实验1.1  半导体光源发光光谱特性的测量

1. 实验目的

利用棱镜、光栅等器件对白色发光二管发出的光进行分光的测量，观测分光后的光谱分布，为后面学习MXY8301  LED/LD光谱分布测试仪做技术准备。

2. 实验器材

①　光电平台主机1台；

②　60°分光棱镜（色散棱镜）及其支架各1个；

③　焦距f =50mm的透镜及其支架1只；

④　600条线/mm光栅及其夹持装置各1个；

⑤　发白光的平行光源及其支撑杆各1个；

⑥　可调狭缝及支撑杆各1个；

⑦　像屏及支撑杆各1个；

⑧　磁性表座4个；

3. 实验步聚

1）棱镜分光实验

先取出实验所要用到的器材，按照如图1.1-1所示结构搭建光学系统（将光学器件的几何中心调整到同一个水平线上，再分开放置），先将白色平行光源安装固定到光学平台上，将光源的电源线分别插入到平台的+12V与GND上（注意其性，黄插头接+12V）。然后合上光电平台的电源开关，白色平行光源被点亮，光源发出一束白色平行光。在光路中插入可调宽度的狭缝，使白色平行光通过狭缝形成一条很窄的白光带。再将分光棱镜安装在狭缝的后面，使得从狭缝出射的窄带白光以一定的入射角度投射到分光棱镜的一个工作面上，旋转分光棱镜的角度，改变白光的入射角，彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去，将像屏安装在棱镜的后面，移动像屏位置，观察窄带白光被分成彩色光带的现象。若像屏位置合适，在像屏上将观测到类似彩虹似的彩色条带。分析各种彩条带的分布规律，记录各色彩条的排列顺序。

2）光栅分光实验

先取出实验所要用到的器材，按照如图1.1-2所示结构搭建光学系统，先将白色平行光源安装固定到光学平台上，将光源的电源线分别插入到平台的+12V与GND上（注意其性，黄色插头接+12V）。然后合上光电平台的电源开关，白色平行光源被点亮，光源发出一束白色平行光。在光路中插入可调宽度的狭缝，使白色平行光通过狭缝形成一条很窄的白光带。

再将分光光栅安装在狭缝的后面，使得从狭缝出射的窄带白光以一定的角度投射到分光光栅的工作面上，由它反射出去的光被分成光谱，形成按照一定规律分布的彩色条纹，投射到像屏上，旋转分光光栅的角度，改变白光的入射角，使得光谱在像屏上的位置适合观察，记录并分析各色彩条的排列顺序及分布规律，比较它与棱镜分光的共同点与差异。如果在光栅与像屏之间安装一只50mm焦距的凸透镜，在像屏上观察到彩条的分布规律将会发生何种变化？为什么？

显然，上述实验应该在暗室内进行，没有暗室条件无法观察到上述现象。
3）观测发光二管经光栅分光后的光谱分布

如果将白色平行光源换成发蓝光或发红光的平行光源，观察此时像屏上色带变化。分析并记录彩色条纹的颜色和位置的变化，说明位置变化的原因。通过该实验要充分认识LED光源的光谱分布特性以及光谱谱线位置与波长相关的概念，为学习MXY8301  LED/LD光谱分布测试仪做技术准备。

4. 关机与结束

① 将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；

② 将光电平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；

③ 将实验所用器材收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。

 实验1.2  半导体光源光辐照度参数的测量

1. 实验目的

对光电平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。学习光本性的基本常识，掌握光电平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。

2. 实验器材

① 光电平台主机1台；

② LED光源实验装置1个；

③ 发光二管R、G、B、W四色各1个；

④ 照度计探头1个；

⑤ 磁性表座2个；

⑥ 光电器件支杆2个；

3. 实验步骤

（1）元件组装

① 将LED发光二管（白色）牢固地安插在LED光源装置上，二管的长脚插入白色螺钉一侧的插孔内（正），短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内（负），如图1.2-1。将延长接圈拧到装置上，将接圈上的定位块旋转到合适位置，使得LED固定不动且与装置同轴，即完成LED光源装置的安装。光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负）插孔引出电，而红色引出线为靠近白螺钉一侧（正）插孔引出电。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁的光学台面上（平台8001为导轨，平台8002为光学平台，后面不再赘述）。

② 将照度计探头用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将照度计探头固定在导磁的光学台面上，如图1.2-2。

③ 将光源装置与照度计探头相对安放，使LED发出的光恰好被照度计探头所接收，并能够排除外界杂光的干扰，如图1.2-3，但是必须注意，照度的概念是探测表面光照特性的描述，它与照度计探头到LED光源的距离有关，因此，必须注意这一特性。

