）、PDP 部分：

等离子显示器(PDP) 出现于20世纪60年代，属于冷阴极放电管，利用加在阴

极和阳极间的电压，激励气体等离子产生辉光放电来显示图像。20世纪90年代诞

生了等离子全彩色显示器，它通过气体放电发射的真空紫外线，再去激活屏幕上的

红、绿、蓝三基色荧光粉，实现彩色显示，放电气体一般都选用含氙的稀有混合气

体。

电流通过气体的现象称为气体放电或导电，图1所示为气体放电的伏安特牲曲

线。

图1： 气体放电的伏安特性

OA 段：极间电压很低，空间带电粒子浓度末变，未产生明显放电现象，主要由

漂移运动而形成。放电电流与离子迁移速度成正比(即正比电压)。

AB 段：极间产生所有带电粒子，电流饱和不变(两端电压增加)。

BC 段：极间电压增加，电子碰撞电离，汤生放电(非自持暗放)。电流增大。

CD 段：极间电压为V f ，电流迅速增大，产生微弱闪光辐射，C 点电压V f 为击穿

电压，或着火电压，CD 段自持暗放电。

DE 段：若R 选择过小，电流急剧增大，产生较强辉光辐射，为不稳定过渡区域。

EF 段：极间电压几乎稳定，进入正常辉光放电区域，电流陡增。

FG 段：极间电压增加，电流继续增加，辉光布满整个阴极表面，进入反常辉光

放电区域，阴极出现溅射现象。

GH 段：R 减小，放电电流急速增大，极间电压迅速下降，马上进入弧光放电，

也称为反常辉光放电。

等离子体显示器件按工作方式分为直流、交流和交直流混合三种类型。

直流等离子体显示板（DC-PDP ）的阴极和阳极直接暴露在气体放电空间，工作

时，在电极上加直流脉冲电压，使气体放电发光。图2是DC-PDP 早期的代表性器件，

图3是DC-PDP 矩阵结构，都采用刷新工作方式。

图2：直流气体放电管 图3：矩阵结构DC-PDP

彩色AC-PDP 的发光过程包括两个过程：气体放电过程和荧光粉发光过程。气体

放电过程利用稀有混合气体在外加电压的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发

出真空紫外线，紫外线激发荧光粉再发射出可见光。

AC-PDP 和DC-PDP 在结构上的最大区别，是在电极上覆盖了介质层：此介质层

可以把电极与放电等离子体隔开，限制放电电流无限增大，同时保护电极，限流电

阻无需在每个单元上都制作，此外，还可以把气体放电产生的电荷存储在介质壁上，

有利于降低放电的维持电压。

图4：AC-PDP 的驱动波形和壁电荷的变化

以对向放电型结构为例，AC-PDP 的放电过程在两组电极之间进行。图5所示为

电极交流驱动波形和相应的壁电荷的变化情况。在电极间加维持脉冲时，因其电压

幅度V S 小于着火电压V f ，故此单元不发生放电，当在维持脉冲间隙加上一个幅度大

于着火电压V f 的书写脉冲V wr 后，该单元开始放电发光。放电形成的正离子和电子在

外电场的作用下，分别向瞬时阴极和阳极移动，并在电极表面涂盖的介质层上累积

形成壁电荷，从而形成壁电压V W ，其方向与外加电压方向相反。因此，这时加在单

元上的电压是外加电压V 和壁电压的叠加，当其低于维持电压下限时，放电过程就

会暂时停止。而当电极外加电压反向后，该电压与壁电压同向，叠加后的幅度大于

V

时，又会放电、发光，然后又重复上述过程。单元一旦放电着火，就可由维持脉f

冲电压维持放电，所以AC-PDP具有存储性。如果需已发光单元停止放电，可在维持脉冲间隙施加一个擦除脉冲V

，脉宽比维持脉冲窄得多(或电压低)，使气体产生一

e

次微弱放电以中和壁电荷，使放电过程结束。AC-PDP在维持脉冲的每个周期内产生两次放电发光，即继续发光。因此，维持脉冲的频率在10kHz以上时，AC-PDP每秒钟至少发光20万次，这已超过人眼视觉的极限频率(闪烁频率50Hz)。彩色AC-PDP 利用混合稀有气体放电产生紫外线来激发三基色荧光粉发光，这与荧光灯的发光原理相似。稀有混合气体的组成成分、配比、充气压强和荧光粉材料的发光特性对AC-PDP的亮度、发光效率和色纯有很大的影响。因此，着重在于合理选择放电气体的组成部分。一般采用三元混合气体，如(He-Ne-Xe)氦-氖-氙。而采用的荧光粉是用真空紫外线激发的光致荧光粉，具体要求：①在真空紫外线的激发下，发光效率高；②色饱和度高，色彩多；③余辉适宜；④稳定性好；⑤涂覆性能好；⑥真空性能良好。彩色AC-PDP要实现图像的显示，首先需对显示屏上的显示单元根据显示数据进行选择，即寻址。选择要点亮的或不点亮的单元，在要点亮的单元中形成或保留壁电荷到维持期，使维持放电得以进行。在维持期，积累了壁电荷的单元就会发生维持放电，实现图像的显示。数据信号加在寻址电极A上，用来对矩阵单元进行寻址放电(x电极和y电极组成矩阵单元，它们作维持电极)。

