電子科學(xué)與技術(shù)系實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

電子科學(xué)與技術(shù)系專業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)一發(fā)光強(qiáng)度的定標(biāo)..........................................................2

實(shí)驗(yàn)二濕法光刻技術(shù)實(shí)驗(yàn)........................................................5

實(shí)驗(yàn)三2048位線型CCD轉(zhuǎn)移效率測(cè)試............................................8

實(shí)驗(yàn)四相襯干涉顯微鏡的使用及對(duì)纖維光學(xué)元件的測(cè)量............................11

實(shí)驗(yàn)五紅外探測(cè)器D*測(cè)量......................................................15

實(shí)驗(yàn)六Pbs探測(cè)器光譜響應(yīng)度測(cè)試...............................................18

實(shí)驗(yàn)七光通量測(cè)量.............................................................19

實(shí)驗(yàn)八用雙色法測(cè)量鴇絲燈的溫度...............................................23

實(shí)驗(yàn)九紅外變象管積分靈敏度和紅外靈敏度的測(cè)量................................27

實(shí)驗(yàn)十紅外輻射源能量光譜分布測(cè)試............................................30

實(shí)驗(yàn)-I-黑體實(shí)驗(yàn).............................................................32

實(shí)驗(yàn)十二棱鏡耦合法測(cè)量平面光波導(dǎo)的傳輸模式..................................35

實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體激光器主要參數(shù)的測(cè)定..........................................37

實(shí)驗(yàn)十四電子濾波器設(shè)計(jì)與特性參數(shù)測(cè)試........................................39

實(shí)驗(yàn)十五紅外熱像儀參數(shù)測(cè)試...................................................40

實(shí)驗(yàn)十六光學(xué)纖維端面耦合的實(shí)驗(yàn)研究..........................................41

實(shí)驗(yàn)十七光學(xué)纖維數(shù)值孔徑和損耗系數(shù)的測(cè)量....................................43

實(shí)驗(yàn)十八固體激光器的裝調(diào).....................................................45

實(shí)驗(yàn)十九被動(dòng)調(diào)Q激光器的輸出特性............................................47

實(shí)驗(yàn)二十固體激光器調(diào)Q實(shí)驗(yàn)..................................................51

實(shí)驗(yàn)二一固體激光器倍頻實(shí)驗(yàn)...................................................53

實(shí)驗(yàn)二二固體激光器裝調(diào)實(shí)驗(yàn)...................................................54

實(shí)驗(yàn)二三固體激光器輸出特性測(cè)量..............................................56

實(shí)驗(yàn)二四衍射光強(qiáng)測(cè)量實(shí)驗(yàn).....................................................58

實(shí)驗(yàn)二五偏振光調(diào)制實(shí)驗(yàn).......................................................61

實(shí)驗(yàn)二六色度的實(shí)驗(yàn)研究......................................................64

實(shí)驗(yàn)一發(fā)光強(qiáng)度的定標(biāo)

(-)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1.熟悉陸末(Lummer)-布洛洪(Brodhun)光度計(jì)的構(gòu)造原理。

2.掌握用光度計(jì)測(cè)定電燈的發(fā)光強(qiáng)度及光強(qiáng)分布曲線的方法。

實(shí)驗(yàn)原理：發(fā)光強(qiáng)度的測(cè)定是依照篤定率為依據(jù)的。按照照度定律，在點(diǎn)光源的情況下，假

定光線垂直的照射在某一表面上，則該表面上的照度E與光源發(fā)光強(qiáng)度I成正比，而與光源

E=—2

到該表面的距離r的平方成反比，即r(1-1)

由(1-1)式知道，若采用比較法，使兩個(gè)不同光源在廣度記得某一表面上產(chǎn)生的照度相等,

如其中一個(gè)光源的發(fā)光強(qiáng)度為已知，另一個(gè)光源的發(fā)光強(qiáng)度就可確定。例如兩個(gè)光源的發(fā)

光強(qiáng)度分別是乙和12,它們到光度計(jì)的距離分別為｛和4(圖1-1)。于是，當(dāng)光度計(jì)中

F二F

兩相接市場(chǎng)上的照度相等(12)時(shí)，則有

L=L

/二(1-2)

由此可得：

?(1-3)

通常用一口校驗(yàn)過(guò)的電燈作為標(biāo)準(zhǔn)燈(即其發(fā)光強(qiáng)度L是已知的)，只要測(cè)出照度相等時(shí)的

距離彳和就可根據(jù)(1-3)式算出待測(cè)電燈的發(fā)光強(qiáng)度,2。

(-)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

儀器和用具：

1、陸末-布洛洪光度計(jì)；2.光具座；3、標(biāo)準(zhǔn)光；4.待測(cè)光；5,垂直燈座；6.附有

刻度盤(pán)的燈座；7.交流伏特表(0—150/300V)兩只；8,交流安培表(0—0.5A)兩只；9

、調(diào)壓變壓器兩只；10、照度計(jì)。

基于比較法的光度計(jì)，都是使所要比較的兩個(gè)廣元(一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)的。另一個(gè)時(shí)代測(cè)的)所發(fā)

出的光通過(guò)一定的光路分別照亮統(tǒng)一表面，并使這兩個(gè)照亮區(qū)域的邊緣相接，利用兩區(qū)域照

度相等時(shí)邊界線消失的現(xiàn)象，定出待測(cè)光源的發(fā)光強(qiáng)度。光度計(jì)的種類很多，本試驗(yàn)使用的

是陸末-布洛洪光度計(jì)，其外形和結(jié)構(gòu)如圖1-2(a)和(b)所示意。從所比較的光源4和L

來(lái)的光線，分別從左、右兩窗口空進(jìn)入匣內(nèi)，并投射到石膏制成的漫射屏S匕由屏漫射出

來(lái)的光線分別在兩個(gè)全反射棱鏡（或平面鏡）和"2上反射后投射到特制的玻璃快C

上。觀察著E在側(cè)面的望遠(yuǎn)鏡T中可以同時(shí)觀察到由屏S的兩表面反射過(guò)來(lái)的光線。玻璃塊

C是由兩塊直角棱鏡,P和‘P2平合而成，其中一塊棱鏡的斜面上蝕刻有一定的徒刑。如有漫

射屏S的兩面照度不相等，則蝕刻的圖形將顯現(xiàn)，如圖「3（a）和（c）所示：當(dāng)兩面的照度

相等時(shí)，圖形則消失，如圖卜3（b）所示。圖形中A和a為來(lái)自右方廣院所照明的視場(chǎng)，B

和b為來(lái)自左方光源所照明的視場(chǎng)，因四者相互襯托，其照度是否相等就更容易判斷了。為

了便于比較，另有兩塊可轉(zhuǎn)動(dòng)玻片?和2起著背景反襯的作用。

另一種陸末-布洛洪光度計(jì)的結(jié)構(gòu)稍有不同，玻璃塊c是由不同的兩塊全反射棱鏡片和

p2組成，棱鏡’p2是通常的平底面全反射棱鏡，棱鏡p》的底面為球面，且球底面的中心部

分被切割成平面，兩棱鏡經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨達(dá)到“光學(xué)接觸”（光膠合）。如圖『4所示。

