【正文】 3.“工作”菜單 測量 開始采集數(shù)據(jù)點，快捷鍵是F5校準電壓 點擊后彈出如下對話框,可根據(jù)說明進行調(diào)整校 數(shù)字示波器 點擊后彈出如下對話框,可根據(jù)說明進行操作4.“參數(shù)設置”菜單 這個菜單里可以進行一些設置,如顯示模式等,也可以讓數(shù)據(jù)點都在曲線上顯示出來. 5.“數(shù)據(jù)處理”菜單 這個菜單里對應一些命令,可以對原始數(shù)據(jù)進行各種處理,如傅氏變換等,可以根據(jù)需要進行不同的選擇. 6.“工具”菜單 依靠這個菜單里的命令,可以調(diào)出系統(tǒng)中的計算器及記事本,進行計算及做一些紀錄. 7.“系統(tǒng)”菜單 依靠這個命令可以將系統(tǒng)復位.8.“窗口”菜單 在這里可以新建窗口,重新排列已有的窗口. 9. “幫助”菜單 在這里可以調(diào)出幫助文件,還可以看到版本信息. 工具欄 軟件在工作界面上提供了兩條快捷工具欄，快捷工具欄由一組工作按鈕組成，分別對應某些菜單項或菜單命令的功能，用戶只需用鼠標左鍵單擊按鈕，. 工作區(qū)工作區(qū)是用戶繪制、瀏覽、編輯譜線的區(qū)域，工作區(qū)可同時顯示幾組曲線 狀態(tài)欄狀態(tài)欄用來顯示當前的工作狀態(tài)。另外，當定點設備指向某一菜單項或按鈕時，會在狀態(tài)欄顯示相應的功能說明,并且可以顯示曲線上某一點的橫縱坐標值.按照裝置圖連接線路，經(jīng)檢查無誤，方可接通. 打開導軌上的總開關(guān)，打開激光器的開關(guān)，點燃激光器.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.將放大器的接收部位對準掃描干涉儀的輸出端.接通放大器、鋸齒波發(fā)生器、示波器的電源開關(guān).觀察示波器上展現(xiàn)的頻譜圖,進一步細調(diào)干涉儀的方位螺絲,使譜線盡量強,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,能看到清楚且容易分辨的兩個干涉序即可),確定示波器上展現(xiàn)的干涉序的個數(shù).根據(jù)干涉序的個數(shù)和頻譜的周期性,確定哪些模屬于同一k序.根據(jù)自由光譜范圍的定義，確定它所對應的頻率間隔（即哪兩條譜線間隔為△ ?）.為了減小測量誤差,需要對x軸增幅,測出與△,計算出二者比值—每厘米代表的頻率間隔值.在同一干涉序k中觀測,根據(jù)縱模定義對照頻譜特征,確定縱模的個數(shù),并測出縱模頻率間隔△v△q=,檢查辨認和測量的值是否準確.1根據(jù)橫模地頻率頻譜特征,在同一干涉序k內(nèi)有幾個不同的橫模,并測出不同的橫模頻率間隔△v△m+△,(24),解出△m+△n的值.1確定橫軸頻率增加的方向,以便確定在同一q縱模序中哪個模是高階橫模,哪個是低階橫模,及它們間的強度關(guān)系.1用白屏在遠處接收激光，這時看到的應是所有橫模的疊加圖，還需要結(jié)合圖24中單一橫模的形狀加以辨認，以便確定每個橫模的模序m,n值.1通過對兩支不通模式狀況的激光器進行觀測，總結(jié)出模式分析的基本方法. 本實驗裝置也可以用軟件控制采集并且觀察數(shù)據(jù)。其實驗內(nèi)容與步驟和用示波器觀測大同小異，只是用軟件觀測可以更準確的測量各個數(shù)值。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線的一端連接到實驗導軌的USB接口，.2. 打開導軌上的總開關(guān)，打開激光器的開關(guān)，點燃激光器.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，可以點擊“采集參數(shù)設置”按鈕來設置采集參數(shù).設置后點擊開始采集，則顯示出來采集到的鋸齒波和接收器接收到的光強譜線類似：然后點擊“確定”按鈕退回到工作界面.圖形較小的情況下，可以用拖放鼠標進行放大. 進一步細調(diào)干涉儀的方位螺絲，使得譜線盡量強,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，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,并且計算平均值,以較準確的測出與△（因為在后面的計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值分別是:t1=, t2= ,t3=,t4=,t5=,t6=,t7=,t8=.計算出△ .