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目录

TOC\o1-1\u实验一光源基础知识实验 2

实验二发光二极管（光源）的照度标定实验 6

实验三光敏电阻特性实验 10

实验四光敏二极管的特性实验 15

实验五透射式光电开关实验 19

实验六光敏三极管特性实验 21

实验七硅光电池特性实验 25

实验八红外反射式光电开关（接近开关）实验 27

实验九、光栅位移传感器性能实验 29

实验十PSD位置传感器实验 32

实验一光源基础知识实验

(光源和分光实验)

一、实验目的

了解光源、光源分光原理、光的不同波长等基本概念。

二、基本原理

本实验中备有白炽光源和半导体激光光源。白炽光源（白炽灯）光谱为连续光谱(白炽

灯的另一个特性是灯丝的材料钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的

启动瞬时有较大的电流)。利用分光三棱镜可以将白炽灯光源分解出红色、黄色、绿色、蓝

色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器发射出波长为660nm的单一红色光。

三棱镜的分光原理如下：

（1）三棱镜表面对光线的折射作用

三棱镜对不同波长的各色光具有不同的折射率。对于三棱镜中入射的可见光（白光为各

种不同波长的复合光，从波长为400nm的紫光至760nm的红光），由于三棱镜对不同色光

具有不同折射率，各色光经折射后的折射角将不同，因此通过三棱镜出射时，各色光的偏角

也随之不同，于是白光经过三棱镜折射后分解成各种色光并呈现出一片按序排列的颜色，这

种现象称为光的色散。

图1-1画出了三棱镜表面产生折射的情况。如入射光（某一单色光）经三棱镜AB进入玻璃介质后，光线产生一偏角δ1该光束在B面出射时，又产生一偏角δ2光线经二次折射后入射光与出射光产生的偏角δ=δ1+δ2

对三棱镜两个折射面AB导出折射定律为：

sinI1=nsinI1 sinI2=nsinI2

利用两式相减，并根据

α=I1+I2，δ=δ1+δ2=I1-I1+I2-I2

经过具体运算得

cos[(α+δ)/2]=ncos(α/2)sin[(I-I2)/2]/sin[(I1-I2)/2]

由式可见，光线经棱镜折射后，产生的偏角是光线入射角I1、棱镜折射角α和折射率n的函数，对于给定的三棱镜，α和n为定值，因此光线的偏角随I1而变。

可见光通过三棱镜时产生色散现象如图1-2所示，由于介质折射率随波长的变短而增大，尤其是短波部分，折射率增加的更快。

由图1-2可知红色光波长长，折射率小，产生较小的偏角，而紫色光波长短，折射率大，产生的偏角也较大，所以可见光经三棱镜折射后，形成一条按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序的连续光谱。

利用滤光片也可以从白光中获取单色光，常用滤光片有两类，一类是塑料滤光片，它只能透射某一波长的光，而对其它波长具有吸收作用；另一类是玻璃滤光片，玻璃片上镀某种颜色（例如红色）的薄膜，利用光的频率效应，它对红色的光是干涉相长，对其它颜色的光则干涉相消。衡量滤色质量优劣的是色纯度。

三、需用器件与单元

小稳压电源、安装架、白炽灯光源、分光装置(三棱镜)、半导体激光器。

四、实验步骤

1、首先将主机箱右侧面的开关关断(扒下为关)，将小稳压源插到主机箱左侧面的插座上。装上光源和三棱镜部件，按图1—3示意安装、接线。检查接线无误后打开主机箱左侧面电源开关。

2、检查三棱镜表面，使其清洁，调节三棱镜的升降杆使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在下面，二个工作面（光面）的棱镜在前、后面，在实验架右侧放一张白纸，然后调节转角手轮使折射的辐射面上出现清晰的光谱。如果光谱不清晰可轻微旋动光源罩和

图1—3光源分光色散实验安装、接线示意图

松开升降杆紧固螺钉转动一个角度使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:光束对准棱镜工作面﹑灯角度﹑棱镜角度和白纸角度﹚。（注意：光源长时间点燃时光源罩会有一定温度，注意避免烫着！）

3、关闭主机箱左侧电源开关，待光源熄灭冷却后旋下光源筒前端盖，旋下内面的挡环，、将400nm滤光镜放入再轻轻旋上挡环（不必要旋紧，以免滤光镜破损）。开启主机箱左侧电源开关，观察棱镜折射现象。按相同步骤更换不同波长的滤光镜重复实验，观察折射现象。

4﹑关闭主机箱左侧电源开关，将小稳压源拔下。将图1－3中的白炽灯光源取下，换上

导体激光源。

5、将（电机转速）旋钮逆时针旋到最小，用一根线将2~24V电压输出端口接电压表的输入端Vi（调节时以便观察电压大小），检查接线，无误后打开主机箱左侧电源和正面主电源，平滑地顺时针调节2～24V旋钮使电压在4.5V左右，如图1－4示意安装、接线