由于接觸面呈圓形，因此一般將觀察到圖1-4右方（a）薄（c）所示的圖形，一暗圓印

在一明環(huán)內(nèi)?；蛞幻髟蛟谝话淡h(huán)內(nèi)。而當(dāng)屏s兩面的照度相等時(shí)，視場(chǎng)將是均勻照明的，

如圖1-4（b）所示。

測(cè)量是通過(guò)比較漫射屏S的兩面的亮度進(jìn)行，如果兩面的亮度相同，而其反射系數(shù)已相

pF

等，則照度?等于照度2。為了校正兩個(gè)面的反射系數(shù)的差別，光度計(jì)可繞水平軸線

HH'翻轉(zhuǎn)180。，分別在兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，然后由這兩組結(jié)果取其平均值。

三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容：

1、在光具座上的兩端插座上放好標(biāo)準(zhǔn)燈乙1和待測(cè)等七。使兩光源在光具座上相距

最遠(yuǎn)。其中標(biāo)準(zhǔn)燈安裝在垂直燈座上，而待測(cè)燈安裝在可繞水平州縣旋轉(zhuǎn)且附有刻度盤(pán)的旋

轉(zhuǎn)燈作上豎放，如圖1-5所示，并使指針對(duì)準(zhǔn)刻度盤(pán)上0°處。再在兩燈之間放置光度計(jì)P

（圖16）,調(diào)節(jié)兩燈座的高度，使兩等于光度計(jì)的窗孔等高，以使光線能垂直投射到光度

計(jì)的漫射屏上。

2、按圖1-6接好線路，調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器（，使標(biāo)準(zhǔn)燈4的電壓升至額定值（這樣點(diǎn)

/T

燃，他的發(fā)光強(qiáng)度?才為己知）,并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終保持這電壓不變；同時(shí)調(diào)節(jié)變壓器2,

使待測(cè)燈4的電壓保持在200伏特。

3.左右移動(dòng)光度計(jì)P,以使光度計(jì)中市場(chǎng)兩部分的照度相等，從光具座的標(biāo)尺上讀出

兩光源與廣度及之間的距離［和1，然后把廣度既然水平軸轉(zhuǎn)過(guò)180。，在找出光度計(jì)中

rr

視場(chǎng)照度相等的位置，并讀出兩光源與光度計(jì)之間的距離?和2。由這兩組數(shù)據(jù)取其平均

值，并代入（1-3）式算出待測(cè)燈的發(fā)光強(qiáng)度,2。

保持標(biāo)準(zhǔn)燈之光度計(jì)的距離?不變，只改變待測(cè)燈的位置，重復(fù)試驗(yàn)三次，測(cè)出待測(cè)光

的發(fā)光強(qiáng)度（取其平均值）。

4.轉(zhuǎn)動(dòng)燈座，使待測(cè)燈然水平軸轉(zhuǎn)過(guò)一角度，仿照上述步驟，測(cè)出光度計(jì)中視場(chǎng)照度

相等使待測(cè)燈與光度計(jì)之間的平均距離、，并根據(jù)（卜3）式算出待測(cè)燈4在它對(duì)于光度

計(jì)所在的方位上的發(fā)光強(qiáng)度，每次旋轉(zhuǎn)30°,直至一周，即可得到待測(cè)燈在鉛直面內(nèi)各個(gè)

方向上的發(fā)光強(qiáng)度。以矢徑長(zhǎng)表示發(fā)光強(qiáng)度，將所得結(jié)果在極坐標(biāo)紙上劃出待測(cè)燈發(fā)光強(qiáng)度

的分布曲線。

5.將待測(cè)燈L的方位固定，逐步改變其電壓，每次10伏特，從220伏特逐步降到180

TVA

伏特，用光度計(jì)測(cè)出每個(gè)電壓知識(shí)等2的發(fā)光強(qiáng)度I,并記下各次伏特表『2和安培表

的讀數(shù)，算出每次測(cè)量時(shí)的電功率也以電功率W為橫坐標(biāo)，該特定方向的發(fā)光強(qiáng)度I為

縱坐標(biāo)，畫(huà)出發(fā)光強(qiáng)度與電功率的關(guān)系曲線。

6.用照度計(jì)測(cè)出離待測(cè)燈（在220伏特時(shí)）一定距離時(shí)的照度。并由此算出待測(cè)燈的

發(fā)光強(qiáng)度，經(jīng)此結(jié)果與由步驟3測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

實(shí)驗(yàn)二濕法光刻技術(shù)實(shí)驗(yàn)

濕法光刻即光學(xué)光刻，是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)以投影的方法將掩模上的各種結(jié)構(gòu)“刻”在涂

有光刻膠的材料上，是一種半圖形復(fù)印和腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)，在半導(dǎo)體管芯分

割平面管，集成電路，集成光路生產(chǎn)研制中，光刻的目的是按照設(shè)計(jì)的要求，在襯底材料上

或金屬膜上面刻蝕出與掩模版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布線的目

的。

限制光刻所能獲得最小特征尺寸直接與光刻系統(tǒng)所能獲得的分辨率相關(guān)，而減小光刻

的波長(zhǎng)是提高分辨率的最有效途徑。通常的光刻機(jī)采用紫外線接觸曝光光刻法。此外，也相

繼出現(xiàn)了X射線曝光和電子束曝光法，以及粒子束曝光法、極紫外曝光法。本試驗(yàn)讓同學(xué)學(xué)

握最基本的光刻工藝過(guò)程。

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解光致抗蝕劑的種類和感光機(jī)理

2.掌握光刻工藝原理

3.光刻工藝質(zhì)量分析

二、試驗(yàn)原理

光刻膠是一種仃機(jī)高分子化合物，它主要由碳，氫等元素所組成，它的分子量很大，可以是

幾百、幾千、幾萬(wàn)以至幾十萬(wàn)，沒(méi)有確定的數(shù)值。由于光刻膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在著可變因素，

所以一經(jīng)變化，其結(jié)構(gòu)上的物理和機(jī)械等性能都將發(fā)生相應(yīng)的變化，例如，由可溶性變?yōu)椴?/p>

可溶性或相反的過(guò)程，利用這種特點(diǎn)，我們就可以在襯底基片上制造出各種所需的圖形，光

致蝕劑在外界因素（如光、熱）的作用下，由可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄?，或由不可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

