工程光学实验指导书 实验五 光电倍增管特性参数的测试 6）线性
为了使光电倍增管能正常工作，通常在阴极和阳级间加上近千伏的高压。同时，还需在阴极、倍增极和阳极间分配一定的电压，保证光电子能被有效地收集，光电流通过倍增系统得到增大。
光电倍增管的供电方式有两种，即负高压接法(阴极接电源负高压，电源正端接地)和正高压接法(阳极接电源正高压、而电源负端接地)
正高压接法的特点是可使屏蔽光、磁、电的屏蔽罩直接于管子外壳相连，甚至可以制成一体，因而屏蔽效果好，暗电流小，噪声水平低。但这时阳极处于正高压，会导致寄生电容增大。如果是直流输出，则不仅要求传输电缆能耐高压，而且后级的直流放大器也处于高电压，会产生一系列的不便；如果是交流输出，则通过耐高压、噪声小的隔直电容。
负高压的优点是便于与后面的放大器连接，且即可以直流输出，又可以交流输出，操作安全方便。缺点是玻壳的电位与阴极电位接近，屏蔽罩应至少离开玻壳1～2cm。否则，由于静电屏蔽的寄生影响，暗电流与噪声都会增大。
Rf Ip Ip V -VH
图5.2 光电倍增管的分压电路
7）时间特性
由于电子在倍增过程中的统计性质以及电子的初速效应和轨道效应，从阴极同时发出的电子到达阳极的时间是不同的，因此，输出信号对于输入信号会出现展宽和延迟现象，这就是光电倍增管的时间特性。
五、实验步骤
1、暗电流测量
1）将电压调节逆时针调到最小，光源开关断开，阴极(阳极)开关断开到阳极位置，光源开关断开，然后打开实验箱电源开关。
2）缓慢调节电压调节开关，当电压分别为200V、400V、600V、800V、1000V时记下电流表的电流值。
表5.1 阳极暗电流
倍增管电压V 阳极暗电流Id 200V 400V 600V 800V 1000V 3）画出Id~V关系曲线。 2、阳极灵敏度测量
1）将电压调节逆时针调到最小，阴极(阳极)开关断开到阳极位置，光源开关合，调节光照度至1 lx（光电阴极有效面积A=8mm×24mm)。
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工程光学实验指导书 实验五 光电倍增管特性参数的测试 2）缓慢调节电压调节开关，当电压分别为100V、200V、300V、400V、500V、600V、700V、800V、900V、1000V时记下电流表的电流值。
3）调节光照度至10 lx（光电阴极有效面积A=8mm×24mm)，重复2)的实验内容。 4）分别画出两个光照下光电倍增管阳极电流Ip与光电倍增管电压关系曲线。 5）分别计算200V、400V、600V、800V、1000V电压下阳极光照灵敏度。 3、阴极灵敏度测量
1）将电压调节逆时针调到最小，阴极(阳极)开关合上到阴极位置，光源开关合，调节光照度至120lx（光电阴极有效面积A=8mm×24mm)。
2）缓慢调节电压旋钮到电流表的值减小为止，记下该读数。
3）计算阴极灵敏度
Sk?IK(?A/Lm)?。
4、光电倍增管增益(放大倍数)的计算
1）计算光照度为1 lx时，不同电压下的放大倍数； 2）计算光照度为10 lx时，不同电压下的放大倍数； 3）画出不同光强的G~V曲线，并对曲线进行分析。
六、注意事项
1、光电倍增管对光的响应极为灵敏。因此，在没有完全隔绝外界干扰光的情况下，切勿对管施加工作电压，否则会导致管内倍增极的损坏；
2、即使管子处于非工作状态，也要尽可能减少光电阴极和倍增极的不必要爆光，以免对管子造成不良影响；
3、测量阴极电流时，加在其间的电压不可超过250V，否则容易烧坏光电倍增管。
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工程光学实验指导书 实验五 光电倍增管特性参数的测试
实验六 CCD原理及应用实验
实验（一） CCD驱动实验
一、实验目的
1、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动器各路脉冲的频率、幅度、周期和相位关系的测量方法。
2、通过测量CCD驱动脉冲之间的相位关系，掌握二相线阵CCD的基本工作原理。 3、通过测量典型线阵CCD的输出脉冲信号与驱动脉冲的相位关系，掌握CCD的基本特征。
二、实验内容
1、学习掌握线阵CCD的基本工作原理；
2、学习掌握TCD1200D线阵CCD的基本工作原理； 3、掌握双踪示波器的基本操作。
三、实验仪器
1、双踪同步示波器（20MHz以上） 1台 2、CCD原理应用实验箱 1台
四、实验原理
线阵CCD像传感器具有结构精细、体积小、工作电压低、噪声低、响应度高等优点，被广泛运用于运动图像传感、机械量非接触检测、图像数据自动获取等多领域。