图5：彩色AC-PDP的主要部件

AC-PDP的结构如图5所示。其主要部件的功能和技术要求如下：

1．前后基板

基板玻璃是AC-PDP各个部件的载体，除了要求其表面平整外，彩色AC-PDP基板玻璃的热稳定性对AC-PDP的性能质量起着非常重要的作用。为了提高AC-PDP基板的热稳定性，基板目前广泛采用PDP专用的钠钙玻璃，要求玻璃应变点的温度高，热膨胀系数与电极和介质材料相匹配。

2．透明电极

为了减少对荧光粉发出可见光的阻挡，显示电极一般采用复合式的电极结构，即显示电极由较宽的透明电极和较细的金属电极构成。可采用氧化铟锡薄膜和Sn02薄膜。要求可见光透过率高、电导率高、刻蚀性能优良，与玻璃基板的附着力强。

3．汇流电极

为了使透明电极在长时间的工作中导电性能保持不变，可在透明电极上加做一条金属电极，常用厚膜Ag电极，要求导电性能好，与透明导电薄膜附着力强，宽度较窄(小于10um)。

4．寻址电极

AC-PDP的数据信号加在寻址电极上，用来对矩阵单元进行寻址放电。常用的寻址电极材料为厚膜Ag电极，要求其导电性能好，与基板玻璃的附着力强。

5．介质层

在AC-PDP中，前后基板的电极上都涂覆有介质层，介质材料的选择应根据所使用的电极材料以及对绝缘性、透过率等的要求来选取。由于电极间加有较高的电压，对前基板的介质层，要求可见光的透过率高、耐电压、击穿强度高；对后基板的介质层，要求反射率高，与玻璃的附着牢固。

6．介质保护膜

AC-PDP中介质保护膜的作用是延长显示器的寿命，增加工作电压的稳定性，并且能够显著降低器件的着火电压，减少放电的时间延迟。要求二次电子的发射系数高，表面电阻率及体电阻率高，耐粒子的轰击，与介质层的膨胀系数相接近，放电的延迟小。

7．荧光粉层

荧光粉层的作用是将紫外线转变为可见光实现彩色显示。要求发光效率高，色彩的饱和度高，厚度均匀。

8．放电气体

用于产生紫外辐射，要求着火电压低，真空紫外光谱辐射强度高，可见光强度低。

9．障壁

在AC-PDP的器件中，障壁的作用主要有两点：一是保证两块基板问的放电间隙，确保一定的放电空间；二是防止相邻单元间的光点缠绕。对障壁的要求是高度一致、形状均匀，障壁宽度应尽可能的窄，以增大单元的开口率，提高器件的亮度。制作障壁的材料一般选用低熔点的玻璃，其热膨胀系数应与基板玻璃相匹配。