  （2）测量LED工作电流与发光亮度的关系

将LED实验装置按着如图1.2-4所示进行发光管发光特性实验电路的搭建。需要注意的是，LED后端引出的红线是正，黑线是负。具体搭建步骤如下：将Φ2连接线一端插入平台左下角的“+5V”电源插孔，另一端插入51Ω电阻的一端，51Ω电阻的另一端接1K电位器的滑动端，1K电位器的固定端接LED光源装置引出的红线插头，LED引出的黑线插头插入200mA电流表的正（红色插孔），电流表负接平台的“GND”。在发光二管的供电电路中串入数字电流表是为了测量流过LED的电流I_LED。需要注意的是草帽LED额定电流为20mA，LED额定电流为30mA，LED的工作电流不能超过额定电流，否则烧毁。平台上提供的自动切换量程的数字照度计，可以直接读出LED在不同工作电流下发出的光的照度。

打开光电平台的电源开关，将发光二管供电电路的电源断开，在发光管未点亮时测出暗背景照度E_vb；然后接通发光二管供电电路的电源，通过调节1kΩ电位器的阻值

来调整LED的工作电流I_LED，记录下LED在不同工作电流下的光照度E_v，并填入表1.2-1；改变LED与照度计探头之间的距离，重复进行上述实验，分析数据变化的原因。将LED与照度计探头之间的距离L锁定，找出电流I_LED与照度E_v 之间的关系。

注意：上述实验应该在暗室内进行，否则会因为杂散光入射到照度计探头而影响实验结果。

表1.2-1照度测量数据表

4. 关机与结束

①  将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；

②  将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；

    ③  将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。

 实验1.3  光敏电阻特性参数及其测量

1. 实验目的

通过本实验，认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理、暗电阻、亮电阻、光照特性等基本参数及其测量方法。

2. 实验器材

① 光电平台主机1台；

② LED光源实验装置1个；

③ 发光二管R、G、B、W四色各1个；

④ 光敏电阻1个；

⑤ 光电探测实验装置1个；

⑥ 通用磁性表座3个；

⑦ 光电器件支杆3个；

⑧ 连接线20条；

⑨ 照度计探头1个；

3. 实验步骤

（1）元件组装

① 将光敏电阻牢固地安插在光电探测实验装置上，如图1.3-1所示。将延长接圈拧到装置上，将接圈上的定位块旋转到合适位置，使光敏电阻固定不动且与装置同轴，即完成光敏电阻实验装置的安装；光敏电阻实验装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负）插孔引出电，而红色引出线为靠近白螺钉一侧（正）插孔引出电。将光敏电阻实验装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光敏电阻实验装置固定在导磁的光学台面。

②将LED发光二管（白色）牢固地安插在LED光源装置上，二管的长脚插入白色螺钉一侧的插孔内（正），短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内（负），如图1.3-2。将延长接圈拧到装置上，将接圈上的定位块旋转到合适位置，使得LED固定不动且与装置同轴，即完成LED光源装置的安装。光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧（负）插孔引出电，而红色引出线为靠近白螺钉一侧（正）插孔引出电。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将光源装置固定在导磁的光学台面上。

③ 将光源装置与光敏电阻实验装置相对安装在一起，使LED发出的光恰好被光敏电阻所接收，并能够排除外界杂光的干扰。

 ④ 将照度计探头用支撑杆安装在磁性表座上，再用磁性表座将照度计探头固定在导磁的光学台面上。

（2）测量光敏电阻的亮电阻

①将LED实验装置按照如图1.3-4所示搭建LED供电电路。需要注意的是，LED后端引出的红线是正，黑线是负。具体搭建步骤如下：将Φ2连接线一端插入平台左下角的“+5V”电源插孔，另一端插入51Ω电阻的一端，51Ω电阻的另一端接1K电位器的滑动端，1K电位器的固定端接LED光源装置引出的红线插头，LED引出的黑线插头插入20mA电流表的正（红色插孔），电流表负接平台的“GND”。

②将光电探测实验装置按照如图1.3-5所示搭建光敏电阻亮电阻测量电路，具体搭建步骤如下：用Φ2连接线将平台左下角的“+12V” 插到200mA电流表的正，电流表的负插入光敏电阻装置引出的红色插头，光敏电阻引出的黑色插头插入平台的“GND”，在“+12V”和“GND”之间并联20V电压表，即完成测量电路的搭建。

电路连接好后，打开平台电源开关，20V数字电压表、200mA数字电流表将测出光敏电阻的电源电压U_bb值、电流I_P值。20mA数字电流表将测出流过LED发光二管的电流I_LED，当调整LED供电电路中的1kΩ电位器时，LED电流随之改变，光敏电阻的电流I_P 也随之改变，将光敏电阻移开，把照度计探头与LED光源相对安放，测量出此时LED的照度。调整电位器几次，多测几组数据，将测出的流过发光二管的电流I_LED 、流过光敏电阻的电流I_P、LED的照度值填入表1.3-1。电源电压U_bb与流过光敏电阻的电流Ip之比即为光敏电阻的亮电阻R_L，计算出亮电阻的阻值填入表1.3-1。

表1.3-1光敏电阻亮电阻的测量

（3）测量光敏电阻的光照特性

根据表1.3-1中的数据，在直角坐标系中画出Ev－R_L 关系曲线，即为光敏电阻的光照特性曲线。如图1.3-6

     4. 关机与结束

①  将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补作上述实验；若合理，可以进行关机；

②  将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；

③  将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。

原创作者：天津梦祥原科技有限公司