可溶性，達(dá)到在襯底片上復(fù)印圖形的目的。

1.負(fù)性光致抗蝕劑

光致蝕劑在暴光前對(duì)某些溶劑是可溶解的，暴光后硬化成不可溶解的物質(zhì)，這一類光

致抗蝕劑作為負(fù)性光致抗蝕劑，由此組成的光刻膠稱為負(fù)性膠。目前，他主要有聚肉桂酸脂

類，聚脂類和聚燒類等。由于這種抗蝕劑和襯底材料，特別是金屬襯底材料的黏附性較好，

而旦耐腐蝕，因而在集成電路，集成光路中得到廣泛的應(yīng)用。

2.正性光致抗蝕劑

光致抗蝕劑在暴光前對(duì)某些溶劑是不可溶的，而暴光后卻變成可溶性的。這類抗蝕劑

成為正性光致抗蝕劑。由此組成的光刻膠稱為正性膠。目前，它主要有鄰置氮醍類，常用的

有701正性光致抗蝕劑（與國(guó)外AZ-1350相仿）。這種正性光致抗蝕劑，暴光后能用弱堿性

水溶液進(jìn)行顯影，顯出正圖象。由于它抗堿性差。耐酸性好，所以唱用L5—3磷酸鈉水溶

液進(jìn)行顯影，腐蝕時(shí)一般用酸性腐蝕液。

由于它分辨率高、邊緣整齊、邊緣陡度好，以及反刻時(shí)易于對(duì)版等優(yōu)點(diǎn)，所以是比較

重要的抗蝕劑之一。

3對(duì)光致抗蝕劑性能的要求

a.高分辨率

分辨率是光致抗蝕劑極為重要的特性，是指用某種光刻膠十所能得到的光刻圖形的最

小尺寸。它通常用在1毫米的寬度上，能刻蝕出可分辨的最大線條數(shù)目來(lái)表示，單位為（條

線/毫米）。分辨率與光致抗蝕劑本身的結(jié)構(gòu)性持有關(guān)，也與光刻工藝有關(guān)。例如，正膠的分

辨率高于負(fù)膠，且與分子量及其分布有關(guān)。平均分子量越高，分子量分散性越大。則分辨率

越低。

b.高靈敏度

靈敏度是與分辨率同樣重要的特性，尤其在電子束和x射線暴光時(shí)顯得更突出。它定

義為光刻膠感光所必須的照射量，對(duì)于正膠，定義為顯影后膜厚為零時(shí)的最小照射量；對(duì)負(fù)

膠，是指顯影后膜厚減薄至原膜厚二分之一時(shí)的照射量。一般情況下負(fù)性膠比較正性膠具有

更高的靈敏度。

c.黏附性能好

光致抗蝕劑與襯底之間黏附的牢固直接影響到光刻的精度。影響?zhàn)じ叫阅艿囊蛩睾?/p>

多。有抗蝕劑本身的性質(zhì)，襯底的性質(zhì)和它的表面沾污情況等。

實(shí)踐證明，襯底的平整，致密、清潔，干燥是尤為重要的，對(duì)抗蝕劑的黏附性影響很大。

d.抗蝕性能好

要求抗蝕性能堅(jiān)膜后，能夠較長(zhǎng)時(shí)間地抵抗腐蝕劑的侵蝕。當(dāng)然這也與光刻工藝本身

有關(guān)。

e.穩(wěn)定性

要求抗蝕劑在常溫和光（主要是紫外光）屏蔽的情況下，即使加入了增感劑也不發(fā)生

暗反應(yīng)，在烘烤干燥時(shí)，不發(fā)生熱交聯(lián)。為了提高抗蝕劑的穩(wěn)定性?？杉尤肟寡趸瘎┗蚰軌?/p>

抑制活性基團(tuán)自發(fā)反應(yīng)能力的穩(wěn)定性。例如KPR膠可以加對(duì)苯二酚等。

三、實(shí)驗(yàn)的儀器及裝置和步驟

本實(shí)驗(yàn)主要使用光刻機(jī)一臺(tái)、高速離心機(jī)一臺(tái)、紅外烘烤燈及必要的光刻膠及化學(xué)藥品。

同學(xué)們?cè)陬A(yù)習(xí)時(shí)，首先要學(xué)會(huì)使用光刻機(jī)。

1.首先布置好一個(gè)暗室，在甩膠機(jī)和光刻機(jī)附近置放小度數(shù)的紅燈泡，以備工作時(shí)

用。光刻膠一般是易感光的，即在白光下失去保護(hù)圖形的作用。所以涂膠，甩膠，前烘，光

刻，堅(jiān)膜都必須在暗室中進(jìn)行。另外，膠瓶用茶色玻璃瓶或外罩不透光的保護(hù)罩封裝。

2.光刻工藝步驟如下

涂膠就是在二氧化硅或其他薄膜表面，涂上一層黏附良好，厚度適當(dāng)均勻地光刻膜。

膠太厚，就不容易將膠甩平，造成膠膜薄厚不均勻。暴光時(shí)光刻板不能緊貼被刻物表面，造

成露光現(xiàn)象，得不到標(biāo)準(zhǔn)圖形，一般涂1微米為好，光刻不透，影響圖形質(zhì)量，太薄，又保

護(hù)不了所需的圖形，此時(shí)需二次涂膠。再重復(fù)上面步驟。另外，被涂覆工件的表面必須是清

潔干燥的和平整的。涂膠?般采用旋轉(zhuǎn)的方法，利用離心機(jī)離速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，將滴于

片子上多余的膠液甩去，在光刻膠表面張力和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下，展成厚度均勻的膠膜,

膠膜厚度由轉(zhuǎn)速和膠的濃度來(lái)調(diào)節(jié)。但旋轉(zhuǎn)速度引起的厚度變化比濃度引起的大。

3.前烘

前烘就是在一定溫度下，是膠膜里面的溶劑緩慢地，充分逸出來(lái)，是膠膜干燥，增加

它的黏附性和耐磨性。能牢固地附著在被刻物表面。某一種光刻膠的前烘溫度和時(shí)間應(yīng)由實(shí)

驗(yàn)來(lái)確定。我們采用紅外燈烘焙，使膠的干燥從里到外，以獲得良好的前烘效果。前烘時(shí)間

長(zhǎng)了，膠易干，易焦，前烘時(shí)間短、膠沒(méi)干透，去膠時(shí)易脫落，保護(hù)不了圖形。

4.暴光

暴光就是對(duì)涂光的基片進(jìn)行選擇性的光化學(xué)反應(yīng)，使暴光部分的光刻膠改變?cè)陲@影液

中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膜上得到和“掩膜相對(duì)應(yīng)的圖形。我們采用自動(dòng)暴光機(jī)進(jìn)行紫

外光定時(shí)接觸暴光，首先，打開(kāi)高壓水銀燈電源，預(yù)熱十五分鐘。把掩膜板向下和涂膠面的

精確套合，然后進(jìn)行正常地紫外光暴光，時(shí)間15—20秒，若暴光不足，顯影時(shí)圖形模糊不

清，腐蝕時(shí)膠膜易脫落，暴光過(guò)度，腐蝕后臺(tái)面過(guò)寬，形成鋸齒形。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往以

暴光時(shí)間來(lái)控制暴光量，并且通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳暴光時(shí)間。

5.顯影

顯影是把暴光后的基片放在顯影液中，將應(yīng)去除的光刻膠膜除干凈，以獲得腐蝕時(shí)所

需要的抗蝕劑膜的圖形。對(duì)我們實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，涂正性膠，顯影液用氫氧化鈉、三氯乙烯等溶液，

涂負(fù)性膠，顯影液用乙醇。

顯影時(shí)間隨抗蝕劑的種類，膜厚，顯影液種類，顯影溫度和操作方法不同而不同，要

根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。

6.堅(jiān)膜

堅(jiān)膜就是在一定溫度下（可用紅外燈），將顯后的片子進(jìn)行烘焙，除去顯影時(shí)膠膜所

吸收的顯影液和殘留水分，增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力，并消除顯影時(shí)所引起的圖形變形。

7.腐蝕

腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對(duì)未被膠膜覆蓋的二氧化硅或其它襯底進(jìn)行腐蝕，按照光

刻膠膜上以顯示出來(lái)的圖形，完整、清晰、準(zhǔn)確地腐蝕，供選擇擴(kuò)散或達(dá)到金屬布線的目的。

腐蝕有兩種類型，濕式化學(xué)腐蝕和干式化學(xué)腐蝕.

