1 (实验目的:理解程序局部性的概念和其对程序效率的影响)完成7.3.6节“MyArray两个数组”的实验,比
实验目的
(1)使学生加深对光谱响应概念的理解;
(2)掌握光谱响应的测试方法;
(3)熟悉热释电探测器件以及硅光电二极管的使用。
实验内容
(1)用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线;
(2)用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
实验基本原理
光谱响应是光电探测器件的基本性能参数之一,它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应,通常热探测器的光谱响应较平坦,而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下,以波长为横坐标,以探测器接收到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标,绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
通常,测量光电探测器件的光谱响应,多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光,来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号U(λ)。但由于实际光源的辐射功率是波长的函数,因此在相对测量中要确定单色辐射功率P(λ)需要利用参考探测器(基准探测器)。即使用一个光谱响应为Rf(λ)的探测器为基准,用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出(例如为电压信号)Uf(λ)可得单色辐射功率P(λ)=Uf(λ)/Rf(λ)
实验装置
本实验采用下图所示的实验装置。它用单色仪对钨丝灯辐射进行分光,从而可得到单色光功率P(λ)。
实验用钨丝灯作光源,用6V5A直流稳压电源对钨丝灯供电,光源发出的光由聚光镜会聚于单色仪的入射狭缝上,并在狭缝前用同步电机带动的调制盘对入射光束进行调制。光栅单色仪把入射光分解成单色光,并从出射狭缝射出。转动单色仪的波长手轮。在出射狭缝后分别用热释电探测器和硅光电二极管进行测量,所得光电信号经放大后,由毫伏表指示。
下面简要介绍实验装置的各个部分。
1.WD30光栅单色仪的光学系统
上图是单色仪光学系统的示意图,聚光镜把光源发出的光会聚于单色仪入射狭缝S1上,光束经狭缝B1射向球面反射镜M1。由于S1位于M1的焦面上,因此,经球面镜M1反射后的光束为平行光束。平行光束经平面光栅G分光后,不同的波长以不同的入射角投向球面反射镜M2。球面镜M2把分光后的光,聚焦在焦面上,并形成波长不同的一系列光谱线。出射狭缝S2位于球面镜M2的聚焦面上。狭缝S1和S2开得很窄,测量时转动手轮使光栅转动,在出射狭缝S2处,就会得到各个光谱分量的输出。输出光的波长,可在手轮计数器上读出。仪器备有四块光栅,分别对应着可见光和红外区四个光谱段。本实验采用1200线/mm光栅。此时的输出波长为手轮计数器读数的二倍。
2.热释电探测器
本实验所用的热释电探测器件是钽酸锂热释电器件,前置放大器与探测器装在同一屏蔽壳里。这种前置放大器工作时,需要供给正12V电压。为减小噪声,用干电池供电。热释电探测器件的典型调制特性
3.选频放大器
由于分光后的光谱辐射功率很小,通常都要将信号放大。虽然,热释电探测器件和光电二极管都带有前置放大器,但仍需要接选频放大器放大。其中心频率f0与调制频率一致(这里为25Hz)。
4.钨丝灯
实验用光源为钨丝灯,它的电源电压在0~6V可调。本实验,用6V5A直流稳压电源对钨丝灯供电。
5.调制盘
由于光源发出的光由聚光镜会聚于单色仪的入射狭缝上,需要在狭缝前用同步电机带动调制盘对入射光束进行调制。该调制盘的电机,使用220V电压。
A、实验教学是传承知识的重要组成部分
B、实验教学是实施主体性原则的前提和基础
C、实验教学是创新教育的重要途径
D、实验教学是教育创新的重要举措
实验目的
(1)通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分时间下输出信号的测量,进一步掌握线阵CCD的基本特性;