三、实验装置：

四、注意事项：

系统内含有高压电路，上电后注意安全。

五、实验内容及步骤：

1.将CRT实验模块置于光学平台之上，将光电二极管（Si-PD）正对显像管屏幕固

定，要求Si-PD受光面距离显像管屏幕30mm左右。CCD也固定于光学平台之上，盖上镜头盖。

2.按以下要求连接线路：

a将CCD视频输出连接至CRT视频输入（VIDEO）；

b将CRT阴极电压输入（K）连接至主机高压信号源输出（AMP.OUT）；

c将CRT阴极电流输出（I

K

）连接至主机光电信号检测器输入（PD1.IN）；

d将CRT电源输入（+12V、GND）分别连接至主机直流电源输出（+12V、GND）；

3.接通CCD电源，打开主机电源，按以下要求设置参数：

a.设置AMP工作模式为直流电压信号源模式(SVS)；

b.设置PD1工作模式为直流电流计模式(ADC)，量程(RTO)切换至1mA；

c.由17V开始增加阴极电压U

k

，每隔1V测一个点，直至45V结束，记录各电

压下的阴极电流I

束（忽略符号），作I

束

～E

gk

曲线，即CRT调制特性曲线，

求截止栅偏压和最大调制量（对应I

束

为0～100uA）。

4.将主机信号检测器输入（PD1.IN）改接至Si-PD电流输出，PD1量程(RTO)切换

至100uA，由45V开始降低阴极电压E

gk

，每隔1V测一个点，直至17V结束，记

录各电压下的屏幕亮度I

P ，作I

P

～E

gk

曲线。

5.将主机高压信号源输出（AMP.OUT）改接至CRT聚焦极电压输入（A3），聚焦极

电压先调至0V；取下CCD镜头盖，调整镜头光圈并对焦，使在CRT屏幕上的图像最为清晰；由0V开始增加聚焦极电压，至200V结束，观察CRT分辨率的变化。

6. 将辉光放电管固定于光学平台之上，将光电二极管（Si-PD）正对放电管固定，

要求Si-PD受光面距离显像管屏幕小于25mm。

7. 按以下要求连接线路：

a将放电管驱动电压输入端子（黄）连接至主机高压信号源输出（AMP.OUT）；

b将放电管放电电流输出端口连接至主机光电信号检测器输入（PD1.IN）；

c将Si光电二极管电流输出端口连接至主机光电信号检测器输入（PD2.IN）；

8. 打开主机电源，按以下要求设置参数：

a.设置AMP工作模式为直流电压信号源模式(SVS)；

b.设置PD1工作模式为直流电流计模式(ADC)，量程(RTO)切换至10mA；

c.设置PD2工作模式为直流电流计模式(ADC)，量程(RTO)切换至1mA；

9. 由0V开始缓慢增加驱动电压U，同时观察PD1输出，当放电电流出现明显增大

时，记录此时的阳极电压，此即着火电压V

f

。

10.将驱动电压调至200V，由200V开始降低驱动电压，同时记录放电电流（PD1，

忽略符号），每隔0.2mA测一个点，直至放电电流为零或不再减小。辉光放电管阳极内部已串联10KΩ负载电阻，代入此数据，计算各放电电流所对应的极间电压，作辉光放电区内的伏安特性曲线。

11.重复上一过程，记录各放电电流所对应的输出光强（PD2），作辉光放电区内的

P～I特性曲线。

六、数据记录

照度实验报告

照度实验报告 一、背景 作业场所的合理采光与照明，对生产中的效率、卫生和安全都有重要的意义。它是工作 场所设计中的重要项目，无论是天然采光还是人工照明，其主要目的都是给人们的生活和生 产提供必需的视觉条件。 适当的照度设计应遵循工效学的原则，使照度设置达到保证物体的轮廓立体视觉，有利 于辨认物体的高低，深浅，前后远近及相对位置，有利于眼睛的辨色能力，有利于大视野， 降低疲劳、减少错误和工伤事故的发生。提高照度值可以提高识别速度和主体视觉，从而提 高工作效率和准确度。但照度值提高到使人产生眩光时，会降低工作效率。此外，利用照明 设计对人的情绪的影响，根据场所功能的需求，可使光环境对人产生兴奋或抑制的作用。在 绿色照明理念的指导下，人工照明应考虑节能和环保的要求。 二、实验目的 正确熟悉和使用照度计，采集光环境数据，并通过分析数据来判断光环境的照度是否合 理，假如不合理则提出合理的改善措施。 三、实验场所 上海海洋大学图书馆二楼大厅自习室（室外） 四、实验要求 1、照度采集 2、对自习室的照度情况进行分析 3、分析光照度合理性，并提出改善措施 五、分析 1、主观分析 （1）、主观评价调查数据 （2）、主观评价结果分析 a、计算每个项目的评分s(n): s(n)= 式中，s（n）为第n个项目的评分 p（m）为第m个状态的分值，其中，p（1）=0，p（2）=10，p（3）=50，p（4）=100， v （n,m）为第n个评价项目的第m个状态所得的票数。所以： s(1)= s(2)= s(3)= s(4)= s(5)= s(6)= =16.4 =10.8 =12.4 =12.6 =12.4 =12.6 s(7)= s(8)= s(9)= s(10)= b、计算总的光环境指数 s s= =9.2 =8.2 =9.4 =10 式中，w（n）为第n个评价项目权值，设其权值均为1 所以: s=11.4 为了便于分析和确定评价结果,本方法将光环境质量按光环境的指数范围分为四个质量 等级,其质量等级的划分及其含意如下表所示: 因为10<11.4<=50所以根据上表的结论，本实验的光环境质量等级为3，含义是： 问题较大 2、客观分析（照度数据采集及分析）（1）、照度采集现场 在进行照度值测量的时间点上我们选择了一个晴朗的下午2点~3点之间，光照十分充足， 因为时间和条件的限制就没有对阴天和晚上进行测量和分析。 图书馆二楼自习室现场