8.去膠

去膠就是在二氧化硅或其他的襯底上的圖形腐蝕出來(lái)后，把覆蓋在圖形表面上的保護(hù)

膠膜去除干凈。主要方法有

a.溶劑去膠

是用有機(jī)溶劑浸泡，使抗蝕膜溶脹，然后將它擦去。去膠一般是含氯的燒化物，并含

有表面潤(rùn)濕劑。

b.氧化去膠

用強(qiáng)氧化劑將抗蝕劑氧化成二氧化碳和水而達(dá)到去膠的作用，長(zhǎng)用的氧化劑有硫酸、

硫酸一過(guò)氧化氫（3：1）混合液，硫酸——重鋸酸鉀溶液等。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.在玻璃襯底片上，用正膠法光刻出圖形，并觀察光刻圖形的缺陷并討論產(chǎn)生的原因。

2.在玻璃襯底片上，用負(fù)膠法光刻出圖形，并觀察光刻圖形的缺陷，討論產(chǎn)生的原因。

實(shí)驗(yàn)三2048位線型CCD轉(zhuǎn)移效率測(cè)試

電荷耦合器件（ChamgeCoupLodDevice）,簡(jiǎn)稱CCD,是一-種新型的半導(dǎo)體器件。它不

同于普通的三極管對(duì)信號(hào)具有放大能力，而是一個(gè)無(wú)增益功能的模擬移位寄存器將光注入轉(zhuǎn)

化成的電信號(hào)或電注入的信號(hào)由注入端轉(zhuǎn)移到輸出端。信號(hào)電荷在進(jìn)行有一個(gè)柵到另一個(gè)柵

的每一次轉(zhuǎn)移中，不是全部轉(zhuǎn)移，有部分信號(hào)電荷有一其它原因沒(méi)有被轉(zhuǎn)移，仍留在原柵極

下面，只有。部分被轉(zhuǎn)移到下一個(gè)柵電極的勢(shì)阱中n愈大，說(shuō)明性能愈好，一般。在99.99%

左右。n稱為轉(zhuǎn)移效率。它是表征這種器件性能的極其重要的參數(shù)。

（-）：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1、掌握CCD轉(zhuǎn)移的測(cè)試方法。

2,了解CCD驅(qū)動(dòng)電路的工作原理。

3、分析影響轉(zhuǎn)移效率n的原因。

（-）實(shí)驗(yàn)儀器：

1、二蹤示波器SBET0型1臺(tái)

2、2048位線型CCD1片

3、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)備1套

4.多路直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)

5、生物顯微鏡XSB-520型1臺(tái)

（三）實(shí)驗(yàn)原理：

1、CCD的結(jié)構(gòu)原理：

CCD就用途來(lái)講可分為多種，但基本結(jié)構(gòu)相同，都是由金屬一氧化物-半導(dǎo)體三部分組成。

圖一位CCD的基本結(jié)構(gòu)原理圖。由圖示，

在n型硅襯底上，生長(zhǎng)著一層很薄的二氧化硅，再在二氧化硅層上依次淀積金屬電極。這種

作規(guī)則排列的M-0-S震裂再加上輸入端（輸入二極管）與輸出端（輸出二極管）就構(gòu)成了

CCD的重要組成部分。本實(shí)驗(yàn)采用2048位線型三相CCD,主要構(gòu)成部分與上述相同。其他部

分下面加以介紹：該CCD是三相驅(qū)動(dòng)的電阻海結(jié)構(gòu)，除光敏元陣列都覆蓋有一層不透明的鋁

以對(duì)光屏蔽。

（1）光敏震裂：線型光敏陣列上有2048個(gè)光柵電極（光敏元），每個(gè)光敏元之間用濃參

雜的溝阻隔開(kāi)。光敏元中心局為54日（2048位CCD）。

（2）移位寄存器：2048位陣列移位寄存器以三相式相連，即1、4、7……電極連在一起

作為第一相中第2、5,8……電極連在一起作為第二項(xiàng)①?，順序每三個(gè)電

IA2A

極構(gòu)成意味，每位寄存器對(duì)應(yīng)一個(gè)光敏元。電極長(zhǎng)12出寬96L移位寄存器的輸入

端有輸入二極管和輸入柵，可用胖零或電信號(hào)注入。

（3）轉(zhuǎn)移柵：在光敏陣列與位移寄存器之間，有?條由摻雜多晶硅構(gòu)造的長(zhǎng)條轉(zhuǎn)移柵

①x。它能把光敏元在光積分時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的電荷轉(zhuǎn)移給位寄存器。

（4）輸出電路：包含有輸出柵和輸出二極管，一對(duì)用于復(fù)位和放大的場(chǎng)效應(yīng)管。外設(shè)一

位CCD寄存器與補(bǔ)償放大器，以減小復(fù)位脈沖噪聲。

對(duì)于2048位線型CCD,而排75位平行移位寄存器，一列二位讀出移位寄存器，其

余部分基本于2048位線型CCD相同。圖二和圖三為這兩種CCD的結(jié)構(gòu)平面示意圖和

實(shí)驗(yàn)原理圖。

2、CCD的工作原理-及電荷轉(zhuǎn)移原理：CCD工作原理，類似于MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是依賴于

材料表面半導(dǎo)體類型的轉(zhuǎn)換而工作。（下面結(jié)合圖一、二、三說(shuō)明CCD的工作原理。）當(dāng)光束

照到器件表面透明的光柵電極上時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生光生電荷，這些光生電荷被收集到光柵

電極下邊的表面勢(shì)阱中。這些被收集在勢(shì)阱中的光生信號(hào)電荷叫做電荷包。電荷包的大小與

光強(qiáng)成正比，光圖像的強(qiáng)弱不同，對(duì)應(yīng)在光柵電極下勢(shì)阱中收集的電荷多少以不同，于是便

得到了明顯程度不同的電模擬圖像。在光積分期間，轉(zhuǎn)移脈沖中*處于高電平，這是電荷

不發(fā)生轉(zhuǎn)移。當(dāng)光柵脈沖①*處于低電平，CCD移位寄存器的第一相時(shí)鐘脈沖中2也處于

低電平，這時(shí)存儲(chǔ)在光柵電極下面勢(shì)阱中的電荷包可通過(guò)轉(zhuǎn)移棚下的勢(shì)阱而運(yùn)動(dòng)到CCD移位

寄存器的第一相對(duì)電極①I(mǎi),的勢(shì)阱（1）中，如圖一，并依次轉(zhuǎn)移到①，/①

IA2A3A

……時(shí)鐘電極下邊的勢(shì)阱中。這是因?yàn)棰佗伲涪僖粸槿嗲抑芷谙嗖?73。

1A1A2A3A

電荷轉(zhuǎn)移結(jié)束，①X恢復(fù)為高電平，①.為低電平，即開(kāi)始下一次光積分。

復(fù)位管的柵極上加一個(gè)與①，，同步與①?反相的復(fù)位脈沖中.使復(fù)位管開(kāi)啟，輸出

2A5AR

二極管的浮置擴(kuò)散結(jié)復(fù)位，準(zhǔn)備接納下一個(gè)電荷電。

信號(hào)電荷通過(guò)輸出柵送入輸出電路。輸出二極管收集來(lái)自①A最后一個(gè)轉(zhuǎn)移柵下的電荷

包，并控制放大管柵極電位。因此在放大管的原極輸出端便可獲得隨信號(hào)電荷量變化的圖像

信號(hào)。

①…O.①"、①，，、①3、①口是CCD驅(qū)動(dòng)脈沖，對(duì)2048位CCD還有

iX1ANA3RI\

O|C，①2C'①3C，在使用時(shí)分別施加在CCD的各功能管腳上。其波形突見(jiàn)圖四。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟：

1.熟悉所用儀器的性能和使用方法。

2、按實(shí)驗(yàn)原理圖，CCD外引線排列圖聯(lián)好電路，先不接通電源。

3、請(qǐng)教師檢查電路.

