光电子学实指导书

《光电子学》实验指导书

何宁编

桂林电子科技大学

2013年4月

前言

在现代通信系统中，利用光电子技术实现无线通信，保证通信的有效性是未来通信领域的一门新兴技术和发展方向。二十世纪下半叶，半导体的研究导出了微电子集成电路，同时也制造出了光电器件，它们对信息技术和计算机技术产生了极大的影响，由于微电子技术在向“微”方向的发展上不久将接近极限，而光电子技术还会继续向纵深发展，其应用面将会进一步扩大。

由于光通信具有波束隐蔽、接收天线小、通信速率高、抗电磁干扰和保密性强等优点，1960年激光出现以来，激光技术以其强大的生命力推动着光电子技术的发展，它在民用、医疗和军事方面都得到广泛应用，激光探潜、激光雷达、激光成像、激光测距、激光跟踪、激光制导等技术不断涌现，尤其近几年开展的大气光通信和水下光通信都有较好的实际应用，可以说二十一世纪是光电子技术的时代。

由于光电子技术是一门内容广泛的技术科学，而实验是课堂教学的延伸，通过基本实验可加深对课堂内容的理解，提高同学们的系统概念和实际操作能力，为日后工作和科学研究打下良好的基础。

光束调制

一、 实验目的

1、 理解电光转换的机理，了解内调制和外调制的实现方法。

2、 掌握光束的衍射角的定义和计算。

3、 熟悉常用电光器件和光测试设备的使用。

二、 实验内容及要求

1、 完成光束的直接光强度调制和声光调制。

2、 测试声光调制器的插入损耗和衍射角。

三、 实验原理及步骤

激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，并与无线电波相似。按其工作波长的不同可分为红激光（632nm ）、绿激光（532nm ）、蓝激光（473nm ）三种，将信息加载于激光（载波）的过程称为调制，起控制作用的低频信息称为调制信号。

光波的电场强度为

)cos()(C C C A t E ?ω+=

应用某种物理方法改变光波的振幅（Ac ）、频率（C ω）、相位(C ?)、强度和偏振等参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制。

根据调制器与激光器的关系，激光束调制的方法可分为内调制（直接调制）和外调制（间接调制）两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制，主要用于光通信的注入式半导体光源中。外调制是指激光形成后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。

直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。根据调制信号的不同类型，直接调制可分为模拟调制和数字调制两种，它们都是对光源进行直接强度调制，调制后的输出光功率是随调制信号而变化的。

声光调制器是由声光介质、电－声换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组成，声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。当一束光通过变化的声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，衍射光的强度随超声波强度的变化而变化，调制信号是以电信号（幅度）形式作用于电－声换能器上，再转换为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。声光调制器原理如图1，直接强度调制原理如图2， 开关K 是连续光和脉冲光的切换开关。

＋V

图1 声光调制原理 图2 电光调制电路

实验步骤

直接调制（激光器波长为630nm ，激光驱动电路板）

1、 开启激光器控制电路，调整光路使连续光打在1米外的光靶上，并测出其光功率。

2、 将连续光切换为脉冲光，由信号源输出调制信号频率为1000Hz 的TTL 方波信号直

接驱动激光器，使它发出断续的激光。

3、 在光靶上观察光斑情况，并改变信号源的频率使其在1Hz ～500Hz 间变化，同时观

察光斑在光靶的变化。

间接调制（激光器波长为532nm ，声光调制器）

4、 开启激光器，在光路上离光源20厘米处放置一声光调制器。

5、 调整微调装置，使光束穿过声光调制器的小孔并打在光靶上，测出穿过声光调制器

前后的光功率，计算声光调制器的插入损耗。

6、 加入1000Hz 的TTL 方波调制信号到声光调制器，在光靶上观察光的衍射现象，记

下光斑衍射级数，测试衍射角。

四、 实验框图

图4 间接强度调制（外调制）

五、 实验设备

1、激光器

2、声光调制器

3、稳压电源

4、信号源

5、光功率计 六、实验报告

1、整理实验数据，分析实验结果。

2、简要说明内调制和外调制实现方法，并分析两种调制方式的效率。

实验二 光束扫描

一、 实验目的

1、 掌握机械扫描的实现方法和参数测试。

2、学会对扫描速度和偏转角的控制及光束实际扫描角度的数学计算方法。

3、熟悉常用电光器件和光测试设备的使用。

二、实验内容及要求

1、完成激光束的机械扫描和相关参数测试。

2、对实现电路和参数测试要深刻领会。

三、实验原理及步骤

光束扫描技术是激光应用的基本技术之一，实现的方法主要采用机械转镜、电光效应和声光效应等来实现。根据应用目的不同可分为光的偏转角连续变化的模拟式扫描和不连续的数字扫描。

机械扫描技术是目前最成熟的一种扫描方法，它是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动来实现光束扫描，图1给出机械扫描装置原理图。激光束入射到一可转动的平面反射镜上，当平面镜转动时，平面镜反射的激光束方向就会改变，达到光束扫描的目的。

旋转方向 旋转方向

光靶 A B 图1 机械扫描装置 图2 扫描光路图

激光束的机械扫描受温度影响小，光损耗小，适用于各种波长的扫描。通过编程可控制它的扫描速度和旋转角度。实验采用步进电机来实现光束的扫描，步进电机级数为四级，步进量为0.9度∕步，通过计算可确定平面镜旋转的角度，也就可测得光束在光靶上移动（扫描）的距离和光束转过的角度，其原理如图2所示，1θ与2θ是平面镜转动前的入射角和反射角，而'1θ与'

2θ是平面镜转动后的入射角和反射角。实验中步进电机控制电路与计算机并行口（打印口）连接，程序由C ＋＋实现。扫描光路如图3所示。

c 光点移动距离 A B

扫描后光路 Δθ a

b 扫描前光路

O

图3 光束位置关系

根据光的反射原理，激光束以某一角度入射，以法线为对称轴，入射光束和出射光束与

法线的夹角相等，当平面反射镜逆时针转过某一角度θ，入射光的位置和方向不变，由于法 线方向的改变，则出射光束将从原来位置A 移动到位置B ，光束扫描的角度θ?将等于θ2。