光电管特性的研究讲义

课题光电管特性的研究 1．了解光电效应实验的基本规律和光的量子性； 教学目的 2．测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系； 3．测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。重难点 1．光电管的伏安特性和光电特性； 2．最小二乘法处理数据。 教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。 学时 3个学时 一、前言 光电效应是指在光的作用下，从物体表面释放电子的现象，所逸出的电子称为光 电子。这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的。在光电效应中，光不仅在被吸 收或发射时以能量h 的微粒出现，而且以微粒形式在空间传播，充分显示了光的粒 子性。 1905年爱因斯坦引入光量子理论，给出了光电效应方程，成功地解释了光电效应 的全部实验规律。1916年密立根用光电效应实验验证了爱因斯坦的光电效应方程，并 测定了普朗克常量。爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别获得 1921年和1923年诺贝尔物理学奖。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，例 如利用光电效应制成的光电管、光电倍增管等光电转换其间，把光学量转换成电学量 来测量。光电元件已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的 元件。 二、实验仪器 暗匣（内装光电管及小灯泡及米尺）；光电效应实验仪（包括24V稳压电源、12V 可调稳压电源、1 3位数子电压表和电流表，分别指示光电管电压、光源电流和光电 2 流、调节光电管电压的电位器、调小灯电流的可变电阻）。

三、实验原理 金属或金属化合物在光的照射下有电子逸出的现象，称为光电效应，或称为光电发射。产生光电发射的物体表面通常接电源负极，所以又称为光电阴极，光电阴极往往不由纯金属制成，而常用锑钯或银氧钯的复杂化合物制成，因为这些金属化合物阴极的电子逸出功远较纯金属小，这样就能在较小光照下得到较大的光电流。把光电阴极和另一个金属电极－阳极仪器封装在抽成真空的玻璃壳里就成了光电管。光电管在现代科学技术中如自动控制、有声电影、电视、以及光讯号测量等方面都有重要的应用。 1905年爱因斯坦提出“光子”概念，光是由一些能量E h ν=的粒子组成的粒子流。按照光子理论，光电效应是光子与电子碰撞，光子把全部能量（h ν）传给电子，电子获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的束缚，另一部分成为该电子（光电子）逸出金属表面后的动能。根据能量守恒有 2 max 12 h mv W ν=+ 该式就是著名的爱因斯坦光电效应方程。由于 一个电子只能吸收一个光子的能量，该式表明光电子的初动能与入射光的频率呈线性关系，与入射光子数无关。 本实验是利用真空光电管来研究这一实验的基本规律，验证爱因斯坦的光电子理论。实验原理图如图5.12－1所示，C 为光电管的阴极，A 为光电管的阳极，调节R ,可在A 、C 两极间获得连续变化的电压。光的强弱决定于光子的多少，当用一定强度的光照射到光电管阴极时，光子（h ν）流 射到C 上打出光电子，阴极释放的电子在电场的作用下向阳极迁移，回路中将形成光电流。光电流的大小与光电管两极间电压及光电管阴极的光通量（光通量与光强成正比）都有关。

光电探测技术实验报告

光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫

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。 注意事项: 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。

实验二十一 光电定向实验讲义

实验二十一光电定向实验 光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。 本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。学生可以通过该系统了解四象限定向基本原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。 一、实验目的 1、了解四象限探测器的工作原理及其特性 2、了解并掌握四象限探测器定向原理 二、实验内容 1、系统组装调试实验 2、激光器（650nm）脉冲驱动实验 3、四象限探测器输出脉冲信号放大实验 4、四象限探测器输出脉冲信号展宽实验（采样保持） 5、硬件定向实验（1）由电阻构成的硬件和差运算电路实验 （2）由运算放大器构成的硬件和差运算电路实验 （3）坐标计算实验

四、实验原理 1、系统介绍:光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。该系统主要由发射部分，光电探测器，信号处 理电路，A/D 转换和单片机，最后通过计算机显示输出。该系统结构框图如图1： 图1 系统结构框图 1）激光器发射部分 光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED 、LD 等）、光功率 自动控制电路（APC ）等部分组成。用NE555组成的脉冲发生电路来驱动650nm 的激光器。 2）接收部分 接收部分主要由四象限探测器组成。四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图2。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电流信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位）。 Vx Vy

逸出功的测定实验报告

光电效应测普朗克常数 在近代物理学中，光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。1905 年爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上圆满地解释了光电效应，约十年后密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常数。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，利用光电效应制成的光电器件（如：光电管、光电池、光电倍增管等）已成为生产和科研中不可缺少的器件。 【实验目的】 1. 测定光电效应的基本特性曲线，加深对光的量子性的理解； 2. 学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数。 【实验仪器】 ZKY—GD1光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪（含光电管和微电流放大器） 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1.光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因 斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为

式中，为普朗克常数，它的公认值是=6.626。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程： （1）式中，为入射光的频率，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速 度，为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电 子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。 显然，有 （2）代入（1）式，即有 （3）由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因