4,先接通驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)照波形圖用示波器檢查個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖的相位和輻照.調(diào)整在規(guī)定范圍

內(nèi).

5,接通CCD電路，并將CCD進(jìn)行光屏蔽.

6,調(diào)整顯微鏡,是示波器熒光屏上出現(xiàn)一個(gè)電荷包,這是說(shuō)明小光點(diǎn)只照到一個(gè)光敏元上.

7、使CCD工作臺(tái)從左向右微動(dòng),形成光點(diǎn)從第一個(gè)光敏元到第64個(gè)光敏元順序掃描,反復(fù)幾

次，嚴(yán)正無(wú)誤，記下光電照在第二個(gè)光敏元上的輸出K及光點(diǎn)照在第64個(gè)光敏元上的輸出

V.用下面公式計(jì)算轉(zhuǎn)移效率H,一般為99.99%左右.

64

二000%

對(duì)2048位線型CCD匕位V”、.

04IJU

8,按實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,寫(xiě)好實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并根據(jù)MOS期間表面效應(yīng)討論影響轉(zhuǎn)移效率n的原因.

五、附CCD64位、150位外引線管腳土，驅(qū)動(dòng)電路上，各驗(yàn)動(dòng)脈沖電壓幅值表.

實(shí)驗(yàn)四相襯干涉顯微鏡的使用及對(duì)纖維光學(xué)元件的測(cè)量

相襯干涉顯微鏡是根據(jù)偏振光的干涉原理和普通顯微鏡相互配合而構(gòu)成，由于偏振光

的干涉效應(yīng)可以觀察到樣品表面有浮雕感，可以大大提高對(duì)樣品觀察的精度和清晰度，也同

樣可以作為普通工具顯微鏡使用。

一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握相襯干涉顯微鏡的正確使用；?般常規(guī)使用及干涉相襯裝置的正確使用。

掌握相襯干涉顯微鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物鏡標(biāo)稱倍率的校正。

用相襯干涉顯微鏡測(cè)量纖維光學(xué)元件的端度尺寸。

二實(shí)驗(yàn)原理——干涉相襯原理

本儀器是基于偏振光的干涉而制成，如門(mén).4—1所示，來(lái)自起偏器P的直線偏振光經(jīng)

過(guò)一塊半透半反射的平面鏡射I句諾瑪斯基棱鏡Pr，諾瑪斯基棱鏡是二塊光軸互相垂直的

圖1.4—1干涉相襯顯微鏡工作原理

S-光源C—透鏡ob—透鏡P一起偏器

A-檢偏器H—M一半透半反平面鏡P,一諾瑪斯基棱鏡

水晶晶體所組成，直線偏振光經(jīng)過(guò)棱鏡后就分裂成震動(dòng)面互相垂直的兩束光線。光和

e光，這兩束光通過(guò)物鏡。b分別對(duì)試樣進(jìn)行照明，然后再反射回諾瑪斯基棱鏡P,,由于棱

鏡的作用，這兩束光再次會(huì)合，在經(jīng)過(guò)檢偏器A后就形成了干涉色。如果試樣的一部分有微

量凹入，那么就產(chǎn)生了像圖1.4—2那樣的AB兩個(gè)反射波面，光程差△。大小決定了目鏡視

場(chǎng)里的背景色彩，而臬則使凹入部分的邊緣產(chǎn)生不同的干涉色，因而加強(qiáng)了觀察樣品

的襯度并使之產(chǎn)生了浮雕感，光程差△。的大小可以用移動(dòng)諾瑪斯基棱鏡來(lái)自由調(diào)節(jié)。

另外A、B兩波面的橫向位移量S,應(yīng)微小到小于顯微鏡的分辯率，所以不會(huì)產(chǎn)生二

重像。

B波面

圖1.4一2兩反射波面的成像原理

三使用的儀器及調(diào)整

本實(shí)驗(yàn)采用XJC-1型落射式干涉相襯顯微鏡，它是在正置式金相顯微鏡基礎(chǔ)上加上

諾瑪斯基棱鏡而成的，由于光線的干涉作用不僅可以在樣品表面觀察到鮮艷的彩色感和浮雕

感，同時(shí)對(duì)樣品表面的微小起伏及低對(duì)比度區(qū)域也有極佳的鑒別能力（20A-30A）,相當(dāng)于

一臺(tái)小型電子顯微鏡的功能。

本儀器在正常操作時(shí)，采用落射光照明，而透射光照明僅作為輔助研究手段。

1、儀器的常規(guī)使用方法

a接通電源將儀器的電纜與電源箱上的插座按好，先開(kāi)總電源，后開(kāi)光源開(kāi)關(guān)，逐

漸增大電流調(diào)節(jié)使鹵鋁燈最亮。

b調(diào)正孔徑光欄由于孔徑光欄可以改變?nèi)肷涔馐拇旨?xì)程度，當(dāng)孔徑光欄大小調(diào)節(jié)

到入射光束恰好充滿物鏡后鑒別能力最高。

c調(diào)正視場(chǎng)光欄視場(chǎng)光欄是用來(lái)減少鏡筒內(nèi)部的雜光反射，提高像的對(duì)比度，也可

以改變視野的大小，通常將視場(chǎng)光欄調(diào)到剛剛大于所用的目鏡視場(chǎng)。目鏡更換后，視場(chǎng)光欄

的大小隨著調(diào)節(jié)。

d調(diào)正翻燈調(diào)節(jié)燈絲的中心位置，使視場(chǎng)內(nèi)可均勻照明，一般情況會(huì)出現(xiàn)燈絲像，

可加中性濾光片使視場(chǎng)照明均勻。

e雙目觀察鏡的調(diào)整首先應(yīng)調(diào)節(jié)雙目鏡筒的距離與瞳孔距離一致，并在眼基尺上讀

出數(shù)值，然后轉(zhuǎn)動(dòng)雙目鏡筒上的調(diào)節(jié)圈使調(diào)節(jié)圈上的刻度指示與眼基距離尺的讀數(shù)一致，則

