华中科技大学光探实验一

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1、实验一、光源与光度辐射度参数的测量1.实验目的（1）掌握实验中所用光源（白色，红色，蓝色，绿色的LED灯）的发光特性；（2）掌握光电综合实验台的用法，为以后的实验做准备；（2）对光源照度和相应的电流强度的调节与测量，熟悉并总结各种LED灯光源照度和相应的电流强度的关系；(3)测量LED灯与探测器不同距离时的电流强度和光源照度的相关关系。（4）测量相同电流下，LED光照度Ev与距离L的关系。2.实验仪器①光电综合实验平台主机系统1台；②发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；3.实验原理（2）LED的发光原理光电技术中的光源已经逐渐被LED发光二极管光源所替

2、代。LED发光二极管为PN结在正向偏置下发光的特性。有些材料构成的PN结在正向电场的作用下，电子与空穴在扩散过程中要产生复合。复合过程中电子从高能级的“导带”跌落至低能级的“价带”，电子在跌落过程中若以辐射的形式释放出多余的能量，则将产生发光或发辐射的现象。如图1所示，为注入式LED能带结构，扩散运动中的电子从导带跌入到价带时以辐射的方式释放出多余的能量。它将发出峰值波长λm的辐射式中，Eg为半导体材料的禁带宽度。（1）图1注入式LED能代结构目前，已有发各种“单色”光谱的发光二极管（LED）。若在发蓝光的发光二极管上涂荧光物质，由于蓝光LED的光谱能量很强，荧光物质将其转

3、换成含有各种光谱成分的光谱集合，表现为发出复合波长的“白光”。常称其为白光发光二极管。如图2所示，LED发光二极管发出的光亮度L与流过LED的电流强度I成正比。因此，可以通过控制电流来控制（或调整）发光二极管的亮度，即可以通过改变发光管的电流改变投射到探测器表面上的照度，这就是LED光源具有的易调整性。利用它的易调特性很容易设计出电光调制器，光纤通讯技术中常用LED的这个特性实现长距离的通讯。图2亮度与电流密度的关系另外，发光二极管属于半导体发光光源，它具有体积小、发光效率高、寿命长、发光强度易于调节等特点，被广泛应用于测量仪器与照明灯的光源。也被我们选为光电实验平台的光源

4、。（3）光度参数与辐射度参数光源发出的光或物体反射光的能量计算通常是用“通量”、“强度”、“出射度”和“亮度”等参数，而对于探测器而言，常用“照度”参数。测量探测器表面的照度是十分重要的问题，许多实际问题常需要通过对照度的测量来分析或计算其他参数。为此主要讨论照度参数。辐照度或光照度均为单位探测器表面所接收的辐射通量或光通量。即式中S为探测器的面积。上式也是通过测量照度来测量光源功率的公式。（4）点光源照度与发光强度的关系实验从所周知，各向同性的点光源发出的光所产生的照度与发光强度Iv成正比，与方向角的余弦（COSφ）成正比，与距离光源的距离平方(l2)成反比。既可由下式表

5、示4.实验步聚从实验平台备件箱中取出各种单色的LED发光管与通用实验装置，把LED发光二极管插入通用实验装置，构成如图3所示的LED光源和照度计探测头与LED光源相对安装在一起，在光学平台上构成实验测量装置，可以用照度对LED的发光特性进行实验。但是必须注意，照度的概念是探测表面光照特性的描述，它与距离LED光源的距离有关，因此，必须注意这一特性。将LED的引线和电流表按着如图4所示的发光管发光特性实验电路。在测量电路中用50Ω固定阻值电阻与1kΩ电位器相连接，便于调整流过LED发光管的电流ILED。在发光二极管的供电电路中串入数字，电流表测量流过LED的电流ILED。平台

6、上提供了自动切换量程的数字照度计，可以直读出不同工作电流下LED发出的光照度。图3LED光源和照度计探头打开实验平台的电源开关，在发光管未点亮时测出暗背景照度Evb；然后，通过串入发光二极管的1kΩ电位器调节发光电流ILED，记录不同发光电流ILED下的光照度Ev，将其填入表1；改变LED与光电探测头间的距离，再重复进行上述实验，分析数据变化的原因。将LED与光电探测头间的距离L锁定，找出电流ILED与照度间Ev的关系。图4LED实验电路6）光照特性（发光强度测量）实验步骤①将如图3所示的LED实验装置安装在GDS-Ⅳ型光电综合实验平台的导轨的一端（左端），并将其连线插入到

7、左侧电源插孔中，使其发出稳定的光强；②将平台提供的照度计探头安装在右侧导轨上，将其连线插头插入中部插座内，与照度计连接，测量LED发出的照度；③测量出照度计探头与LED光源之间的距离l，然后将遮光罩扣在平台导轨上方，使外接环境光不能影响测量结果，测出此时的照度；①重复实验步骤③测量3个位置（l1、l2、l3）所对应的照度（E1、E2、E3）值，由于照度计探头垂直于LED的主光线，既COSφ=1，测量出3个已知距离下的照度值不难依据式（2.1-7）计算出光源的发光强度IV值。5.关机与结束①所测的数据及实验结果（包括