光电子技术实验讲义

《光电了技术实验》 实验讲义 光信息教研室

2012年9月

目录 实验一LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试............. - 2 -实验二光纤数值孔径测量实验................ - 8 - 实验三光源调制与解调实验 (10) 实验四电光调制实验 (15) 实验五声光调制实验 (19) 实验六、APD特性参数的测量 (25)

实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试 、实验目的 1、通过测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线，计算阈 值电流（I th ），掌握LED 发光二极管和LD 半导体激光器的工作特性。 、实验内容 1、测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线。 三、 实验仪器 1、 LD 激光二极管（带尾纤输出， FC 型接口） 1 只 2、 LED 发光二极管 1 只 3、 LD/ LED 电流源 1 台 4、 光功率计 1 台 5、 万用表 1 台 四、 实验原理 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 Radiatio n （受激辐射的光放大）的缩写。 1、半导体激光器的结构 半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体，由于邻近原子的作用，电子所处的能 态扩展成能级连续分布的能带，如下图（ a ）所示，能量低的能带称为价带，能量高的能带称为 导带，导带底的能量 Eu 和价带顶的能量E 之间的能量差E u E l E g 称为禁带宽度或带隙， 不同的半导体材料有不同的带隙。本征半导体中导带和价带被电子和空穴占据的几率是相同的， N 型半导体导带被电子占据的几率大， P 型半导体价带被空穴占据的几率大。如下图（ b ）、 （c ） 所示。 图1半导体激光器的电子和空穴分布 半导体激光器的结构多种多样，基本结构是下图所示的双异质结平面条形结构。这种结构由 三层不同类型半导体材料构成，中间层通常为厚度为 0.1?0.3卩m 的窄带隙P 型半导体，称为有 源层，作为工作介质，两侧分别为具有较宽带隙的 N 型和P 型半导体，称为限制层。具有不同带 隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结。有源层与右侧的 导带 ? 4 * 4 ? ? ? ? ? ? ?* 带常 Eg 1 E L Q Q O 匚|_ O Q O O o O 卒征半导体 N 型半导体 a b N 层之间形成的是 P--N 异质 P 型半导体

光电检测试验讲义

光电检测试验讲义

实验一 光敏电阻特性参数测量及暗光街灯实验 一、实验目的： 1、了解光敏电阻的电阻特性，掌握光敏电阻的伏安特性及其随光照强度的变化规律。 2、利用光敏电阻的电阻变化特性，将之作为街灯自动点亮与熄灭的传感器件，掌握基于光敏电阻的暗光街灯的工作原理及应用。 二、实验原理： 光敏电阻是最典型的光电效应器件，即其电导率随光照强度而发生变化。半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的光电探测器件。本实验旨在测定光敏电阻在不同光照环境下的电阻值，并测定其伏安特性随光照强度的变化规律。 根据实验测定，光敏电阻的电阻值随光亮度的增大而迅速减小。利用这一特性，设计了暗光街灯演示实验。其原理是当环境变暗时光敏电阻的阻值增大，当亮度降低到一定值时，即光敏电阻值增大到某一阈值时，光电传感电路系统自动点亮小灯泡，从而达到与暗光街灯相似的目的。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏电阻，数字电压表，电流（毫安）表，暗光街灯电路， 小灯泡（负载），万用表。 四、实验步骤： （一）光敏电阻特性测试 万用表 图 1.1 暗、 图 1.2 伏安 mA U I

(1) 光敏电阻的暗、亮电阻测定。如图3.1所示，用万用表从光敏电子两端测定它在不同光照条件下的电阻值，将测得的结果填入表格。 (2) 光敏电阻伏安特性测定。按图1.2所示连接各元件和单元，检查连接无误后，开启电源。用一挡光物（如黑纸片或瓶盖）遮住光敏电阻（视为全暗），分别接插不同的电压U 值（可调电压的获取：通过面板“电机控制1”或“电机控制2”的Vin 输入5V ，Vout 可输出如0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0， 4.5，5.0V 等不同电压值），利用电流表测定流过光敏电阻的电流值I ，数字电压表测定U 值。 改变光敏电阻的光照强度（如全暗、日光灯、手电筒、激光照射），重复测定I 与U 的关系，可得到图1.3所示的伏安特性关系曲线族。 (3) 分析上述测量结果， 进一步了解光敏电阻的光敏特性，掌握其中的变化规律。 光 照 状 况 全 暗 日光灯照射 手电筒斜照射 手电筒直照射 激光照射 光敏电阻值(k ) I U 图 1.3 光敏电 光照

