華中科技大學(xué)光探試驗(yàn)一

1、實(shí)驗(yàn)一、光源與光度輻射度參數(shù)的測量1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握實(shí)驗(yàn)中所用光源(白色，紅色，藍(lán)色，綠色的LED燈)的發(fā)光特性；(2)掌握光電綜合實(shí)驗(yàn)臺的用法，為以后的實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備；(2)對光源照度和相應(yīng)的電流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)與測量，熟悉并總結(jié)各種LED燈光源照度和相應(yīng)的電流強(qiáng)度的關(guān)系；(3)測量LED燈與探測器不同距離時(shí)的電流強(qiáng)度和光源照度的相關(guān)關(guān)系。(4)測量相同電流下，LED光照度Ev與距離L的關(guān)系。2 .實(shí)驗(yàn)儀器光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺主機(jī)系統(tǒng)1臺；發(fā)白光的LED平行光源(遠(yuǎn)心照明光源)及其夾持裝置各1個(gè)；3 .實(shí)驗(yàn)原理(2) LED的發(fā)光原理光電技術(shù)中的光源已經(jīng)逐漸被LED發(fā)光二極管光源所替代。LED發(fā)光二極

2、管為PN結(jié)在正向偏置下發(fā)光的特性。有些材料構(gòu)成的PN結(jié)在正向電場的作用下，電子與空穴在擴(kuò)散過程中要產(chǎn)生復(fù)合。復(fù)合過程中電子從高能級的“導(dǎo)帶”跌落至低能級的“價(jià)帶”，電子在跌落過程中若以輻射的形式釋放出多余的能量，則將產(chǎn)生發(fā)光或發(fā)輻射的現(xiàn)象。如圖1所示，為注入式LED能帶結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)中的電子從導(dǎo)帶跌入到價(jià)帶時(shí)以輻射的方式釋放出多余的能量。它將發(fā)出峰值波長Am的輻射式中，Eg為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度。(1)：1.pooddoo11Ht圖1注入式LED能代結(jié)構(gòu)目前，已有發(fā)各種“單色”光譜的發(fā)光二極管（LED）。若在發(fā)藍(lán)光的發(fā)光二極管上涂熒光物質(zhì)，由于藍(lán)光LED的光譜能量很強(qiáng)，熒光物質(zhì)將其轉(zhuǎn)換成含有各

3、種光譜成分的光譜集合，表現(xiàn)為發(fā)出復(fù)合波長的“白光”。常稱其為白光發(fā)光二極管。如圖2所示，LED發(fā)光二極管發(fā)出的光亮度L與流過LED的電流強(qiáng)度I成正比。因此，可以通過控制電流來控制（或調(diào)整）發(fā)光二極管的亮度，即可以通過改變發(fā)光管的電流改變投射到探測器表面上的照度，這就是LED光源具有的易調(diào)整性。利用它的易調(diào)特性很容易設(shè)計(jì)出電光調(diào)制器，光纖通訊技術(shù)中常用LED的這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)長距離的通訊。icr1itoioo:菊一。洲mA/cm5卜圖2亮度與電流密度的關(guān)系另外，發(fā)光二極管屬于半導(dǎo)體發(fā)光光源，它具有體積小、發(fā)光效率高、壽命長、發(fā)光強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于測量儀器與照明燈的光源。也被我們選為光電

4、實(shí)驗(yàn)平臺的光源。(3)光度參數(shù)與輻射度參數(shù)光源發(fā)出的光或物體反射光的能量計(jì)算通常是用“通量”、“強(qiáng)度”、“出射度”和“亮度”等參數(shù)，而對于探測器而言，常用“照度”參數(shù)。測量探測器表面的照度是十分重要的問題，許多實(shí)際問題常需要通過對照度的測量來分析或計(jì)算其他參數(shù)。為此主要討論照度參數(shù)。輻照度或光照度均為單位探測器表面所接收的輻射通量或光通量。即E=(WmbS冢E=幺g*S式中S為探測器的面積。上式也是通過測量照度來測量光源功率的公式。(4)點(diǎn)光源照度與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)從所周知，各向同性的點(diǎn)光源發(fā)出的光所產(chǎn)生的照度與發(fā)光強(qiáng)度Iv成正比,與方向角的余弦（COS4）成正比，與距離光源的距離平方（l2

