【正文】 圖2a光敏二極管的伏安特性曲線 圖2b 光敏二極管的光照特性曲線 3．光敏三極管圖3 光敏三極管原理圖在光敏二極管的基礎(chǔ)上，為了獲得內(nèi)增益，就利用晶體三極管的電流放大作用，用Ge或Si單晶體制造NPN或PNP型光敏三極管。光敏二極管基于這一原理。入射光消失，電子空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。改變照度則可以得到一簇伏安特性曲線。 2．光生伏特效應(yīng)在無光照時，半導(dǎo)體PN結(jié)內(nèi)部自建電場。 若光照射到某些半導(dǎo)體材料上時，透過到材料內(nèi)部的光子能量足夠大，某些電子吸收光子的能量，從原來的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，這時在外電場的作用下，流過半導(dǎo)體的電流會增大，即半導(dǎo)體的電導(dǎo)會增大，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)效應(yīng)。： 主機(jī)箱、 光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板 、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池、發(fā)光二極管、4位數(shù)顯萬用表DC 20mA電流檔（自備）。菜單欄中包括“文件” 、“查看” 、“工作” 、“參數(shù)設(shè)置”、“數(shù)據(jù)處理”、“工具”、“系統(tǒng)”、“窗口”和“幫助”菜單項(xiàng)。②為壓電陶瓷環(huán)，其特性是若在環(huán)的內(nèi)外壁上加一定數(shù)值的電壓，環(huán)的長度將隨之發(fā)生變化，而且長度的變化量與外加電壓的幅度成線性關(guān)系，這正是掃描干涉儀被用來掃描的基本條件。式中，μ是折射率，對氣體μ≈1；L是腔長；q是正整數(shù)。如果用某種激勵方式，將介質(zhì)的某一對能級間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，由于自發(fā)輻射和受激輻射的作用，將有一定頻率的光波產(chǎn)生，在腔內(nèi)傳播，并被增益介質(zhì)逐漸增強(qiáng)、放大，見圖1。 USB驅(qū)動程序的安裝USB接口是計(jì)算機(jī)和儀器之間數(shù)據(jù)交換的通道，在使用應(yīng)用程序之前要先安裝USB接口的驅(qū)動程序。 磁場強(qiáng)度角度變化/176。去掉磁光介質(zhì)，調(diào)整出射位置偏振片角度，使得出射光強(qiáng)最弱，記錄此時檢偏器刻度。自然旋光效應(yīng)是由晶體的微觀螺旋狀晶格結(jié)構(gòu)引起的，與光波傳播的正反向無關(guān)。磁場中某些非旋光物質(zhì)具有旋光性，該現(xiàn)象稱為“法拉第(Faraday)效應(yīng)”或“磁致旋光效應(yīng)”。調(diào)整光路同軸等高，使激光束按照一定角度入射聲光調(diào)制器晶體，保證激光束穿過晶體后出現(xiàn)清晰的衍射光斑在白紙上；觀察該布拉格衍射光斑，并通過測量01級衍射光斑的距離和晶體到白紙屏的距離計(jì)算衍射角。整個器件由鋁制外殼安裝。以上討論的是超聲行波對光波的衍射。在布拉格衍射條件下，一級衍射光的效率為 (15)式中， 為超聲波功率，和為超聲換能器的長和寬，為反映聲光介質(zhì)本身性質(zhì)的常數(shù)，為介質(zhì)密度，為光彈系數(shù)。上述的超聲衍射稱為拉曼－奈斯衍射，有超聲波存在的介質(zhì)起一平面位光柵的作用。與一般的光柵方程相比可知，超聲波引起的有應(yīng)變的介質(zhì)相當(dāng)于光柵常數(shù)為超聲波長的光柵。由于光速大約是聲速的倍，在光波通過的時間內(nèi)介質(zhì)在空間上的周期變化可看成是固定的。在各項(xiàng)異性介質(zhì)中，聲光相互作用可能導(dǎo)致入射光偏振狀態(tài)的變化，產(chǎn)生反常聲光效應(yīng)。聲光效應(yīng)為控制激光束的頻率、方向和強(qiáng)度提供了一個有效的手段。由(1)式計(jì)算填充因子。將單晶硅太陽能電池更換為多晶硅太陽能電池，重復(fù)測量步驟，并記錄數(shù)據(jù)。打開遮光罩。 圖6 伏安特性測量接線原理圖將電壓源調(diào)到0V，然后逐漸增大輸出電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，為得到所需的輸出電流，通常將若干電池單元并聯(lián)。