实验讲义-光电效应-2013.9

实验4.3光电效应和普朗克常数的测量 1887年德国物理学家H.R.赫兹发现电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花。赫兹的论文《紫外光对放电的影响》发表在1887 年《物理学年鉴》上。论文详细描述了他的发现。赫兹的论文发表后，立即引起了广泛的反响，许多物理学家纷纷对此现象进行了研究，用紫外光或波长更短的X 光照射一些金属，都观察到金属表面有电子逸出的现象，称之为光电效应。 对光电效应现象的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光量子理论的建立和近代物理学的发展，现在光电效应以及根据光电效应制成的各种光电器件已被广泛地应用于工农业生产、科研和国防等各领域。 【实验目的】 ① 通过实验加深对光的量子性的认识； ② 验证爱因斯坦方程，并测量普朗克常数以及阴极材料的“红限”频率。 【实验原理】 一、光电效应及其实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，所产生的电子称为光电子。 研究光电效应的实验装置如图4.3.1所示，入射光照射到阴极K 时，由光电效应产生的光电子以某一初动能飞出，光电子受电场力的作用向阳极A 迁移而构成光电流。一定频率的光照射阴极K 所得到的光电流I 和两极间的电压U 的实验曲线如图4.3.2所示。随着光电管两端电压的增大,光电流趋于一个饱和值m I ，当U ≤S U 时，光电流为零，S U 称为反向遏止电压。 总结所有的实验结果，光电效应的实验规律可归纳为： （1） 对于一种阴极材料，当照射光的频率确定时，饱和光电流m I 的大小与入射光的强度 成正比。 图4.3.1光电效应实验装置示意图 0 U S U 图4.3.2 U ——I 特性曲线

光电探测实验报告

光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴

实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。

三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+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。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，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 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理：

大学物理实验 光电效应测量普朗克常量

实验题目:光电效应测普朗克常量 实验目的: 了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理: 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分 则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电 效应，逸出的电子称为光电子。 光电效应实验原理如图1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后， 光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。 当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv 2 2 1 (1） 每一光子的能量为hv ，光电子吸收了光子的能量hν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知:A mv hv 2 2 1 （2） 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v 0，ν0称为红限。 由式（1）和（2）可得：A U e hv 0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分 别做光源时，就有:A U e hv 11,A U e hv 22,…………,A U e hv n n ,

光电检测技术的现状及发展趋势

光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。 一、光电检测技术的概述 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 光电检测技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有高精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量等特点。 二、光电检测技术的发展现状

光电显示技术实验讲义

实验一有机发光器件（OLED）参数测量 一、实验目的： 1.了解有机发光显示器件的工作原理及相关特性； 2.掌握OLED性能参数的测量方法； 二、实验原理简介： 1979年，柯达公司华裔科学家邓青云（Dr. C. W. Tang）博士发现黑暗中的有机蓄电池在发光，对有机发光器件的研究由此开始，邓博士被誉为OLED之父。 OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。OLED用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。 图1：OLED结构示意图 与LCD相比，OLED具有主动发光，无视角问题，重量轻，厚度小，高亮度，高发光效率，发光材料丰富，易实现彩色显示，响应速度快，动态画面质量高，使用温度范围广，可实现柔软显示，工艺简单，成本低，抗震能力强等一系列的优点。 如果一个有机层用两个不同的有机层来代替，就可以取得更好的效果：当正极的边界层供应载流子时，负极一侧非常适合输送电子，载流子在两个有机层中间通过时，会受到阻隔，直至会出现反方向运动的载流子，这样，效率就明显提高了。很薄的边界层重新结合后，产生细小的亮点，就能发光。如果有三个有机层，分别用于输送电子、输送载流子和发光，效率就会更高。