5、）成反比。既可由下式表示4.實(shí)驗(yàn)步聚從實(shí)驗(yàn)平臺備件箱中取出各種單色的LED發(fā)光管與通用實(shí)驗(yàn)裝置，把LED發(fā)光二極管插入通用實(shí)驗(yàn)裝置，構(gòu)成如圖3所示的LED光源和照度計(jì)探測頭與LED光源相對安裝在一起，在光學(xué)平臺上構(gòu)成實(shí)驗(yàn)測量裝置，可以用照度對LED的發(fā)光特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是必須注意，照度的概念是探測表面光照特性的描述，它與距離LED光源的距離有關(guān)，因此，必須注意這一特性。將LED的引線和電流表按著如圖4所示的發(fā)光管發(fā)光特性實(shí)驗(yàn)電路。在測量電路中用50a固定阻值電阻與1k電位器相連接，便于調(diào)整流過LED發(fā)光管的電流Iled。在發(fā)光二極管的供電電路中串入數(shù)字，電流表測量流過LED的電流Iled。平臺

6、上提供了自動(dòng)切換量程的數(shù)字照度計(jì)，可以直讀出不同工作電流下LED發(fā)出的光照度。圖3LED光源和照度計(jì)探頭打開實(shí)驗(yàn)平臺的電源開關(guān)，在發(fā)光管未點(diǎn)亮?xí)r測出暗背景照度Evb；然后，通過串入發(fā)光二極管的1kQ電位器調(diào)節(jié)發(fā)光電流ILED,記錄不同發(fā)光電流ILED下的光照度Ev,將其填入表1;改變LED與光電探測頭間的距離，再重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)變化的原因。將LED與光電探測頭間的距離L鎖定，找出電流ILED與照度間Ev的關(guān)系。圖4LED實(shí)驗(yàn)電路6）光照特性（發(fā)光強(qiáng)度測量）實(shí)驗(yàn)步驟 將如圖3所示的LED實(shí)驗(yàn)裝置安裝在GDS-IV型光電綜合實(shí)驗(yàn)平臺的導(dǎo)軌的一端（左端），并將其連線插入到左側(cè)電源插孔中，使

7、其發(fā)出穩(wěn)定的光強(qiáng)； 將平臺提供的照度計(jì)探頭安裝在右側(cè)導(dǎo)軌上，將其連線插頭插入中部插座內(nèi)，與照度計(jì)連接，測量LED發(fā)出的照度； 測量出照度計(jì)探頭與LED光源之間的距離1,然后將遮光罩扣在平臺導(dǎo)軌上方，使外接環(huán)境光不能影響測量結(jié)果，測出此時(shí)的照度; 重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟測量3個(gè)位置（11、12、13）所對應(yīng)的照度（El、E2、E3）值，由于照度計(jì)探頭垂直于LED的主光線，既COS。=1,測量出3個(gè)已知距離下的照度值不難依據(jù)式（2.1-7）計(jì)算出光源的發(fā)光強(qiáng)度Iv值。5 .關(guān)機(jī)與結(jié)束 所測的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)曲線）保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則應(yīng)重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī)； 將

8、實(shí)驗(yàn)平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱； 將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好，再請指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開實(shí)驗(yàn)室。6 .數(shù)據(jù)記錄藍(lán)光1(mA)00.1640.1810.1890.2000.2100.237Ev(lx)018.0519.6020.822.023.626.1L(cm)102030Ev(lx)7.091.2770.166紅光1(mA)00.1810.1960.2070.2250.2410.261Ev(lx)00.3910.4550.4910.5700.6420.711L(cm)102030Ev(lx)0.0460.0230.017綠兒1(mA)00.1690.1800.1890.2000.2130.235Ev(lx)015.5616.6417.4218.6719.9121.40L(cm)102030Ev(lx)2.150.2680.1207 .實(shí)驗(yàn)圖像根據(jù)分析電流Iled與照度Ev成正比。計(jì)算出發(fā)光強(qiáng)度IV。并畫出電流Iled與發(fā)光強(qiáng)度EV的曲線圖EV(LX)藍(lán)光30I25EV(LX)紅光IEv(lx)綠光00.050.10.150.20.25EV(L)藍(lán)光LEV(L)紅光LEV(L)綠光8 .實(shí)驗(yàn)小結(jié)本次實(shí)驗(yàn)中，我們組的照度計(jì)線頭有問題，很大可能是電線接觸不良，在老師幫忙重新焊接