反射光线偏转角θ?可按下列规则计算：

入射光线水平入射，则ΔOAB 三点在同一水平高度，实际测量时应将三点投影到桌面上测出三角形的三条边，由余弦定理得：

ab

c b a 2cos 2

22-+=?θ 通过求反三角函数可得到θ?。 实验步骤

1、开启激光器，使它发出的连续光水平打在0.5米扫描装置的反射镜片上。

2、调整反射镜使入射光束以一定角度射入，记下出射光束打在光靶上的初始位置。

3、 启动计算机，在桌面上运行并口步进电机控制程序，选择界面的模式。

4、 单步模式下在界面上输入控制步进电机转动的速度、转度和方向参数。

5、 校准光路系统，使步进电机两次旋转360°，扫描时间在5～30间选择，点击单次

模式，观察光点是否能回到原来位置。

7、使光束在1.8°～36°间旋转，记下出射光束在反射镜转动后打在光靶的终点位置。

8、将镜面上光点及光靶上的两次光点投影到桌面上，测出光点间的距离长度值。

9、利用所测参数计算光束实际转过的角度，并与理论值进行对比。

10、选择自定义模式，在右边窗口中填入光束需要偏转的最大角度，左（L ）右(R)的参

数以法线为参考点。

11、点击“自定义”，使光束在小于40°左右范围内来回扫描，观察采用一维方式的光

束扫描情况，并测出实际扫描的角度。

四、实验框图

图3

五、实验设备

1、激光器

2、扫描装置

3、稳压电源

4、计算机

5、光功率计

六、实验报告

1、整理实验数据，分析实验结果。

2、说明光束扫描实验中实际测试值与理论值间误差的原因。

实验三： 光电探测

一、 实验目的

1、理解光电转换的机理，了解光电导效应和光伏效应的原理特性。

2、掌握光电探测的基本方法和技术。

3、熟悉常用光电器件和光测试设备的使用。

二、实验内容

1、用光敏电阻和光电二极管设计一光电探测电路。

2、对实现电路和参数测试要深刻领会。

三、实验原理及设计要求

利用光电导效应原理而工作的探测器称为光电导探测器。光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成pn 结，故也称为无结光电探测器。这种器件在光照下会改变自身的电阻率，光照愈强，器件自身的电阻愈小。这类器件常用的有光敏电阻和光导管，光敏电阻是没有极性的，它的电阻值相当于随光照强度而变化的可变电阻器。

光敏电阻的主要特性有光谱响应、照度伏安、频率响应和温度特性。理想情况下光电转换关系式为

γαP Ku i = 式中K 、α、γ均为常数，u 为偏压，P 为光照度。

在低偏压（几伏至几十伏）和弱光照（3110~10

-lx 条件下，α、γ可取1，光电转换式可变为

KuP i =

一般来说，光敏电阻的暗电阻在10M Ω以上，光照后电阻值显著下降，外回路电流明显变大，亮阻和暗阻之比在6210~10--之间，这一比值越小，光敏电阻的灵敏度越高。

利用pn 结的光伏效应而工作的探测器成为光伏探测器。根据光伏探测器的不同工作模式，通常有光电池和光电二极管之分。一个pn 结光伏探测器就等效为一个普通二极管和一个恒流源（光电流源）的并联，它的工作模式由外偏压回路决定。在零偏压时为光伏工作模式；当外回路采用反偏电压时为光导工作模式。光敏电阻和光电二极管的光电转换工作电路如图1和图2所示，g R 为光敏电阻，L R 为电信号探测电阻。

＋V V

g R

L R 图1 光敏电阻探测

当不同的光强照射在探测器时，pn结的耗尽层宽度发生变化，回路电流发生变化，在R L上就可获得随光照强度不同变化的电压，从而实现了光电探测。

设计要求：

分别用光电管和光敏电阻设计光路进行接收性能对比。

1、采用波长为532nm的连续输出激光器，测出其光功率。

2、利用声光调制器实现外调制，调制信号频率为1000Hz的TTL方波信号。

3、校准光路，确定声光调制器已工作在调制状态。

4、将设计电路的光电转换器件对准光路，切换探测方式，用示波器分别对两种探测器电路中各点波形进行测量比较，调整电路参数，使接收灵敏度达到设计指标要求。

5、改变发端调制信号的频率，观察接收端信号的变化情况，对比两种探测方式的频率

图3 光电探测实验系统参考框图

五、实验设备

激光器声光调制器稳压电源

信号源光功率计双踪示波器

六、实验报告

1、整理实验数据，分析实验结果，撰写设计报告。

2、说明光电导探测和光伏探测的区别。

3、分析信号经传输后影响波形失真的原因。

光电子技术实验感想

光电子技术实验感想 光电子技术，是电子和光子结合的一门技术。自从激光器的发明，解决了光频载波的产生问题，从此电子技术的各种基本概念（如放大与振荡、调制与解调、直接探测与外差探测、倍频、和频与差频等）几乎都一直到了光频段。电子学与光学之间鸿沟在概念上消失了，产生了光频段的电子技术，习惯说简称为光电子技术。当然由于波段拨通，电子波段和光波段在相应器件的结构上完全不同了。 经过一学期的学习与训练，使我从概念上理解了光电子技术这门课程的意义以及其广泛的应用。为了更好的熟悉这门课程，学院领导开放了实验室，提供了“电子技术实验”这门实验课程，对于我们这些学子来说，无疑是最美好的事情。有了这门实验课程，可以让我们从繁琐的书籍中解脱，加入到际、加具体、加容易让人感受的实验中去。我们在“电子技术实验”中，我们能将理论知识与实际实验过程相结合，在过程中加深对理论知识的理解与认识，在知识的牵引下体会在科技上的应用。 在“光敏二极管特性实验”与“硅光电池实验”中，了解到了光电实验电路模块的概念，还有ZY13OFSens12SB 主机箱的强大功能。据我了解，它是由湖北众友公司生产的光电传感器试验台。ZY13OFSens12SB 型光电传感器实验台，集中了目前常用的光敏元件和传感器，采用模块式组合构造。 在“光纤位移传感器实验”和“纤温度传感系统特性实验”中，让我认识到光电子技术在光纤传感器上的应用。作为光纤传感器，它让一些以前我们无法直接测量的物理量，通过电光的转换，实现了物理量的代换测量，使得我们对测量技术的发展有了显著的提升。 在CCD光电传感实验系列里，我们先了解到了CCD的组成以及其工作原理。之后，又进行实际操作测量CCD的主要特性参数，了解CCD的一些特征，接着运用CCD，对光电信号的二值化以及其测量上的运用。从这里可以看出，CCD器件除了最主要的光电成像以外，还在测量物理量的领域上也有着显著的作用。 实验的最后，我们又学习使用了电光、磁光调制的原理以及其对信号的处理效果的展示。通过实际操作和实际结果，更容易让我们接受以及理解调制的知识。 总的来说，总过实验，让我们学会了合理的选择传感器的原理和方法，培养了我们的动手能力，对新型光电子仪器有了更深的认识以及理解。 在这里，个人的一观点： 这次实验除了学到的东西外，还有个让人有点不能接受的地方，就是实验仪器的老旧化。由于仪器年代有点久远，导致大部分实验的仪器有损坏而不能使用，从而不能保证每位同学都能亲手操作到，这是我们进行实验时非常遗憾的事。当然，能有机会进入实验室，亲自进行实验，也是非常难得的机会。 在最后，感谢老师以及领导们给予我们的一次次宝贵的体验实验的机会，我很高兴能够从中得到锻炼、学到知识。