为提高电子的注入效率，OLED阴极材料的功函数需尽可能的低，功函数越低，发光亮度越高，使用寿命越长。可以使用Ag 、Al 、Li 、Mg 、Ca 、In等单层金属阴极，也可以将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成合金阴极。如Mg: Ag（10: 1），Li:Al (0.6%Li)，功函数分别为3.7eV和3.2eV，合金阴极可以提高器件的量子效率和稳定性，同时能在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。此外还有层状阴极和掺杂复合型电极。层状阴极由一层极薄的绝缘材料如LiF, Li2O，MgO，Al2O3等和外面一层较厚的Al组成，其电子注入性能较纯Al电极高，可得到更高的发光效率和更好的I-V特性曲线。掺杂复合型电极将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间，可大大改善器件性能，其典型器件是ITO/NPD/AlQ/AlQ（Li）/Al，最大亮度可达30000Cd/m2，如无掺Li层器件，亮度为3400Cd/m2。 为提高空穴的注入效率，要求阳极的功函数尽可能高。作为显示器件还要求阳极透明，一般采用的有Au、透明导电聚合物（如聚苯胺）和ITO导电玻璃，常用ITO玻璃。 载流子输送层主要是空穴输送材料（HTM）和电子输运材料(ETM)。空穴输送材料（HTM）需要有高的热稳定性，与阳极形成小的势垒，能真空蒸镀形成无针孔薄膜。最常用的HTM均为芳香多胺类化合物，主要是三芳胺衍生物。TPD：N，N′-双（3-甲基苯基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺NPD: N，N′-双（1-奈基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺。电子输运材料(ETM)要求有适当的电子输运能力，有好的成膜性和稳定性。ETM一般采用具有大的共扼平面的芳香族化合物如8-羟基喹啉铝（AlQ），1，2，4一三唑衍生物（1，2， 4-Triazoles，TAZ）,PBD，Beq2，DPVBi等，它们同时又是好的发光材料。 OLED的发光材料应满足下列条件： 1）高量子效率的荧光特性，荧光光谱主要分布400-700nm可见光区域。 2）良好的半导体特性，即具有高的导电率，能传导电子或空穴或两者兼有。 3）好的成膜性，在几十纳米的薄层中不产生针孔。 4）良好的热稳定性。 按化合物的分子结构，有机发光材料一般分为两大类： 1) 高分子聚合物，分子量10000-100000，通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物，可用旋涂方法成膜，制作简单，成本低，但其纯度不易提高，在耐久性，亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。 2) 小分子有机化合物，分子量为500-2000，能用真空蒸镀方法成膜，按分子结构又分为两类：有机小分子化合物和配合物。 有机小分子发光材料主要为有机染料，具有化学修饰性强，选择范围广，易于提纯，量子效率高，可产生红、绿、蓝、黄等各种颜色发射峰等优点，但大多数有机染料在固态时存在浓度淬灭等问题，导致发射峰变宽或红移，所以一般将它们以低浓度方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中，主体材料通常与ETM和HTM层采用相同的材料。掺杂的有机染料，应满足以下条件： a. 具有高的荧光量子效率 b. 染料的吸收光谱与主体的发射光谱有好的重叠，即主体与染料能量适配，从主体到染料能有效地能量传递； c. 红绿兰色的发射峰尽可能窄，以获得好的色纯；

光电效应讲义

实验三 光电效应 【实验目的】 1. 加深对光的量子性的认识。 2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。 3. 测定光电管的伏安特性曲线。 【实验原理】 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。他认为光是一种微粒 — 光子；频率为ν 的光子具有能量h ν，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h =(6．6260755±0．0000040)×10-34 J ·s 。当金属中的电子吸收一个频率为ν 的光子时，便获得这光子的全部能量h ν，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有： W v m h m +=22 1ν (3.1) 上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m 是光 电子的质量和最大速度，221m v m 是光电子逸 出表面后所具有的最大动能．它说明光子能 量h ν小于W 时，电子不能逸出金属表面， 因而没有光电效应产生；产生光电效应的入 射光最低频率ν0=W ／h ，称为光电效应的极 限频率(又称红限)。不同的金属材料有不同 的逸出功，因而ν0也是不同的。 用光电管进行光电效应实验，测量普朗 克常数的实验原理如图3.1所示。图中K 为 图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E 为电源，R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 加正电势，K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速。当A 、K 之间所加电压U 足够大时，光电流达到饱和值I m ,当U ≤-U 0，并满足方程

光电探测实验报告

* * 光电探测技术 实验报告

* * 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴 实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。

二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 I kα =Φ Φ 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。 三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+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。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1

光电效应实验报告

佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓名 学 号 指导教师 成绩 日 期 年 月 日 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A ），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD 为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K 为光电管阴极，A 为光电管阳极；G 为微电流计；V 为电压表；R 为滑线 变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴 极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A 迁移形成光电流，由微电流计G 可以检测光电流的大小。调节R 可使A 、K 之间获得连续变化的电压AK U ，改变AK U ，测量出光电流I 的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。 图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的AK -I U 关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当AK 0U U ≤时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，称为截止电压。 图1 光电效应实验示意图

（2）当AK 0U U ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比，如图2(b)所示。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。 （4）截止电压0U 与频率v 的关系如图2(c)所示。0U 与ν成正比。当入射光频率低于某极限值0v （随 不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0v ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为910-秒的数量级。 2．爱因斯坦光电效应方程 上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗 克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为ν的光波，每个光子的能量为E h ν=，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 201 2 h m W νυ=+ （1） 式中，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，2 012 m υ为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系 2 0012 eU m υ= （2） 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加AK U 时I 再变化，光电流出现饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比。 光子的能量hv W <时，电子一次性吸收的能量不足以使之脱离金属，此时光强再大也没有光电流产生。因此产生光电效应的最低频率是0/v W h =，该频率称为截止频率。 3．普朗克常数的测量 将式（2）代入式（1）可得 0eU hv W =- （3） 此式表明，对于同一种金属而言，电子的逸出功是一定的，截止电压0U 是频率v 的线性函数，直线斜率k h e =，如图2(c)所示。因此，只要用实验方法得出不同的频率光照时对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h 。 爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。 四、实验内容与步骤 1．测试前的准备