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。若以輸出電壓為橫坐標(biāo)，輸出功率為縱坐標(biāo)，繪出的PV曲線如圖2點(diǎn)劃線所示。勢壘電場會使載流子向擴(kuò)散的反方向作漂移運(yùn)動，最終擴(kuò)散與漂移達(dá)到平衡，使流過PN結(jié)的凈電流為零。電壓/光功率表：通過“測量轉(zhuǎn)換”按鍵，可以測量輸入“電壓輸入”接口的電壓，或接入“光功率輸入”接口的光功率計(jì)探頭測量到的光功率數(shù)值。本實(shí)驗(yàn)研究單晶硅，多晶硅，非晶硅3種太陽能電池的特性。太陽能發(fā)電有兩種方式。太陽的光輻射可以說是取之不盡、用之不竭的能源。4．電源上的旋鈕順時針方向?yàn)樵鲆婕哟蟮姆较?，因此，電源開關(guān)打開前，所有旋鈕應(yīng)該逆時針方向旋轉(zhuǎn)到頭，關(guān)儀器前，所有旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到頭后再關(guān)電源。如改變直流偏壓的大小，則會聽到音樂的音質(zhì)有變化，說明音樂也有失真和不失真。工作點(diǎn)選定在曲線的直線部分，即U0=Uπ/2附近時是線性調(diào)制；工作點(diǎn)選定在曲線的極小值(或極大值)時，輸出信號出現(xiàn)“倍頻”失真；工作點(diǎn)選定在極小值(或極大值)附近時輸出信號失真，觀察時調(diào)制信號幅度不能太大，否則調(diào)制信號本身失真，輸出信號的失真無法判斷由什么原因引起的，把觀察到的波形描下來，并和前面的理論分析作比較。2）調(diào)制法晶體上直流電壓和交流信號同時加上，與直流電壓調(diào)到輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極小值或極大值對應(yīng)的電壓值時，輸出的交流信號出現(xiàn)倍頻失真，出現(xiàn)相鄰倍頻失真對應(yīng)的直流電壓之差就是半波電壓Uπ。4）只改變直流偏壓的大小時，干涉圖樣不旋轉(zhuǎn)，只是雙曲線分開的距離發(fā)生變化。調(diào)節(jié)起偏格蘭棱鏡和檢偏振片正交，且分別平行于x軸，y軸，放上電光晶體后各器件要細(xì)調(diào)，精細(xì)調(diào)節(jié)是利用單軸晶體的錐光干涉圖樣的變化完成的。晶體放在兩個正交的偏振片之間，起偏振片和晶體的x軸平行。1．晶體電光調(diào)制電源。對單色光和確定的晶體來說， Uπ為常數(shù)，因而T將僅隨晶體上所加的電壓變化。Uπ是描述晶體電光效應(yīng)的重要參數(shù)。其中電光調(diào)制器開關(guān)速度快、結(jié)構(gòu)簡單。加上電場后折射率橢球發(fā)生畸變，當(dāng)x軸方向加電場，光沿z軸方向傳播時，晶體由單軸晶變?yōu)殡p軸晶，垂直于光軸z軸方向的折射率橢球截面由圓變?yōu)闄E圓，此橢圓方程為 (5)其中的稱為電光系數(shù)。光在各向異性晶體中傳播時，因光的傳播方向不同或者是電矢量的振動方向不同，光的折射率也不同。3．觀察電光效應(yīng)所引起的晶體光學(xué)特性的變化和會聚偏振光的干涉現(xiàn)象。LD光譜特性實(shí)驗(yàn) 58實(shí)驗(yàn)九 光電倍增管特性測試 61實(shí)驗(yàn)十 雪崩光電二極管(APD)特性測試 68實(shí)驗(yàn)十一 激光衍射光強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn) 71實(shí)驗(yàn)十二 光纖溫度傳感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn) 78參考文獻(xiàn) 84實(shí)驗(yàn)一 晶體電光調(diào)制1．晶體電光調(diào)制電源 輸出正弦波調(diào)制幅度：0～300V連續(xù)可調(diào)，頻率1K 輸出直流偏置電壓：0～600V ,連續(xù)可調(diào)2．鈮酸鋰(LiNbO3)電光晶體 尺寸550mm 鍍銀電極3．HeNe激光器及可調(diào)電源 ，＜，電流連續(xù)可調(diào)4．可旋轉(zhuǎn)偏振片 最小刻度值1176。通?？蓪㈦妶鲆鸬恼凵渎实淖兓孟率奖硎荆簄 = n0 + aE0 +bE02+…… (1)式中a和b為常數(shù)，n0為不加電場時晶體的折射率。