材料分析方法实验报告

篇一：材料分析方法实验报告 篇二：材料分析方法课程设计报告 材料分析测试方法 课程设计（论文） 题目：磁控溅射c/w多层膜成分及微观分析 学院材料科学与工程 专业材料化学 班级材化082 学生王维娜 学号 3080101296 指导教师陈迪春 起止时间 2010.12.27-2011.1.1 年 材料分析测试方法课程设计任务书 课程设计内容要求： 掌握高分辨透射电子显微镜样品制备方法，学习并了解真空镀膜 技术-磁控溅射技术，多层膜制备过程，以及其微观结构分析，成分 分析所用仪器和原理。 学生（签名） 月日 材料分析测试方法课程设计评语 指导教师（签名） 年日 目录 材料分析测试方法 ............................................................................. .. (1) 1.1 磁控溅射 ............................................................................. (5) 1.2 x射线衍射仪 ............................................................................. . (5) 1.3 透射电子显微镜 ............................................................................. (6) 1.4 x射线光电子能谱仪（xps） ........................................................................ (7) 第二章实验方法 ............................................................................. .. (9) 2.1 tem样品的制备方法 .............................................................................

光电子学实指导书

《光电子学》实验指导书 何宁编 桂林电子科技大学 2013年4月

前言 在现代通信系统中，利用光电子技术实现无线通信，保证通信的有效性是未来通信领域的一门新兴技术和发展方向。二十世纪下半叶，半导体的研究导出了微电子集成电路，同时也制造出了光电器件，它们对信息技术和计算机技术产生了极大的影响，由于微电子技术在向“微”方向的发展上不久将接近极限，而光电子技术还会继续向纵深发展，其应用面将会进一步扩大。 由于光通信具有波束隐蔽、接收天线小、通信速率高、抗电磁干扰和保密性强等优点，1960年激光出现以来，激光技术以其强大的生命力推动着光电子技术的发展，它在民用、医疗和军事方面都得到广泛应用，激光探潜、激光雷达、激光成像、激光测距、激光跟踪、激光制导等技术不断涌现，尤其近几年开展的大气光通信和水下光通信都有较好的实际应用，可以说二十一世纪是光电子技术的时代。 由于光电子技术是一门内容广泛的技术科学，而实验是课堂教学的延伸，通过基本实验可加深对课堂内容的理解，提高同学们的系统概念和实际操作能力，为日后工作和科学研究打下良好的基础。

光束调制 一、 实验目的 1、 理解电光转换的机理，了解内调制和外调制的实现方法。 2、 掌握光束的衍射角的定义和计算。 3、 熟悉常用电光器件和光测试设备的使用。 二、 实验内容及要求 1、 完成光束的直接光强度调制和声光调制。 2、 测试声光调制器的插入损耗和衍射角。 三、 实验原理及步骤 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，并与无线电波相似。按其工作波长的不同可分为红激光（632nm ）、绿激光（532nm ）、蓝激光（473nm ）三种，将信息加载于激光（载波）的过程称为调制，起控制作用的低频信息称为调制信号。 光波的电场强度为 )cos()(C C C A t E ?ω+= 应用某种物理方法改变光波的振幅（Ac ）、频率（C ω）、相位(C ?)、强度和偏振等参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制。 根据调制器与激光器的关系，激光束调制的方法可分为内调制（直接调制）和外调制（间接调制）两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制，主要用于光通信的注入式半导体光源中。外调制是指激光形成后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。根据调制信号的不同类型，直接调制可分为模拟调制和数字调制两种，它们都是对光源进行直接强度调制，调制后的输出光功率是随调制信号而变化的。 声光调制器是由声光介质、电－声换能器、吸声（或反射）装置及驱动电源等组成，声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。当一束光通过变化的声场时，由于光和超声场的互作用，其出射光就具有随时间而变化的各级衍射光，衍射光的强度随超声波强度的变化而变化，调制信号是以电信号（幅度）形式作用于电－声换能器上，再转换为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。声光调制器原理如图1，直接强度调制原理如图2， 开关K 是连续光和脉冲光的切换开关。