光电测试技术复习资料汇编

PPT中简答题汇总 1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。施主能级和受主能级的定义及符号。答： 价带：原子中最外层电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带；E V(valence) 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带；E C(conduction) 禁带：导带与价带之间的能量间隔称为禁带。Eg(gap) 施主能级：易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态。E D(donor) 受主能级：容易获取电子的原子称为受主，受主获取电子的能量状态。E A( acceptor ) 2. 半导体对光的吸收主要表现为什么？它产生的条件及其定义。半导体对光的吸收主要表现为本 征吸收。 半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。 产生本征吸收的条件：入射光子的能量( h V要大于等于材料的禁带宽度E g 3. 扩散长度的定义。扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。多子和少子在扩散和漂移中的作用。 扩散长度：表示非平衡载流子复合前在半导体中扩散的平均深度。 扩散系数D (表示扩散的难易)与迁移率卩(表示迁移的快慢)的爱因斯坦关系式： D=(kT/q)卩kT/q为比例系数 漂移主要是多子的贡献，扩散主要是少子的贡献。 4. 叙述p-n 结光伏效应原理。 当P-N 结受光照时，多子( P 区的空穴，N 区的电子)被势垒挡住而不能过结，只有 少子( P 区的电子和N 区的空穴和结区的电子空穴对)在内建电场作用下漂移过结,这导致在N 区有光生电子积累，在P 区有光生空穴积累，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。 5. 热释电效应应怎样解释？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？ 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。因为在恒定光辐射作用下探测器的输出信号电压为零，既热释电探测器对未经调制的光辐射不会有响应。 6. 简述红外变象管和象增强器的基本工作原理。红外变象管：红外光通过光电导技术成象到光电导靶面上，形成电势分布图象，利用调制的电子流使荧光面发光。 象增强器：光电阴极发射的电子图像经电子透镜聚焦在微通道板上，电子图像倍增后在均匀电场作用下投射到荧光屏上。 7. 简述光导型摄像管的基本结构和工作过程 基本结构包括两大部分：光电靶和电子枪。工作过程：通过光电靶将光学图象转变成电学图象，电子枪发出的电子束对光电靶进行扫描，将电学图象转换成仅随时间变化的电信号(视频信号)传送出去。

THSGD-1安徽实验指导书光电检测

目录 目录 (1) 实验一发光二极管特性测试实验 (2) 实验二光敏电阻的特性测试实验 (3) 实验三光敏二极管的特性测量 (5) 实验四光敏三极管的特性测量 (8) 实验五硅光电池特性测试实验 (10) 实验六透射式光电开关 (12) 实验七反射式光电开关 (13) 实验八光照度传感器测光照度实验 (14) 实验九半导体激光器实验 (16) 实验十光耦实验 (18) 实验十一光电转速实验 (19) 实验十二光调制解调 (21) 实验十三热释电红外传感器检测实验 (22) 实验十四PSD位置测量实验 (23) 实验十五光纤温度传感器系统实验 (24) 实验十六光纤位移传感器实验 (26) 实验十七光纤压力传感器压力系统实验 (28)

一、实验目的 了解发光二极管的工作原理及基本特性。 二、实验仪器 电流表、光电器件/光开关实验模块、光功率/光照度计。 三、实验原理 某些半导体材料（如GaAs ）形成的PN 结正向偏置时空穴与电子在PN 结复合产生特定波长的光，发光的波长与半导体材料的能级间隙E g 有关。发光波长p λ可由下式确定： g p E hc /=λ (1-1) 式(1-1)中h 为普朗克常数，c 为光速。在实际的半导体材料中能级间隙E g 有一个宽度，因此发光二极管发出光的波长不是单一的，其发光波长宽度一般在25～40nm 左右，随半导体材料的不同而有差别。 发光二极管输出光功率P 与驱动电流I 的关系由下式确定： e I E P p /η= (1-2) 其中，η为发光量子效率，E p 为光子能量，e 为电子电荷常数。 从上式可见，输出光功率与驱动电流呈线性关系，当电流较大时由于PN 结不能及时散热，发光效率降低，LED 输出光功率趋向饱和。本实验用一个驱动电流可调的白色超高亮度发光二极管作为光源，驱动电流的调节范围为0～20毫安。 四、实验内容与步骤 １.如图1-1接线，将直流电流表和发光二极管串联接入LED “光源驱动”恒流源中，用专用连线连接硅光电池至光照度计。 图1-1 发光二极管特性测试实验接线图 ２.光照度计选择“2000Lx ”档（注意要调零），直流电流表选择“20mA ”档。 ３.将“电流调节”电位器逆时针旋到底，打开电源开关，顺时针旋转“电流调节”电位器，将电流表和光照度计的读数记入表1-1。 五、实验报告 1.根据表1-1的实验数据作出发光二极管的电流－光照关系曲线。 2.总结说明发光二极管的发光特性。