在同一干涉序k中觀測,根據(jù)縱模定義對照頻譜特征,確定縱模的個數(shù),并測出縱模頻率間隔△v△q=,可以知道在干涉序k中的縱模有兩個,△v△q=1f就是峰1和峰3對應的頻率間隔,.△ v△q=1f = (|t1t3| / ) * △ = ( || / )* 4GHz ≈其理論值為 c / 2L ≈ .其中c為真空光速，L是激光器諧振腔的長度,對于我們配套的激光器來說，L=246mm.1根據(jù)橫模地頻率頻譜特征,在同一干涉序k內(nèi)有幾個不同的橫模,并測出不同的橫模頻率間隔△v△m+△,，可以看出每個縱模序中有2個橫模，:△ v(1,2) = ( |t1t2| / )* △ = （|| / ） * 4GHz≈ 當式5中△m+△n=1時，將各個數(shù)值代入，可以得到△ v△m+△n=1 = △v△q=1 { 1/π(△m+△n)arc cos[(1L/R1)(1L/R2)]1/2 } ≈ * ≈ 與△v(1,2)相比較,可知峰1和峰2是橫模序數(shù)相差1，即△m+△n=1，而且相配套激光器具有基橫模，所以橫模中一個是TEM00k ,另一個是TEM01k (或者是TEM10k，二者無本質(zhì)區(qū)別) .在這里要說明的是，由于激光器的關(guān)系和各種誤差的原因，造成橫模頻率間隔和縱模頻率間隔的測量值與理論值有一定的出入，但只要在20MHz之內(nèi)就可以被接受.1確定橫軸頻率增加的方向,以便確定在同一q縱模序中哪個模是高階橫模,哪個是低階橫模,，隨時間增長，鋸齒波電壓變大，干涉儀的諧振腔變長，在K序中，峰2對應的波長大于峰1對應的波長，所以峰2對應的頻率小于峰1對應的頻率，結(jié)合11步中的結(jié)論，可以知道峰1對應的模式是TEM01k ,峰2對應的模式是TEM00k .要說明的是，圖中峰的高度對應光強，去處誤差的原因，還可以說明不一定是基橫模的光強最強，頻率高低是判斷橫模的決定條件.1如果用的不是配套的激光器，那么用白屏在遠處接收激光，這時看到的應是所有橫模的疊加圖，還需要結(jié)合圖24中單一橫模的形狀加以辨認，以便確定每個橫模的模序m,，不容易判斷出是哪些橫模疊加，所以往往不容易判斷每個橫模的模序.1通過對兩支不通模式狀況的激光器進行觀測，總結(jié)出模式分析的基本方法.實驗六　光敏元件特性實驗 實驗目的：1．了解光敏電阻的光照特性和伏安特性；2．了解光敏二極管工作原理及光生伏特效應。3．了解光敏三極管結(jié)構(gòu)、性能和VI特性。4．了解光電池的光照特性，熟悉其應用。： 主機箱、 光電器件實驗（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）。 實驗原理： 光敏元件的物理基礎是光電效應，在光輻射作用下電子逸出材料的表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射稱為外光電效應，或光電子發(fā)射效應，基于這種效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。電子并不逸出材料表面的則是內(nèi)光電效應。光電導效應、光生伏特效應則屬于內(nèi)光電效應。即半導體材料的許多電學特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應通常分為外光電效應和內(nèi)光電效應兩大類，幾乎大多數(shù)光電控制應用的元件都是此類，通常有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等。1．光電導效應 若光照射到某些半導體材料上時，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)變成導電的自由態(tài)，這時在外電場的作用下，流過半導體的電流會增大，即半導體的電導會增大，這種現(xiàn)象叫光電導效應。它是一種內(nèi)光電效應。 光電導效應可分為本征型和雜質(zhì)型兩類。前者是指能量足夠大的光子使電子離開價帶躍入導帶，價帶中由于電子離開而產(chǎn)生空穴，在外電場作用下，電子和空穴參與電導，使電導增加。雜質(zhì)型光電導效應則是能量足夠大的光子使施主能級中的電子或受主能級中的空穴躍遷到導帶或價帶，從而使電導增加。雜質(zhì)型光電導的長波限比本征型光電導的要長的多。 2．光生伏特效應在無光照時，半導體PN結(jié)內(nèi)部自建電場。當光照射在PN結(jié)及其附近時，在能量足夠大的光子作用下，在結(jié)區(qū)及其附近就產(chǎn)生少數(shù)載流子（電子、空穴對）。