实验1紫外可见吸收光谱实验报告

实验一:紫外—可见吸收光谱 一、实验目的 1.熟悉和掌握紫外—可见吸收光谱的使用方法 2.用紫外—可见吸收光谱测定某一位置样品浓度 3.定性判断和分析溶液中所含物质种类 二、实验原理 紫外吸收光谱的波长范围在200~4０0,可见光吸收光谱的波长在400～8０0，两者都属于电子能谱，两者都可以用朗伯比尔（Lamber-Beｅr’s Law）定律来描述 Ａ=ε ｂc 其中A为吸光度；ε为光被吸收的比例系数；c为吸光物质的浓度，单位mol/L；b为吸收层厚度,单位cｍ 有机化合物的紫外-可 见吸收光谱,是其分子中外 层价电子跃迁的结果，其中 包括有形成单键的σ电 子、有形成双键的π电子、 有未成键的孤对n电子。外 层电子吸收紫外或者可见 辐射后，就从基态向激发态 (反键轨道）跃迁。主要有 四种跃迁，所需能量ΔE 大小顺序为σ→σ＊＞ n→σ*>π→π>ｎ→π＊ 吸收带特征典型基团 σ→σ＊主要发生在远紫外区C-C、C－H（在紫外光区观测不到) 跃迁一般发生在１50～250nm，因此在紫 n→σ* －OH、－NH 2 、—X、-S 外区不易观察到 跃迁吸收带波长较长，孤立跃迁一般发 π→π＊ 芳香环 生在20０ｎｍ左右 跃迁一般发生在近紫外区(２00~４00ｎ n→π＊ Ｃ＝O、C＝S、—Ｎ＝O、－N=N-、C=N ； m） １、开机 打开紫外－可见分光光度计开关→开电脑→软件→联接→Ｍ（光谱方法)进行调节实验需要的参数:波长范围 70０－36５nｍ 扫描速度高速；采样间隔： 0．５nm 2、甲基紫的测定

(１)校准基线 将空白样品（水）放到比色槽中,点击“基线”键，进行基线校准（2)标准曲线的测定 分别将5uｇ/ml、 10uｇ／ml 、15ug/mｌ、20ug/mｌ甲基紫溶液移入比色皿(大约2/3处），放到比色槽中，点击“开始”键，进行扫描，保存 （３）测定试样 将试样甲基紫溶液移入比色皿(大约2／3处)，放到比色槽中，点击“开始"键,进行扫描,保存 3、甲基红的测定 (１）校准基线 将空白样品(乙醇）放到比色槽中,点击“基线"键，进行基线校准 （2)测定试样 将试样甲基紫溶液移入比色皿（大约2/3处),放到比色槽中,点击“开始" 键，进行扫描，保存 四、实验结果 1.未知浓度的测定 分别测定了5μg/ml，10μg/ml，1５μg／ml,20μg／ml和未知浓度的甲基紫溶液的紫外吸收光谱,紫外吸收谱图如下: 甲基紫在５８0nｍ是达到最大吸收见下表: 浓度/μg＊ml—1吸光度 5０。66５ 10 1.２74 1５2．０４８

光电子学基础知识

第一章 光辐射与发光源 教学目的 1、掌握光波在各种介质中的传播特性。 2、了解光度学基本知识。 3、了解热辐射基本定律 教学重点与难点 重点：光波在电光晶体、声光晶体中的传播特性。 难点：光度学基本知识。 1.1电磁波谱与光辐射 1. 电磁波的性质与电磁波谱 光是电磁波。 根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或变化磁场 H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E ），这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 电磁波具有以下性质： ⑴ 电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以 电磁波是横波。H E 、和传播方向构成右手螺旋系。 ⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。 ⑶ 空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。 ⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H 。 ⑸ 电磁波在真空中传播的速度为c =，介质中的传播速度为 υ=

电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到g射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。图中还给出了各种波长范围（波段）。 图1 电磁辐射波谱 2. 光辐射 以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm，或频率在3′1016Hz~3′1011Hz范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用mm表示。波数的单位习惯用cm-1。 可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1~390nm。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，

光电子学与光子学讲义-作业答案(第1、2章)13版.doc

第一章 1.10 Refractive index (a) Consider light of free-space wavelength 1300 nm traveling in pure silica medium. Calculate the phase velocity and group velocity of light in this medium. Is the group velocity ever greater than the phase velocity? (b) What is the Brewster angle(the polarization angle qp) and the critical angle(qc) for total internal reflection when the light wave traveling in this silica medium is incident on a silica/air interface. What happens at the polarization angle? (c) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when the light beam traveling in the silica medium is incident on a silica/air interface? (d) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/silica interface? How do these compare with part (c) and what is your conclusion? 1.18 Reflection at glass-glass and air-glass interface A ray of light that is traveling in a glass medium of refractive index n1=1.460 becomes incident on a less dense glassmedium of refractive index n2=1.430. Suppose that the free space wavelength of the light ray is 850 nm. (a) What should the minimum incidence angle for TIR be? (b) What is the phase change in the reflected wave when the angle of incidence qi =85 ° and when qi =90° ? (c) What is the penetration depth of the evanescent wave into medium 2 when qi =85 ° and when qi =90° ? (d) What is the reflection coefficient and reflection at normal incidence (qi =0 ° )when the light beam traveling in the glass medium (n=1.460) is incident on a glass-air interface? (e) What is the reflection coefficient and reflectance at normal incidence when a light beam traveling in air is incident on an air/-glass interface (n=1.460)? How do these compare with part (d) and what is your conclusion? 1.20 TIR and polarization at water-air interface

《光电子技术实验》指导书

《光电子技术实验》指导书 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 2010年12月 实验规则及注意事项 由于本实验课所用设备属于高技术实验系统，许多组件价格昂贵，易于损坏，所以实验者在做实验前应该充分复习实验大纲上的内容，实验者在做实验时应注意以下几点事项： 1．操作光纤时应注意不能用力拉扯光纤，不能随意弯曲光纤。实验时不要用手碰动与实验无关的光纤部分。 2．实验调节电流时注意不要使工作电流超过限额。电流过大有可能损坏光源和光探测器以及其它有源器件。 3．不能直视光纤、激光器出射的光束！ 4．调节光学微调架时要小心、轻力，严禁强力搬拧光学微调架。 目录 实验1：光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 (4) 实验2：光纤温度传感系统特性实验 (8) 实验一.光源与光纤耦合调整及光纤损耗特性测量实验 一．实验目的 （1）了解提高光源与光纤耦合效率的原理及方法。重点掌握光路调整及光纤处理的基本方法。