雙視場(chǎng)重合成像最清晰。

f顯微鏡的聚焦將五個(gè)物鏡及物鏡接筒裝于轉(zhuǎn)換器，先用低倍物鏡觀察使試樣成像

最清晰，然后再逐步調(diào)整高倍率物鏡進(jìn)行觀察。

2、儀器落射光干涉相襯裝置的使用

首先按常規(guī)使用方法進(jìn)行儀器的調(diào)整

a首先將物鏡的五孔轉(zhuǎn)換器上安裝干涉相襯棱鏡座及物鏡，然后將轉(zhuǎn)換器插入插孔，

以免進(jìn)行干涉法測(cè)量。

b把起偏鏡與檢偏鏡加入光路，檢偏鏡的角度轉(zhuǎn)至0°即起偏鏡與檢偏鏡正交，此時(shí)在

視場(chǎng)內(nèi)可見(jiàn)到干涉色彩。

c轉(zhuǎn)動(dòng)諾瑪斯基棱鏡座上的移動(dòng)螺絲，便可以改變干涉色彩，樣品上不同的相出現(xiàn)不

同的顏色，所觀察的試樣出現(xiàn)一種立體浮雕感。

另外有關(guān)干涉相襯顯微鏡的各種使用要求請(qǐng)?jiān)敿?xì)看說(shuō)明書(shū)后，才可以進(jìn)行儀器的使

用。

四實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及要求

1、用常規(guī)使用法進(jìn)行物鏡倍率的校正

根據(jù)實(shí)際情況所生產(chǎn)的光學(xué)儀器鏡頭，在部頒標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，生產(chǎn)的顯微鏡的物鏡放大

倍數(shù)允許有5%的誤差，使用者為了能提高測(cè)量精度，進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，希望知道自己使用這

臺(tái)儀器物鏡的實(shí)際放大倍數(shù)PC實(shí)是多少，為此可用0.01mm的物鏡測(cè)微尺與10.分劃板聯(lián)景

目鏡來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

首先在載物臺(tái)上放置一塊0.01mm格值的物鏡測(cè)微尺，把待校測(cè)的顯微鏡裝好，并調(diào)

焦距成像。然后用眼睛通過(guò)10.分劃板取景目鏡（內(nèi)有0.01mm格值的刻尺）進(jìn)行讀數(shù)測(cè)量.

在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，是以0.01mm小格的N倍為一度量單位（N可取5或10）,這樣J

以消除測(cè)量誤差。則物鏡的實(shí)際放大倍率PC實(shí)為:

PC_分劃板取景目鏡格數(shù)

實(shí)測(cè)微目鏡N格數(shù)x0.01（〃〃"）

2、測(cè)量物體的實(shí)際長(zhǎng)度

我們測(cè)量校準(zhǔn)物鏡的實(shí)際放大倍率PC實(shí)后，再利用10*分劃板目鏡的刻尺，即可進(jìn)行

物體實(shí)際長(zhǎng)度的測(cè)量d實(shí)。

待測(cè)樣品置于載物臺(tái)上，再用校準(zhǔn)好倍率的物鏡進(jìn)行樣品實(shí)際長(zhǎng)度d實(shí)的測(cè)量。

“產(chǎn)卑黑典MMx?！梗āá?/p>

實(shí)物鏡的實(shí)際放大倍率PC實(shí)

3、分別對(duì)儀器的顯微物鏡的標(biāo)稱值PC10

PC25,PC40,PC60,進(jìn)行實(shí)際放大倍率的校正。

4、對(duì)光纖絲的芯徑和包層的直徑進(jìn)行測(cè)量。

5、觀察微通道板的面型結(jié)構(gòu)，并畫(huà)出示意圖，再測(cè)量微通道板，單根通道的內(nèi)壁直

徑d內(nèi)，單根通道的壁厚及微通道板復(fù)絲直徑的測(cè)量d^,并根據(jù)你的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)

算，判斷每個(gè)復(fù)絲中所包含單通道的個(gè)數(shù)？（通過(guò)畫(huà)圖表示之）

6、用落射光的干涉相襯法觀察樣品GaAs表面的面型及表面的缺陷，并掌握儀器干涉

相襯裝置的使用方法。

為了測(cè)量方便及工整請(qǐng)將按下面表格填寫(xiě)測(cè)量數(shù)據(jù)。

標(biāo)稱放大倍PC10PC25PC40PC60

率

目鏡分劃板

讀數(shù)

測(cè)微尺讀數(shù)

實(shí)際放大倍

率

標(biāo)稱放大倍PC10PC25PC40

率

芯徑的測(cè)量

值

芯徑的實(shí)際芯徑

值平均值

包層的測(cè)量

值

包層的實(shí)際包層

值平均值

PC401234平

均值

微通道板單

絲芯徑d內(nèi)

微通道板單

絲外徑d外

微通道板壁

厚心一介

2

PC40的實(shí)際

放大倍率

PC101234平

均值

復(fù)移直徑d

夏

PC10的實(shí)

際倍率

復(fù)絲的實(shí)際

直徑dH

五思考題

1、請(qǐng)你簡(jiǎn)要地說(shuō)明落射式干涉相襯顯微鏡的工作原理？為什么能在樣品的觀察表面

上有彩色感？

2、你通過(guò)顯微鏡所觀察到微通道板的單復(fù)絲邊界是什么形狀的？你如何計(jì)算單復(fù)絲

的面積？

3、試問(wèn)用干涉相襯法還能進(jìn)行哪些方面的測(cè)量？各有什么用途。

實(shí)驗(yàn)五紅外探測(cè)器D*測(cè)量

紅外輻射投射到處于一定工作條件下的探測(cè)器光敏面上，探測(cè)器的輸出信號(hào)V；

與入射?平均輻射功率之比,稱之為探測(cè)器的響應(yīng)度,即■

P

投射到探測(cè)器接受面上光輻射所產(chǎn)生的輸出電壓等于探測(cè)器本身的噪聲電壓時(shí)的輻

射功率稱作“噪聲等效功率”，如果入射輻射功率為p測(cè)得的輸出電壓為iq探測(cè)器的噪聲

電壓為匕，則噪聲等效功率為：NEP=

噪聲等效功率雖然能表示出一個(gè)探測(cè)器的探測(cè)能力，但它的大小卻與探測(cè)器的接收面

積A,和放大器的測(cè)量帶寬Vf有關(guān)，因此僅用噪聲等效功率很難比較兩個(gè)不同探測(cè)器

的性能，理論分析表明，探測(cè)器的NEP與接收面的面積4,的平方根成正比與帶寬Vf的

平方根成正比，因而可以引入一個(gè)與A”和守?zé)o關(guān)的量來(lái)描述探測(cè)器的探測(cè)能力，取它

的倒數(shù)定義為探測(cè)率D*即

單位為

從上式可知，探測(cè)率D*實(shí)際上式一當(dāng)探測(cè)器的接收面積為單位面積，放大器的帶寬

為1赫時(shí)單位功率的輻射所能獲得的信噪比。它的數(shù)值越大表明探測(cè)器的性能越好，探測(cè)率

包含了噪聲和響應(yīng)度兩個(gè)因子。因此，在描述?個(gè)探測(cè)器的探測(cè)率時(shí)，必須說(shuō)明與上述兩個(gè)

因子有關(guān)的輻射源性質(zhì)，調(diào)制頻率和放大器的測(cè)量帶寬，例如：D*(500K,800,1)

表示以500K黑體做輻射源，調(diào)制頻率為800赫，放大器的測(cè)量帶寬為1赫時(shí)的探測(cè)

率。探測(cè)率的規(guī)定寫(xiě)法是D*(輻射源溫度，調(diào)制頻率，帶寬)

-實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)量探測(cè)器的響應(yīng)度和探測(cè)率的簡(jiǎn)圖如卜

頻

.置

體

制

放

放

光

輻測(cè)

大

大

柵

射器

器

器

源

溫度控制儀工作電源偏壓源

接收系統(tǒng)

有探測(cè)器（本實(shí)驗(yàn)采用pbs光電探測(cè)器）接收到經(jīng)過(guò)調(diào)制的輻射訊號(hào)之后,轉(zhuǎn)化為電訊

號(hào)，電訊號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器放大之后街道選頻放大器進(jìn)行測(cè)量.前置放大器在接收系統(tǒng)中起

阻抗的作用.