通常KD*P(磷酸二氘鉀)類型的晶體用它的縱向電光效應(yīng)，LiNbO3(鈮酸鋰)類型的晶體用它的橫向電光效應(yīng)。強(qiáng)度調(diào)制是根據(jù)光載波電場振幅的平方比例于調(diào)制信號，使輸出的激光輻射的強(qiáng)度按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。橫向電光調(diào)制　　　　　　　　　　　　　　　　 　圖 2圖2為典型的利用LiNbO3晶體橫向電光效應(yīng)原理的激光振幅調(diào)制器。由(17)式可知，如果使電極之間的距離d盡可能的減少，而增加通光方向的長度l，則可以使半波電壓減小，所以晶體通常加工成細(xì)長的扁長方體。④當(dāng)， 時，調(diào)制器的工作點(diǎn)雖然選定在線性工作區(qū)的中心，但不滿足小信號調(diào)制的要求，(19)式不能寫成(20)式的形式。通過前面板上的“調(diào)制信號”高頻插孔輸出的參考信號，接到雙蹤示波器的一個通道與被調(diào)制后的接收的光強(qiáng)信號比較，觀察調(diào)制器的輸出特性。PIN光電二極管把被調(diào)制了的氦氖激光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，輸入到電光調(diào)制電箱上，放大后的信號接到雙蹤示波器，同參考信號比較，觀察調(diào)制器的輸出特性。這一步調(diào)節(jié)很重要，調(diào)節(jié)的好壞，直接影響下一步的測量，因此，一定要耐心，仔細(xì)調(diào)節(jié)。加在晶體上的電壓在電源面板上的數(shù)字表讀出，每隔10V增大一次，再讀出相應(yīng)的數(shù)字表的讀數(shù)作為接收器接收到的光強(qiáng)值，數(shù)據(jù)填入下表。3）改變直流偏壓，選擇不同的工作點(diǎn)，觀察正弦波電壓的調(diào)制特性電源面板上的信號選擇開關(guān)撥到“調(diào)制”擋，機(jī)內(nèi)單一頻率的正弦波振蕩器工作，產(chǎn)生正弦信號，此信號經(jīng)放大后，加到晶體上，同時，通過面板上的“調(diào)制信號”孔，輸出此信號，把它接到雙蹤示波器的CH1上，作為參考信號。值得注意的是，不僅通過晶體上加直流偏壓可以改變調(diào)制器的工作點(diǎn)，也可以用1/4波片選擇工作點(diǎn)，其效果是一樣的，但這兩種方法的機(jī)理是不同的。2．電光晶體又細(xì)又長，容易折斷，電極是真空鍍的銀膜，操作時要注意，晶體電極上面的銅片不能壓的太緊或給晶體施加壓力，以免壓斷晶體。我國能源消費(fèi)以煤為主，CO2的排放量占世界的15%，僅次于美國，所以減少排放COSO2等溫室氣體，已經(jīng)成為刻不容緩的大事。太陽光輻射的能量非常巨大，從太陽到地球的總輻射功率比目前全世界的平均消費(fèi)電力還要大數(shù)十萬倍。太陽能發(fā)電有望在不久的將來在價(jià)格上可以與傳統(tǒng)電源競爭，太陽能應(yīng)用具有光明的前景。測試儀為實(shí)驗(yàn)提供電源，同時可以測量并顯示電流、電壓、以及光功率的數(shù)值。圖1 半導(dǎo)體PN結(jié)示意圖P型半導(dǎo)體中有相當(dāng)數(shù)量的空穴，幾乎沒有自由電子。負(fù)載斷開時測得的最大電壓VOC稱為開路電壓。圖3 不同光照條件下的IV曲線硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性及提高轉(zhuǎn)換率，無疑是太陽能電池的主要發(fā)展方向之一。用遮光罩罩住太陽能電池。表1 3種太陽能電池的暗伏安特性測量電壓(V)電流(mA)單晶硅多晶硅非晶硅8765432103以電壓作橫坐標(biāo)，電流作縱坐標(biāo)，根據(jù)表1畫出三種太陽能電池的伏安特性曲線。將光功率探頭換成單晶硅太陽能電池，測試儀設(shè)置為“電壓表”狀態(tài)。在一定光照強(qiáng)度下(將滑動支架固定在導(dǎo)軌上某一個位置)，分別將三種太陽能電池板安裝到支架上，通過改變電阻箱的電阻值，記錄太陽能電池的輸出電壓V和電流I,并計(jì)算輸出功率PO=VI，填于表3中。實(shí)驗(yàn)三 晶體的聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)聲光效應(yīng)是指光通過某一受到超聲波擾動的介質(zhì)時發(fā)生衍射的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是光波與介質(zhì)中聲波相互作用的結(jié)果。