（2） 了解光纤损耗的定义，掌握光纤衰减的测试方法。 二． 实验原理 1． 光源与光纤耦合调整实验原理 （1） 直接耦合：这种方法将光纤的端面直接靠近光源的发光面，为了保证耦合 的效率，光纤的端面必须经过特殊处理，而且光纤端面与光源发光面的距离要尽可能的近。光源的发光面不应该大于纤芯的横截面面积，这是为了避免较大的耦合损耗。通常带尾纤的光源都使用这种耦合方式。这种耦合方法对光源耦合封装工艺技术要求较高。 （2） 使用透镜耦合：具体方法描述如下——将光源发出的光通过透镜聚焦到光 纤的纤芯上，可以使光源与光纤的耦合效率提高。具体原理见图1。 五维调节架五维调节架 图1.透镜耦合 （3） 利用五维调节架对光纤入端及出端进行位置调整，使输出功率达到最大。 （4） 耦合效率的计算（适合所有的耦合方法）： 2 1P P ≡η 其中P 1为输出功率，P 2为输入功率。 2． 光纤损耗特性测量实验 光纤衰减是光纤中光功率减少量的一种度量，它取决于光纤的工作波长类型和长度，并受测量条件的影响。

半导体a谱仪实验报告

实验6：半导体α谱仪 实验目的 1．了解α谱仪的工作原理及其特性。 2．掌握应用谱仪测量α粒子能谱的方法。 3．测定241Am核素的α衰变的相对强度。 内容 1．调整谱仪参量，测量不同偏压下的α粒子能量，并确定探测器的工作偏压。 2．测定谱仪的能量分辨率，并进行能量刻度。 3．测量未知α源的能谱，并确定α粒子能量。 原理 半导体α谱仪的组成如图1所示。 金硅面垒探测器是用一片N型硅，蒸上一薄层金（100-2000 A），接近金膜的那一 层硅具有P型硅的特性，这种方式形成的PN结靠近表面层，结区即为探测粒子的灵敏区。探测器工作加反向偏压。α粒子在灵敏区内损失能量转变为与其能量成正比的电脉冲信号，经放大并由多道分析器测出幅度的分布，从而给出带电粒子的能谱。偏置放大器的作用是当多道分析器的道数不够用时，利用它切割、展宽脉冲幅度，以利于脉冲幅度的精确分析。为了提高谱仪的能量分辨率，探测器要放在真空室中。另外金硅面垒探测器一般具有光敏的特性，在使用过程中，应有光屏蔽措施。 金硅面垒型半导体α谱仪具有能量分辨率高、能量线性范围宽、脉冲上升时间快、体积小和价格便宜等优点，在α粒子及其它重带电粒子能谱测量中有着广泛的应用。 带电粒子进入灵敏区，损失能量产生电子空穴对。形成一对电子空穴所需的能量w，与半导体材料有关，与入射粒子的类型和能量无关。对于硅，在300K时，w为3.62eV，77K时为3.76eV。对于锗，在77K时w为2.96eV。若灵敏区的厚度大于入射

粒子在硅中的射程，则带电粒子的能量E 全部损失在其中，产生的总电荷量Q 等于 e w E )/(。w E /为产生的电子空穴对数，e 为电子电量。由于外加偏压，灵敏区的电 场强度很大，产生的电子空穴对全部被收集，最后在两极形成电荷脉冲。通常在半导体探测器设备中使用电荷灵敏前置放大器。它的输出信号与输入到放大器的电荷量成正比。 探测器的结电容d C 是探测器偏压的函数，如果核辐射在探测器中产生电荷量为Q ，那么探测器输出脉冲幅度是d C Q /。因此，由于探测器偏压的微小变化所造成的d C 变化将影响输出脉冲的幅度。事实上，电源电压的变化就可以产生偏压近种微小变化。此外，根据被测粒子的射程调节探测器的灵敏区厚度时，也往往需要改变探测器的偏压。要减少这些变化对输出脉冲幅度的影响，前级放大器对半导体探测器系统的性能越着重要的作用。图2表示典型探测器的等效电路和前置放大器的第一级。其中一K 是放大器的开环增益，f C 是反馈电容，1C 是放大器的总输入电容，它等于 '',C C C d +是放大器插件电缆等寄生电容。前置放大器的输入信号是d C Q /，它的等 到效输入电容近似等于f KC ，只要1C KC f >>，那么前置放大器的输出电压为 f f C Q C K C KQ V - =++- =)1(10 （ 1 ） 这样一来，由于选用了电荷灵敏放大器作为前级放大器，它的输出信号与输入电荷Q 成正比，而与探测器的结电容d C 无关。 1. 确定半导体探测器偏压

光电子技术实验讲义

《光电了技术实验》 实验讲义 光信息教研室

2012年9月

目录 实验一LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试............. - 2 -实验二光纤数值孔径测量实验................ - 8 - 实验三光源调制与解调实验 (10) 实验四电光调制实验 (15) 实验五声光调制实验 (19) 实验六、APD特性参数的测量 (25)

实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试 、实验目的 1、通过测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线，计算阈 值电流（I th ），掌握LED 发光二极管和LD 半导体激光器的工作特性。 、实验内容 1、测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线。 三、 实验仪器 1、 LD 激光二极管（带尾纤输出， FC 型接口） 1 只 2、 LED 发光二极管 1 只 3、 LD/ LED 电流源 1 台 4、 光功率计 1 台 5、 万用表 1 台 四、 实验原理 激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放 大而产生激光振荡的。激光，其英文 LASER 就是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiatio n （受激辐射的光放大）的缩写。 1、半导体激光器的结构 半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体，由于邻近原子的作用，电子所处的能 态扩展成能级连续分布的能带，如下图（ a ）所示，能量低的能带称为价带，能量高的能带称为 导带，导带底的能量 Eu 和价带顶的能量E 之间的能量差E u E l E g 称为禁带宽度或带隙， 不同的半导体材料有不同的带隙。本征半导体中导带和价带被电子和空穴占据的几率是相同的， N 型半导体导带被电子占据的几率大， P 型半导体价带被空穴占据的几率大。如下图（ b ）、 （c ） 所示。 图1半导体激光器的电子和空穴分布 半导体激光器的结构多种多样，基本结构是下图所示的双异质结平面条形结构。这种结构由 三层不同类型半导体材料构成，中间层通常为厚度为 0.1?0.3卩m 的窄带隙P 型半导体，称为有 源层，作为工作介质，两侧分别为具有较宽带隙的 N 型和P 型半导体，称为限制层。具有不同带 隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结。有源层与右侧的 导带 ? 4 * 4 ? ? ? ? ? ? ?* 带常 Eg 1 E L Q Q O 匚|_ O Q O O o O 卒征半导体 N 型半导体 a b N 层之间形成的是 P--N 异质 P 型半导体