接收器所接收能量的計(jì)算

在實(shí)際測(cè)量時(shí),除黑體輻射源本身的輻射外,黑體周?chē)拿劫|(zhì)也有輻射,如調(diào)制盤(pán)，則

黑體與靠近它的調(diào)制盤(pán)之間發(fā)生能量交換，因此，黑體真正的能量損失即為因黑體輻射失去

的能量和黑體表面自制盤(pán)獲得的能量直插.如果調(diào)制盤(pán)的輻射也具有黑體輻射的性質(zhì)，則黑

體單位時(shí)間向空間輻射的功率為

T為黑體輻射，1為調(diào)制盤(pán)溫度（即環(huán)境溫度），cr為斯特蕃-波爾茲曼常數(shù),黑

體的輻射亮度

Mcr（r-T4）

Lr=——=---------

7in

如果黑體空的面積為4探測(cè)器的面積為片，黑體孔與探測(cè)器距離為D,若D?4

和Ab,,且黑體孔與?探測(cè)器同軸放置，使得c°s6=cos3=\則探測(cè)器所接收到的輻射功

率為：

力44_。（廠—"）44

DzTIDZ

因?yàn)檩椛涫墙?jīng)過(guò)調(diào)制的，因?yàn)楸仨氂?jì)入經(jīng)過(guò)調(diào)制后的能量損失，即乘上一個(gè)能量轉(zhuǎn)換

因子叫本實(shí)驗(yàn)采用等校正弦調(diào)制（調(diào)制盤(pán)孔寬等于調(diào)制齒寬均為r,而且這個(gè)寬度r與黑體孔

徑R相比滿足r/R=l.15的比例關(guān)系）則能量轉(zhuǎn)換因子m—\l2-V2，因此,探測(cè)器是季

節(jié)收到的輻射功率為：

1—ffb

nD7

若黑體溫度,環(huán)境溫度,黑體孔面積,探測(cè)器面積，黑體控制探測(cè)器距離.能量轉(zhuǎn)換因子

m已知，則可利用上述直接計(jì)算出探測(cè)器接收到的黑體輻射能.

二、實(shí)驗(yàn)步驟：

將黑體輻射與探測(cè)器調(diào)節(jié)至同軸.

確定黑體至探測(cè)器之間的距離.

將黑體溫度調(diào)制至500k,用選頻放大器測(cè)量訊號(hào)電V與噪聲電壓V計(jì)算響應(yīng)度R

sN

和探測(cè)率D*。

利用不同光欄孔改變黑體輻射能的大小，測(cè)量訊號(hào)電壓V與探測(cè)器接收到的能量p

S

之間的關(guān)系（V—P）,檢查探測(cè)器的線性（即訊號(hào)電壓是否與入射能量成正比）。

S

改變調(diào)制頻率，觀察訊號(hào)電壓V與調(diào)制頻率f之間的關(guān)系。

5

改變探測(cè)器偏壓源電壓，觀察V與K，和偏壓之間的關(guān)系。

sN

實(shí)驗(yàn)六Pbs探測(cè)器光譜響應(yīng)度測(cè)試

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

學(xué)習(xí)測(cè)量光電接收器相對(duì)光譜響應(yīng)曲線的?種方法。

測(cè)出硫化鉛光敏電阻相對(duì)光譜響應(yīng)曲線。

實(shí)驗(yàn)儀器：

單色儀WDS-J2型1臺(tái)

標(biāo)準(zhǔn)色溫?zé)簦◣Х€(wěn)壓電源）1臺(tái)

熱釋電紅外探測(cè)器1只

硫化鉛光敏電阻1只

測(cè)量放大器FD—1型1臺(tái)

三.實(shí)驗(yàn)原理：

光譜響應(yīng)是光探測(cè)器的主要特性之一，而且是光探測(cè)器作為光度儀器必須測(cè)定的一個(gè)

特性。硫化鉛光敏電阻在室溫下對(duì)于可見(jiàn)光和近紅外有較高的靈敏度，是目前工業(yè)科研和軍

事上應(yīng)用較多的一種紅外探測(cè)器。

以相同功率的單色輻射照射到探測(cè)器上所產(chǎn)生訊號(hào)與輻射波長(zhǎng)的關(guān)系叫做光譜響應(yīng)，

通常用單色輻射的響應(yīng)，有時(shí)給出準(zhǔn)確的測(cè)量值，有時(shí)只給出相對(duì)數(shù)值。前者給出絕對(duì)光譜

響應(yīng)后者給出相對(duì)光譜響應(yīng)。

在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用參考熱釋電紅外探測(cè)器法來(lái)測(cè)量硫化鉛光敏電阻的相對(duì)光譜響

應(yīng)，采用無(wú)選擇性的熱釋電紅外探測(cè)器做為基準(zhǔn)，首先將它置于單色儀的出射狹縫后面。此

時(shí)，光源在穩(wěn)恒的工作電流通過(guò)下。有穩(wěn)定的光功率輸出，轉(zhuǎn)動(dòng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)鼓，使所需要的各種

波長(zhǎng)依次入射在熱釋電探測(cè)器的接收面上，其輸出電動(dòng)勢(shì)與光源

四.實(shí)驗(yàn)步驟

1、調(diào)整光源位置，使燈絲實(shí)象正好落在單色儀狹縫上，并將入射狹縫和出射狹縫調(diào)

到適當(dāng)寬度。

2、按圖接好線路，把熱釋電探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)單色儀的出射狹縫，擋住光源，調(diào)整測(cè)量放

大器的零點(diǎn)。

3.轉(zhuǎn)動(dòng)單色儀的鼓輪按給定的波長(zhǎng)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，記下相應(yīng)波長(zhǎng)時(shí)熱釋電探測(cè)器

的輸出電壓值。做出光源的光譜能量曲線。

4、將熱釋電探測(cè)器換成硫化鉛光敏電阻，重復(fù)上述測(cè)試記下相應(yīng)波長(zhǎng)時(shí)硫化鉛光敏

電阻的輸出電壓值。

5、以上測(cè)試過(guò)程，每次重復(fù)三遍，取算術(shù)平均值，然后計(jì)算出硫化鉛光敏電阻的相

對(duì)光譜響應(yīng)，并畫(huà)出相對(duì)光譜相應(yīng)曲線。

實(shí)驗(yàn)七光通量測(cè)量

一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1掌握在光通球內(nèi)，用比較法測(cè)量鴇絲燈光通量的原理和方法;

2了解光通球的結(jié)構(gòu)；

3了解數(shù)字式照度計(jì)利數(shù)字電壓表的使用方法及注意事項(xiàng)。

二實(shí)驗(yàn)原理

光通球又稱積分球或球形光度計(jì)，它是一個(gè)內(nèi)部空的完整球殼，內(nèi)壁涂有白色漫反射

層，球殼上開(kāi)了一個(gè)窗口，放置光電接受器件，如圖1-1所示，一光通球，其中c是待測(cè)燈,

可放在球內(nèi)任意位置，因?yàn)榍騼?nèi)涂白色漫反射層，可把它看是漫反射率為。的理想中性漫

反射面，球的半徑為R,燈發(fā)出的總光通量為。，在球壁

上任取一點(diǎn)B,在該點(diǎn)的照明度是光源C直接照射產(chǎn)生的

照度，第一次漫反射光產(chǎn)生的照度等許多部分的疊加。設(shè)