有超聲波傳播的介質(zhì)如同一個相位光柵。圖1聲光衍射設(shè)聲光介質(zhì)中的超聲行波是沿方向傳播的平面縱波，其角頻率為，波長為波矢為。 設(shè)入射面上的光振動為，為常數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)。當(dāng)為整數(shù)時。此時有超聲波存在的介質(zhì)起體積光柵的作用。超聲頻移器在計(jì)量方面有重要應(yīng)用，如用于激光多普勒測速儀。驅(qū)動電源產(chǎn)生150MHz頻率的射頻功率信號加入聲光調(diào)制器，壓電換能器將射頻功率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌盘?，?dāng)激光束以布拉格角度通過時，由于聲光互作用效應(yīng)，激光束發(fā)生衍射（如圖3），這就是布拉格衍射效應(yīng)。(1).用高頻電纜將聲光器件和驅(qū)動電源“輸出”端聯(lián)接； (2).接上+24V的直流工作電壓。圖7 晶體的聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝配圖簡述聲光效應(yīng)。該現(xiàn)象稱為磁致旋光（法拉第）效應(yīng)，是磁光效應(yīng)的一種形式。 按照晶體的磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光路圖搭建光路。/m ，理解光譜精度，光譜分辨率的計(jì)算；在上圖中，1是接受器，應(yīng)與端口7相連接；2是掃描干涉儀，應(yīng)與端口6相連接；3是氦氖激光器，應(yīng)與電源4相連接；5是儀器的總電源；8是USB接口，通過USB線與電腦相連接。只有頻率落在展寬范圍內(nèi)的光在介質(zhì)中傳播時，光強(qiáng)將獲得不同程度的放大。在本實(shí)驗(yàn)中，它起著關(guān)鍵作用。掃描干涉儀有兩個重要的性能參數(shù)，即自由光譜范圍和精細(xì)常數(shù)，下面對他們進(jìn)行討論。1. 按照裝置圖連接線路，經(jīng)檢查無誤，方可接通. 要注意的是要用USB線的一端連接到實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌的USB接口，.2. 打開導(dǎo)軌上的總開關(guān)，打開激光器的開關(guān)，點(diǎn)燃激光器.3. 調(diào)整光路，首先使激光束從光闌小孔通過，調(diào)整掃描干涉儀上下、左右位置，使光束正入入射孔中心，再細(xì)調(diào)干涉儀板架上的兩個方位螺絲，以使從干涉儀腔鏡反射的最亮的光點(diǎn)回到光闌小孔的中心附近（注意不要穿過光闌小孔入射激光器），這時表明入射光束和掃描干涉儀的光軸基本重合.4. 將放大器的接收部位對準(zhǔn)掃描干涉儀的輸出端.5. 接通放大器、鋸齒波發(fā)生器.6. 〉測量或者F5鍵，或者工具條上的按鈕，彈出在這里，可以點(diǎn)擊“采集參數(shù)設(shè)置”按鈕來設(shè)置采集參數(shù).設(shè)置后點(diǎn)擊開始采集，則顯示出來采集到的鋸齒波和接收器接收到的光強(qiáng)譜線類似：然后點(diǎn)擊“確定”按鈕退回到工作界面.圖形較小的情況下，可以用拖放鼠標(biāo)進(jìn)行放大. 進(jìn)一步細(xì)調(diào)干涉儀的方位螺絲，使得譜線盡量強(qiáng),噪聲很小.改變鋸齒波輸出電壓的峰值,看示波器上干涉序的數(shù)目的變化(電壓的峰值越高,出現(xiàn)的干涉序的數(shù)目越多),將峰值固定在某一值(一般在100到140之間),調(diào)整鋸齒波的前后沿，得到一個較長的直線部分，例如下圖中的X曲線，上升部分代表鋸齒波電壓呈直線上升，調(diào)整鋸齒波的幅度，使鋸齒波直線段看到清楚且容易分辨的兩個或者三個干涉序,，是前面的重復(fù)，且較密集，所以不加考慮.根據(jù)干涉序的個數(shù)和頻譜的周期性,.根據(jù)自由光譜范圍的定義，確定它所對應(yīng)的頻率間隔（即哪兩條譜線間隔為△ ?）.在上圖中譜線1與譜線5，譜線2與譜線6，譜線3與譜線7，,可以對時間軸增幅,并且計(jì)算平均值,以較準(zhǔn)確的測出與△（因?yàn)樵诤竺娴挠?jì)算中要用到的是比例值，所以沒有必要求出具體的頻率差值△，用x通道的電壓差值來代替即可,又由于其線性的特性,又可以用橫軸上的時間差值來代替,在這里采用后者為例）,對于上圖,讀出各個的峰的橫坐標(biāo)值分別是