透射电镜实验报告

透射电镜实验报告 实验报告 课程名称电镜技术成绩姓名学号实验日期 2013.3.27 实验名称透射电子显微镜原理、结构、性能及成像方指导教师 式 一、实验目的与任务 1. 初步了解透射电镜操作过程 2. 初步掌握样品的制样方法(主要是装样过程) 3.拍摄多晶金晶体的低分辨率照片(<300000倍)和高分辨率照片(>300000 倍)，并对相关几何参数、形态给予描述。用能谱分析仪对样品的成分进行分析。 二、实验基本原理 1.仪器原理 透射电子显微镜是以图像方式提供样品的检测结果，其成像的决定因素是样品对入射电子的散射，包括弹性散射和非弹性散射两个过程。样品成像时，未经散射的电子构成背景，而像的衬底取决于样品各部分对电子的不同散射特性。采用不同的实验条件可以得到不同的衬底像，透射电子显微镜不仅能显示样品显微组织的形貌，而且可以利用电子衍射效应同样获得样品晶体学信息。本次实验将演示透射电镜的透射成像方式和衍射成像方式。 (1)成像方式 电子束通过样品进入物镜，在其像面形成第一电子像，中间镜将该像放大，成像在自己的像面上，投影镜再将中间镜的像放大，在荧光屏上形成最终像。 (2)衍射方式

如果样品是晶体，它的电子衍射花样呈现在物镜后焦面上，改变中间镜电流，使其对物镜后焦面成像，该面上的电子衍射花样经中间镜和投影镜放大，在荧光屏上获得电子衍射花样的放大像。 2.仪器结构 主机主要由:照明系统、样品室、放大系统、记录系统四大部分构成。 3.透射电子显微镜的样品制备技术 4.图像观察拍照技术 透射电镜以图像提供实验结果。在观察样品之前对电子光学系统进行调查，包括电子枪及象散的消除。使仪器处于良好状态。观察过程中选合适的加速电压和电流。明场、暗场像及选区电子衍射的观察和操作方法不同，应按况选择。三、实验方法与步骤 1( 登陆计算机 2( 打开操作软件 3( 检查电镜状态 4( 装载样品 5( 插入样品杆 6( 加灯丝电流 7( 开始操作 8( 结束操作 9( 取出样品杆 10( 卸载样品 11( 刻录数据 12( 关闭操作软件 13( 退出计算机

光子学与光电子学 原荣邱琪 习题题解

《光子学与光电子学》 习题及题解 原荣 邱琪 编著 第1章 概述和理论基础 1-10 计算每个脉冲包含的光载波数 考虑工作在1 550 nm 波长的10 Gb/s RZ 数字系统，计算每个脉冲有多少个光载波振荡？ 解：已知λ = 1.550 μm ，所以光频是Hz 101.93514×==λc f ，光波的周期是 1T f ==5.168×10?15 s 。 已知数字速率是10 Gb/s RZ 码，所以脉冲宽度是T = 1/(10×109) = 10?10 s ，所以在该脉冲宽度内的光周期数是 19349015.168/101510ele =×==??T T N 1-11 计算LD 光的相干长度和相干时间 单纵模LD 的发射波长是1550 nm ，频谱宽度是0.02 nm ，计算它发射光的相干时间和相干长度。 解：由题可知，λ = 1550×10?9 m ，Δλ = 0.02 × 10?9 m ，从式（3.1.18）可知 ()()Hz 102.5100155/1031020.0/929 892×=××××=Δ=Δ??λλc v 于是，相干时间是 019104)102.5/(1/1?×=×=Δ≈Δv t s 或者 0.4 ns 相干长度是 12.010*******c =×××=Δ=?t c l m 或者 12 cm 与LED 相比（见例1.3.4），LD 的相干长度是LED 的6.3×103倍。

第2章 光波在光纤波导中的传输 2-14 平面电介质波导中的模数 平面电介质波导宽为100 μm ，，490.11=n 084.12=n ，使用式（2.2.6）估算波长为1.55 μm 的自由空间光入射进该波导时，它能够支持的模数。并把你的估算与下面的取整公式进行比较 1π2Int +?? ????=V M 解：全反射的相位变化不能够大于π，所以φ /π 小于1。对于多模波导，φ>>V ，式（2.2.6） ()π2π2V V m ≈?≤φ。利用已知的参数和式（2.2.7），可以计算V 值如下： ()()21.3648.149.1105.11050π2π212 266212221=?×××=?=??n n a V λ 此时()06.23π/21.362π2=×=≤V m ，把0=m 模算上，就有24个模。利用取整公式可以算出该波导能够支持的模数()()23136.212Int 1π2Int =+×=+=V M 。 该题和例2.2.1比较，因为074.12=n 变为084.12=n ，波长由1.0 μm 变为1.5 μm ，所以波导能够支持的模数也减少了。 2-15 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度 已知自由空间波长λ = 0.85 μm ， 计算保证只有一个TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度。波导参数为n 1 = 3.6，n 2 = 3.55。 解：由式（2.2.9）可得到最大平板厚度为 μm 711.055.36.3258.02222221c =?=?=n n d λ 2-16 数值孔径计算 接收机PIN 光电二极管的光敏面是2 mm ，使用1cm 的透镜聚焦，透镜和PIN 管之间为空气，计算接收机的数值孔径。 解：因为n 0 = 1，光敏面d = 1 mm ，透镜焦距f = 10 mm ，d /2f <<1, 所以sin α≈ tan αmax max ，由式（2.3.5）可得到 NA = sin αmax ≈ tan αmax = d /2f = 0.05 对应的最大接收角αmax 为2.87o （见图2.2.6），总接收角为2αmax = 5.74o 。 2-17 平板波导的数值孔径和接收角计算 有一个对称的AlGaAs 平板波导，已知中心介质n 1 = 3.6，与其相邻的介质n 2 = n 3 =3.55，

