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第2章光电技术实验

实验2.1光源与光度辐射度参数的测量

1.实验目的

通过用棱镜、光栅等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对

光电综合实验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，巩固“光

电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验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.实验仪器

①光电综合实验平台主机系统1台；

②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；

f

③焦距=50mm的透镜及其支架1只；

④1200条线/mm光栅及其夹持装置各1个；

⑤发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；

⑥可调狭缝及其夹持装置各1个；

⑦像屏及其夹持装置各1个；

⑧磁性表座4个；

3.实验原理

白光是各种颜色（波长或频率）的光谱能量积分形成的复合光。而棱镜，特别是三棱镜

具有将白光分解成各种颜色单色光的特性。测量各种波长单色光的照度等参数对光本质的认

识将更进一步。在实际应用技术中常用到单色光源所具有的特性提高非接触测量与控制的精

确度，各种光电器件对不同波长的光有不同的响应，光电器件光谱响应特性的测量也离不开

单色光源。因此，掌握光源参数的测量方法和分光方法对今后学习光电技术是非常重要的。

首先讨论棱镜及其分光原理。

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。

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。

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。

（3）光度参数与辐射度参数

参见“光电技术”、“光电传感器应用技术”等教材第1章的内容，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I成正比，与方向角的

v

l

余弦（COSφ）成正比，与距离光源的距离平方()成反比。既可由下式表示

2

4.实验内容

①棱镜对“白光”的分光特性；

②光栅对“白光”的分光特性；

③比较两种分光元件的分光特性；

④掌握分光光谱的分布规律；

5.实验步聚

1)认识实验所用器件

从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.