线阵CCD像传感器是利用CCD所具有的光电转换和移位存储功能进行图像传感和信息处理。利用光电转换功能CCD将入射到CCD摄像区的光信号转换为与之强度相对应的电荷包的空间分布，然后利用CCD的移位存储功能将这些大小不一的电荷包“自扫描”到同一输出端，形成幅度不等的实时脉冲序列，经过处理便可还原成原来的光学图像。
1、TCD1200D的外形与管脚分布
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工程光学实验指导书 实验六 CCD原理及应用实验
1）TCD1200D的外形与管脚分布如图3.1所示
图6.1 TCD1200D的外形和管脚 2）TCD1200D的管脚定义如表6.1所示 9表6.1 TCD1200D管脚定义 管脚 6 19 21 4 符号 Φ1 Φ2 SH RS NC 功能 时钟1 时钟2 转移栅 复位栅 未连接 管脚 1 2 3 22 10符号 OS 出 DOS 出 OD SS 功能 信号输补偿输电源 地
2、TCD1200D的基本工作原理与工作时序图 1） TCD1200D的基本工作原理如图6.2所示
RS 4 OD OS 3 1 信号输出 缓冲级 CCD模拟转移寄存器2 转移栅2 D65 D64 S2160 S2159 D73 Φ1 6 19 21 SH D62 D15 D14 D13 S2 S1 ? DOS 2 补偿输出 缓冲级 ? 光电二极管 ? 转移栅1 ? CCD模拟转移寄存器1 22 SS 图 6.2 TCD1200D工作原理图
在CCD两侧的模拟转移寄存器，是由一系列MOS电容组成。它们对光不敏感，只是接受摄像区转移来的电荷包，把他们逐个移位到输出机构中，最后传输到器件外面。摄像区
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工程光学实验指导书 实验六 CCD原理及应用实验 MOS电容在光照下获得光生载流子形成电荷包。在电荷包转移期间，按奇偶序号分开，分别转移到两侧的移位寄存器中。两个移位寄存器都有两相电极φ1、φ2与外电路相连。当外电路对φ1、φ2提供适当的驱动脉冲时，移位寄存器中的电荷包就由右向左移位。在结构安排上已经保证两寄存器中的电荷包以奇偶序号交替的方式把电荷包送到输出机构，以恢复摄像时的时序。
2） TCD1200D的工作时序图如图6.3所示 积分时间 SH Φ1 Φ2 RS
图6.3 TCD1200D工作时序图
SH为电荷转移控制电极。SH为低电平时处于“采光期”，进行摄像，MOS电容对光生电子进行积累；SH为高电平时，摄像区积累的光生电子按奇偶顺序移向两侧的移位寄存器中，时间很短，所以SH脉冲的周期决定了器件采光时间的长短。
在这一个周期里，两侧的移位寄存器在φ1、φ2驱动脉冲的作用下把上一次转移来的电荷包逐个依次输出到器件外。因此SH的信号周期必须大于2048/2个φ1、φ2脉冲周期，否则电荷包不能全部输出，这样就会影响下个周期输出信号的精确度。
两侧移位寄存器中，每当φ1高电平时就输出一个电荷包，在结构上使两侧φ1电极轮流出现高电平，所以φ1、φ2脉冲一个周期内输出两个电荷包。这样复位脉冲也应出现两次，所以RS脉冲频率为φ1、φ2脉冲频率的两倍。
五、实验步骤
注意：使用多踪示波器检测信号时，示波器与CCD原理应用实验箱应共地。
打开CCD原理与应用实验箱的电源开关，观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据，并用积分时间设置按钮调整积分时间档为0档（按红色按钮依次由0?1?2?3?0），用频率设置按钮调整频率为0档（按红色按钮依次由0?1?2?3?0）。然后打开示波器的电源开关，用双踪示波器检查CCD驱动器的各路脉冲波形是否正确（参考实验箱面板上时序图）。如符合，则继续进行以下实验；否则，应请指导教师进行检查。
实验1.1 驱动频率观测
打开示波器的电源开关，将CH1和CH2的扫描线调至适当位置，将示波器同步选择器开关调至CH1位置（用CH1做同步信号）。打开CCD原理与应用实验箱的电源开关。
用CH1探头测试转移脉冲ΦSH，并调节使之同步，使ΦSH脉宽适当以便于观测。 用探头CH2分别测试Φ1、Φ2等信号。观察各信号的相位是否符合图1-4所示的波形（特别要注意各信号之间的相位关系）。
用探头CH1测试Φ1并使之同步。用CH2分别测试Φ2、ΦR等信号。看其是否符合图1-3所示的波形。
驱动频率的测量：分别测出Φ1、Φ2、ΦR的周期、频率、幅度，填入表6.2中。改变频率选择开关，再测出Φ1、Φ2、ΦR周期、频率、幅度，也填入表6.2。
关机结束。关闭CCD原理应用实验箱电源，关闭示波器电源。
表6.2 实验数据
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