电子能谱XPS实验报告

实验报告 电子能谱实验

实验报告 一、 实验名称 电子能谱实验 二、 实验目的 （1） 了解X 光电子能谱（XPS ）测量原理、仪器工作结构及应用； （2） 通过对选定的样品实验，初步掌握XPS 实验方法及谱图分析。 三、 实验原理 在现代材料分析中，表面问题是材料研究中很重要的部分。尤其是在微型材料、超薄 材料、薄膜材料和材料的表面处理等，都离不开表面科学。而X 光电子能谱（简称XPS ）则是一项重要的表面分析方法。一定能量的X 光作用到样品上，将样品表面原子中的不同能级的电子激发成为自由电子，这些电子带有样品表面信息，具有特征能量，研究这类电子的能量分布，即为X 光电子能谱分析。 （1）光电发射 在具体介绍XPS 原理时，先介绍光电发射效应。光电发射是指，在轨道上运动的电子收到入射的光子的激发而由发射出去成为自由电子的过程。对于固体样品光电发射的能量关系如下： 'b k sa E h E νφ=--（固体）（1） 其中b E 为相对于费米能级的结合能，h ν为光子的能量，'k E 为光电子的动能，sa φ为样品的功函数。 光电发射示意图如下： 原子能级结合能b E 对于原子来说是特征的，具有特异性，可以用它来标识原子及原子能级。 由样品发射的光电子最终将会被探测器俘获，对于探测器有如下能量关系：

b k sp E h E νφ=--（探测器）（2） 式中，sp φ为探测器的功函数。如下图所示： （二）化学位移 XPS 在进行定量分析的时候，有一项很重要的应用就是化学态分析，其中包括化学位移和化学能移。 化学位移是指由于原子处于不同的化学环境而引起的结合能的位移（b E ?）。如化合过程+X+Y=X Y -，X 、Y 因电子的转移引起结合能的变化。相应的电子能谱也会发生改变，通过这种方法，还可以区别同一类原子处于何种能态，这为表面分析提供了很大的便利。 （三）X 光电子能谱仪原理示意图 如下图所示，由X 射线源发出的X 射线入射到样品表面，激发出自由光电子。光电子经过半球形能量分析器后被探测器吸收。探测器将光电子的所携带的信息转化为电信号，由示波器收集并在电脑中显示出来。 XPS 测量原理示意图 X 光电子能谱仪结构示意图

光电(第二版)习题答案1-9章

第一章绪论 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。 光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 2．谈谈你对光电子技术的理解。 光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。 20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。 20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD的问世。 20世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。 20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，

形成了光纤通信产业；。另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。 21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。 ⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。 如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL）。

光电子技术实验报告

《光电子技术实验》实验报告 波分复用光纤传输系统 王浩然无112011011202

1实验目的 ?了解WDM的特性及其简单应用； ?掌握WDM的复用方法，实现单纤单向和单纤双向的双波长复用和解复用； ?观察菲涅尔反射现象，了解其在光纤传输中的影响。 2实验原理 波分复用技术是在单根光纤中传输多个波长光信号的一项技术。典型的波分复用的框图如下所示： 图1:波分复用系统框图 其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合在一起复用，并耦合到光纤线路中的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号解复用，并做进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。目前波长域的波分复用技术主要有三种：粗波分复用、密集波分复用和光频分复用。三者的区别是复用的信道的波长间隔不同。 3实验装置 波分复用实验的光端机为视频光发射机和视频光接收机。实验装置包括视频光发端机三台，视频光接收机三台，摄像头三台，监视器三台，视频电缆6跟，高隔离度的WDM2只，的隔离度的WDM2只，OADM1只，固定光衰减器若干，法兰盘若干，可调衰减器2只。 4实验步骤 1.搭建两种波长分别为1310nm和1550nm的点到点的光纤传输系统，测量两种系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。 2.按照如下框图搭建单纤单向传输的波分复用系统，观察监视器上的图像，测量两种波长系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。

图2:单纤单向传输波分复用系统 3.按下图搭建单纤双向传输的波分复用系统，观察监视器上的图像，测量两种波长系统的接收机灵敏度，计算等效传输距离。 图3:单纤双向波分复用系统 4.如下图所示，将发射端WDM的1310nm和1550nm的发送端接反，观察监视器上的图像。将接收端也接反，观察监视器上的图像变化。 图4:单纤单向发射端反接 5.单纤单向传输时，如下图所示，发射端用隔离度较低的WDM，观察监视器上的图像变化。如果接收端用隔离度较低的WDM光茶监视器上的图像变化。 图5:单纤单向发射端低隔离度WDM 图6:单纤单向接收端低隔离度WDM

AES实验报告-材料分析与表征

《材料分析与表征》 俄歇电子能谱(AES)实验报告 学院：材料学院班级：xxx 姓名：xx 学号：xxxxxxxx 一．实验目的 1. 了解俄歇电子能谱的背景知识和基本原理； 2. 了解俄歇电子能谱的基本实验技术及其主要特点； 3. 了解俄歇谱仪的基本结构和操作方法； 4. 了解俄歇电子能谱在材料表面分析中的应用。 二．实验原理 1. AES简介 俄歇电子能谱，英文全称为Auger Electron Spectroscopy，简称为AES，是材料表面化学成分分析、表面元素定性和半定量分析、元素深度分布分析及微区分析的一种有效的手段。俄歇电子能谱仪具有很高表面灵敏度，通过正确测定和解释AES 的特征能量、强度、峰位移、谱线形状和宽度等信息，能直接或间接地获得固体表面的组成、浓度、化学状态等信息。 当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处于较高能量的激发态。这一状态是不稳定的，它将自发跃迁到能量较低的状态——退激发过程，存在两种退激发过程：一种是以特征X射线形式向外辐射能量——辐射退激发；另一种通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子，使它克服结合能而向外发射——非辐射退激发过程(Auger过程)。向外辐射的电子称为俄歇电子。其能量仅由相关能级决定，与原子激发状态的形成原因无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元素种类。 2. 俄歇效应 处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后，就在原子的芯能级上产生一个空穴。这一芯空穴导致外壳层收缩。这种情形从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，K空穴被高能态L1的一个电子填充，剩余的能量(E K-E L1)用于释放一个电子，即俄歇电子。如图1所示。