光源直接照射B點(diǎn)的照射度為E。并第一次漫反射光通量

為p*由于把球壁看成中性理想反射面，故「。均勻分

布整個(gè)球內(nèi)壁。所以，第一次漫反光在B點(diǎn)的照明為：

片二用

4成2

顯然，第二次漫反射后的光通量為它也是均圖1-1積分球示圖

n20)

勻分布整個(gè)球內(nèi)壁，故第二次漫反射在B點(diǎn)產(chǎn)生的照度為：￡2=-^—-

-4成2

同理可求得第三次，第四次漫反射光在B點(diǎn)產(chǎn)生的照度為：&

34成2

E

44成2

因此，在B點(diǎn)的總照度為以上個(gè)部分照明度之和，即為：

?展02①

E=EQ+E+[E?+E3+&)H-----H----7+

4成24欣2

L網(wǎng)八2、L①

…4+(1+°+〃+……砌P

1一「

其中耳)是燈C直接照射在B點(diǎn)產(chǎn)生的照度，心的大小僅與B點(diǎn)的位置有關(guān)，如果在

C與B之間放一個(gè)擋屏，擋去直接照射B點(diǎn)的光，則心等于零，因而在B點(diǎn)的照明度為：

"一①P

E——.

4旅2l-p

由上式可以看出R與夕是常數(shù)，因此，球壁上任意位置的照明度與燈光通量成正比,

由此，可通過(guò)球壁窗口上的照度計(jì)測(cè)出燈光的照度，進(jìn)而算出光通量。我們實(shí)際測(cè)量是用比

較法。用比較法測(cè)量可以消除光通球不能滿足理論光通球不能滿足理論光通球的要求所帶來(lái)

的誤差。用比較法測(cè)量原理如下：

如果光源為標(biāo)準(zhǔn)燈時(shí)的照度及光源為待測(cè)燈時(shí)的照明已測(cè)定，則根據(jù)照度與總光通量

成正比的關(guān)系可列下式：三

①o

標(biāo)準(zhǔn)燈的總通量已知，則很容易算出待測(cè)燈的總通量埼它可由下式求出：

E

4、埼分別為標(biāo)準(zhǔn)燈和待測(cè)燈的總光通量，單位為流明。E。、片分別為標(biāo)

E。

準(zhǔn)燈和待測(cè)燈在球壁上產(chǎn)生的漫反射照度。

實(shí)際光通球的結(jié)構(gòu)：

球形光度計(jì)是由光通球與照度計(jì)組成,其結(jié)構(gòu)如圖『2球的大小應(yīng)視被測(cè)光源的尺寸

而定。燈C通常放在球中心，擋屏介于燈于窗口之間，距窗口為2/3R。加擋屏后，燈發(fā)出

的光不能直接到達(dá)AB處，同時(shí),在球壁ED處的漫反射光也不能直接到達(dá)窗口射向硒光電池。

擋屏的尺寸應(yīng)該由光源的尺寸決定，只要能擋住去燈直接射到窗口的光就可以了。

在光通球

的窗口上放一塊

無(wú)色雙面磨光的

毛玻璃或毛面乳

白玻璃，它的位

置正好在球面

上，毛玻璃后面

為可變光擋和中

性感光片組，他

們都是用來(lái)調(diào)節(jié)

進(jìn)入硒光電池光

通量的。用了圖1-2

V（4）濾光器后，

可以測(cè)各種色溫?zé)舻墓馔俊Ｑ荆?1）濾光器后面就是硒光電池，硒光電池的兩個(gè)極聯(lián)到電流

表，硒光電池應(yīng)處在線性響應(yīng)范圍內(nèi)工作。

三實(shí)驗(yàn)儀器

1、光通球（積分球）;

2、標(biāo)準(zhǔn)燈組；

3、待測(cè)燈組；

4、電子交直流穩(wěn)壓器；

5、晶體管直流穩(wěn)壓器；

6、標(biāo)準(zhǔn)電阻;

7、數(shù)字電壓表；

8,數(shù)字照度計(jì)；

四、實(shí)驗(yàn)步驟：接好電路，經(jīng)教師檢查后，再按下述步驟進(jìn)行；

1、依次打開(kāi)電子交直流穩(wěn)壓器，晶體管直流穩(wěn)壓器，數(shù)字電壓表電源開(kāi)關(guān)；

2、測(cè)量所需的電流、電壓，注意各電表量程；

3、打開(kāi)積分球，分別將標(biāo)準(zhǔn)燈和待測(cè)燈安在燈架上；

4、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)晶體管直流穩(wěn)壓器的輸出調(diào)節(jié)旋鈕，緩慢的調(diào)至被測(cè)燈或標(biāo)準(zhǔn)燈所需

的電流，要注意觀察數(shù)字電壓表的讀數(shù)；

5、每次測(cè)試時(shí)，光源要穩(wěn)定十分鐘后記錄：電流、電壓、和照度數(shù)值；

6、每次測(cè)完一個(gè)燈后，小心取下燈泡，再換另一個(gè)，每個(gè)燈泡的測(cè)量都要予熱十分

五、實(shí)驗(yàn)要求及數(shù)據(jù)處理：

要求：

1、實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)講義

2、要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)步驟的規(guī)定，認(rèn)真記錄數(shù)據(jù);

3、要以一只燈為例，寫(xiě)出詳細(xì)計(jì)算過(guò)程。

數(shù)據(jù)處理：

1、數(shù)據(jù)記錄要求三位有效數(shù)字；

2、算出待測(cè)燈的總光通量和發(fā)光效率；

3、計(jì)算相對(duì)誤差。

記錄表格：

弋、項(xiàng)目

照度E(LUX)及測(cè)量次數(shù)光%

電電

通量中光效率

流(A)壓(V)123

均值(Lm)Lm/w

準(zhǔn)燈

測(cè)燈

實(shí)驗(yàn)八用雙色法測(cè)量鋁絲燈的溫度

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

學(xué)會(huì)用雙色法測(cè)色溫的基本方法并側(cè)幾個(gè)鴇絲燈的色溫。

二、實(shí)驗(yàn)儀器：

1、反射式單色儀（WDS-J2型）;

2、標(biāo)準(zhǔn)色溫?zé)簦?/p>

3、穩(wěn)壓電源；

4、硒光電池；

5、光點(diǎn)檢流計(jì)；

6、待測(cè)鴇絲燈。

三、實(shí)驗(yàn)原理：

當(dāng)灼熱體的溫度很高或者是灼熱體不能直接接觸時(shí)，測(cè)量它的溫度是較為困難的。為了

測(cè)量灼熱體的真實(shí)溫度，我們來(lái)定義顏色溫度，并給出他和真實(shí)溫度的關(guān)系，只要給出顏色

溫度的測(cè)量方法。自然會(huì)計(jì)算真實(shí)溫度。

顏色溫度的第一定義;“輻射體的相對(duì)光譜分布和絕對(duì)