載流子在結(jié)區(qū)外時，靠擴散進入結(jié)區(qū)；在結(jié)區(qū)中時，則因電場E的作用，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)，結(jié)果使N區(qū)帶負電荷，P區(qū)帶正電荷，產(chǎn)生附加電動勢，此電動勢稱為光生電動勢，此現(xiàn)象稱為光生伏特效應。 本實驗主要是研究光敏電阻、硅光電池、光敏二極管、光敏三極管四種光敏元件的基本特性。光敏元件的基本特性則包括：伏安特性、光照特性等。其中光敏元件在一定的入射照度下，光敏元件的電流與所加電壓U之間的關(guān)系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一簇伏安特性曲線。它是光敏元件應用設計時選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。光敏元件的光譜靈敏度與入射光強之間的關(guān)系稱為光照特性，有時光敏元件的輸出電壓或電流與入射光強之間的關(guān)系也稱為光照特性，它也是光敏元件應用設計時選擇參數(shù)的重要依據(jù)之一。掌握光敏元件基本特性的測量方法，為合理應用光敏元件打好基礎。1．光敏電阻光敏電阻又稱光導管, 它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子—空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。光敏電阻沒有極性, 純粹是一個電阻器件, 使用時既可加直流電壓, 也可以加交流電壓。無光照時, 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時, 它的阻值（亮電阻）急劇減少, 電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好, 亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。 圖1a光敏電阻的伏安特性曲線 圖1b 光敏電阻的光照特性曲線2．光敏二極管原理所謂光敏二極管其實是一種PN結(jié)型半導體的光電器件，它的PN結(jié)面積一般比普通的二極管要大。當入射光子在本征半導體的pn結(jié)及其附近產(chǎn)生電子—空穴對時，光生載流子受勢壘區(qū)電場作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。電子和空穴分別在n區(qū)和p區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動勢，這稱為光生伏特效應，簡稱光伏效應。光敏二極管基于這一原理。沒有光照時，光敏二極管則呈現(xiàn)出很大的反向電阻，可高達兆歐姆，只有少數(shù)載流子在反向偏壓作用下流過PN結(jié)，形成極其微小的暗電流（反向飽和電流）。在有光照射時，PN結(jié)附近則受到光子的轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子（空穴對）。由于電場作用，在耗盡層中產(chǎn)生的電子向N+區(qū)移動，并在擴散長度以內(nèi)的電子、空穴也擴散到PN結(jié)兩側(cè)，然后在電場的作用下分別通過耗盡層移向N+和P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流極大增加，這就形成了光電流。光電流通過外加負載的電阻后產(chǎn)生的電壓信號輸出。并且光電流和照度基本成線性關(guān)系。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，PN結(jié)的結(jié)深比普通二極管淺，為了防止光的反射，減小暗電流和提高器件的穩(wěn)定性，在器件表現(xiàn)必須涂上一層防反射層。光敏二極管在電路中工作在呈現(xiàn)反向狀態(tài)。 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。其結(jié)構(gòu)使用電路及等效電路如下圖所示。光敏三極管可以等效一個光電二極管與另一個一般晶體管基極和集電極并聯(lián) ：集電極基極產(chǎn)生的電流，輸入到三極管的基極再放大。不同之處是，集電極電流（光電流）由集電結(jié)上產(chǎn)生的iφ控制。集電極起雙重作用；把光信號變成電信號起光電二極管作用；使光電流再放大起一般三極管的集