光电子技术实验报告

《光电子技术实验》实验报告 固体激光器的静态特性及调Q技术王浩然无112011011202

1实验目的 ?掌握固体激光器与调Q的工作原理； ?掌握固体激光器的调节方法，了解谐振腔参数及调节精度对激光器性能的影响； ?测量固体激光器的静态输出特性和调Q输出特性； ?掌握用于固体激光器调整和测量的仪器的使用方法。 2实验原理 2.1固体激光器的工作原理 固体激光器主要由激光工作物质、激励泵源、聚光器和光学谐振腔组成，其结构示意如下图所示： 图1:固体激光器结构 本次实验中的激光工作物质为钕玻璃，激活粒子为掺在玻璃中的钕离子，激光输出波长为1.06μm。 钕粒子产生受激辐射的原理如下图所示： 图2:钕粒子能级 钕粒子吸收光泵的能量由基态E1跃迁到E4能带，由于E4能带寿命很短，钕粒子很快以无辐射跃迁的形式跃迁到E3能级，E3是亚稳态能级，具有较长的能级寿命，钕粒子可以在该能级上积累起来，E3能级的钕粒子向E2能级跃迁，由E2能级返回基态，由于E2能级在热平衡

时基本处于空的状态，因此在光泵情况下，容易在E3能级和E2能级上实现集居数反转，实现受激辐射。 光在处于集居数反转的工作物质中传播时，用增益系数G来表示通过单位长度激活物质后增强的百分数。当光强较小时，增益系数与光强无关，称为小信号增益系数，用G0表示。与此同时，光在谐振腔中传播时，由于谐振腔反射镜的透射、吸收损耗、散射损耗等造成光在往返传播中不断衰减，用损耗系数α来表示，因此可以得出激光形成自激振荡的条件为 G0l≥αL 其中l为工作物质长度，L为谐振腔的长度。 2.2调Q原理 静态固体激光器输出能量分布在众多尖小的脉冲而限制了输出功率，采用调Q技术可以使激光能量集中在一个单脉冲中输出，大大提高固体激光器的输出功率的峰值。 调Q技术是采用调Q器件的饱和吸收特性实现的。调Q晶体是一种非线性吸收介质，其吸收系数A与入射光强I之间的关系可以表示为： A= A0 1+I/I s 易知当光强较弱时，调Q晶体对入射光有较强的吸收，随着入射光强增加，吸收系数减小。当光泵激励刚开始时，腔内光强很弱，调Q晶体的吸收很强，给激光器引入很大的损耗，激光不能产生。光泵继续激励时，使得工作物质内反转集居数不断积累，使腔内光强不断增强，从而使调Q晶体吸收减弱，阈值反转集居数下降，当粒子反转集居数大于阈值反转集居数时，受激辐射迅速增强，光强迅速增大，这又使阈值反转集居数不断下降，直至饱和。由于激光器粒子反转集居数大大超过阈值，手机辐射光强急剧增长。同时受激辐射不断消耗上能级的粒子，使得粒子反转集居数下降，当反转集居数小于阈值后，光强减小，反转集居数阈值增大，激光迅速熄灭。上述过程中，激光器输出一个很窄的巨脉冲。 调Q激光器的输出能量曲线如下图所示，随之输入能量的增加，输出能量阶梯状增长，阶梯高度近似相等，这是由于输入能量较大时，在调Q晶体输出第一个脉冲之后，光泵继续激励回事激光器输出第二个脉冲，以此类推。 图3:调Q激光器输出特性

实验1紫外-可见吸收光谱实验报告

实验一：紫外-可见吸收光谱 一、实验目的 1.熟悉和掌握紫外-可见吸收光谱的使用方法 2.用紫外-可见吸收光谱测定某一位置样品浓度 3.定性判断和分析溶液中所含物质种类 二、实验原理 紫外吸收光谱的波长范围在200~400，可见光吸收光谱的波长在400~800，两者都属于电子能谱，两者都可以用朗伯比尔（Lamber-Beer’s Law）定律来描述 A=ε bc 其中A为吸光度;ε为光被吸收的比例系数；c为吸光物质的浓度,单位mol/L； b为吸收层厚度，单位cm 有机化合物的紫外-可 见吸收光谱，是其分子中外 层价电子跃迁的结果，其中 包括有形成单键的σ电子、 有形成双键的π电子、有未 成键的孤对n电子。外层 电子吸收紫外或者可见辐 射后，就从基态向激发态（反键轨道）跃迁。主要有四种跃迁，所需能量ΔE 大小顺序为σ→σ*>n→σ*>π→π>n→π*

三、实验步骤 1、开机 打开紫外-可见分光光度计开关→开电脑→软件→联接→M（光谱方法）进行调节实验需要的参数：波长范围700-365nm 扫描速度高速；采样间隔：0.5nm 2、甲基紫的测定 （1）校准基线 将空白样品（水）放到比色槽中，点击“基线”键，进行基线校准 （2）标准曲线的测定 分别将5ug/ml、10ug/ml 、15ug/ml 、20ug/ml甲基紫溶液移入比色皿（大约2/3处），放到比色槽中，点击“开始”键，进行扫描，保存 （3）测定试样 将试样甲基紫溶液移入比色皿（大约2/3处），放到比色槽中，点击“开始” 键，进行扫描，保存 3、甲基红的测定 （1）校准基线

将空白样品（乙醇）放到比色槽中，点击“基线”键，进行基线校准 （2）测定试样 将试样甲基紫溶液移入比色皿（大约2/3处），放到比色槽中，点击“开始” 键，进行扫描，保存 四、实验结果 1.未知浓度的测定 分别测定了5μg/ml，10μg/ml，15μg/ml，20μg/ml和未知浓度的甲基紫溶液的紫外吸收光谱，紫外吸收谱图如下： 甲基紫在580nm是达到最大吸收见下表： 浓度/μg*ml-1吸光度 50.665 10 1.274 15 2.048 20 2.659