(2)加深认识积分时间对CCD输出信号的影响,掌握驱动频率和积分时间设置与改变的意义;
(3)正确理解线阵CCD器件的光照灵敏度的概念与饱和“溢出”的效应。
实验准备内容
(1)阅读实验指导书,了解实验目的、内容及原理;
(2)学习掌握线阵CCD的基本工作原理(参考《光电检测技术》教材第5章第4节中有关内容)。
(3)学习掌握TCD2252D线阵CCD基本工作原理(参考附录中的特性参数表)。
实验所需仪器设备
(1)双踪同步示波器(带宽50MHz以上)一台。
(2)彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD-IV一台。
实验内容
通过对典型线阵CCD的输出信号和驱动脉冲相位关系的测量,掌握线阵CCD的基本特性。特别注意对积分时间、驱动频率、输出信号幅度等的测量结果的分析。找出积分时间、驱动频率、输出信号幅度间的关系,FC脉冲与输出信号的相位关系,说明FC脉冲的作用。具体实验作下列2项检测:
1.驱动频率变化对CCD输出波形影响的测量
观测不同驱动频率情况下的输出信号波形,了解它们之间的关系,掌握驱动频率变化对CCD输出波形的影响。
2.积分时间与输出信号的测量
观测不同积分时间情况下的输出信号波形,了解它们之间的关系,掌握积分时间变化对CCD输出波形的影响。
实验基本原理
线阵CCD的特性参数很多,这里只介绍一下同实验有关的驱动脉冲电压的频率,即CCD的工作频率。
1.工作频率的下限f下
CCD是一种非稳态器件,如果驱动脉冲电压变化太慢,则在电荷存贮时间内,MOS电容已向稳态过渡,即热激发产生的少数载流子不断加入到存贮的信号电荷中,会使信号受到干扰,如果热激发产生的少数载流子很快填满势阱,则注入电荷的存贮和转移均成泡影。因此,驱动时钟脉冲电压必须有一个下限频率的限制。为了避免由于热产生的少数载流子对于注入信号的干扰,注入电荷从一个电极转移到下一个电极所用的转移时间t,必须小于少数载流子的平均寿命τ,即
t<τ
在正常工作条件下,对于三相CCD,
式中T为时钟脉冲的周期,于是可得工作频率的下限为:
(9-1)
对二相与四相CCD有
(9-2a)
(9-2b)
由此可见,CCD的工作频率的下限与少数载流子的寿命τ有关。τ愈长,f下愈低。
2.工作频率的上限f上
由于CCD的电极长度不是无限小,信号电荷通过电极需要一定的时间。若驱动的时钟的脉冲变化太快,在转移势阱中的电荷全部转移到接收势阱中之前,时钟脉冲电压的相位已经变化了,这就使部分剩余电荷来不及转移,引起电荷转移损失。即当工作频率升高时,若电荷本身从一个电极转移到另一个电极所需要的转移时间£大于驱动脉冲使其转移的时间T/3,那么,信号电荷跟不上驱动脉冲的变化,将会使转移效率大大下降。为此,若要电荷有效地转移,对三相CCD来说,必须使转移时间t≤T/3,即
(9-3)
同样,对二相与四相CCD有
(9-4a)
(9-4b)
这就是电荷自身的转移时间对驱动脉冲频率上限的限制。由于电荷转移的快慢与载流子迁移率、电极长度、衬底杂质浓度和温度等因素有关,因此,对于相同的结构设计,n沟CCD比p沟CCD的工作频率高。
3.驱动脉冲频率f与损失率ε间的关系
三相多晶硅n沟道SCCD实测驱动脉冲频率f与损失率ε之间的关系曲线,如下图所示。由曲线可以看出,表面沟道CCD的驱动脉冲频率的上限为10MHz。高于10MHz后,CCD的转移损失率将急骤增加。这是因为工作频率高于f上,信号电荷来不及转移所致。
如果信号电荷的转移时间t不知道,工作频率的上限f上也可通过电荷的转移损失率ε得到。一般,CCD的势阱中的电量因热扩散作用的衰减的时间常数为τD=10-8s(与所用材料和栅极结构有关)。若使ε不大于要求的转移损失率ε0值,则对三相CCD有f上为
(9-5)
对二相与四相CCD相应有
(9-6a)
(9-6b)
显然,如果上述CCD驱动频率发生变化,将会对CCD的积分时间与输出信号波形产生影响。下面进行的实验,将会对此作出验证。
A.使对比组间实验因素的影响尽量一致,提高组间的可比性
B.使对比组间非实验因素的影响尽量一致.提高组问的可比性
C.使对比组问实验对象的影响尽量一致.提高纽间的可比性
D.减少系统误差
E.减少抽样误差
A、用户使用统一规范的方式使用设备。
B、用户编程时使用设备逻辑名。
C、更换同类物理设备时不影响用户的使用。
D、操作系统统一把设备当做文件来处理。
A、独占型设备任意时间段内最多只能被一个进程占用。
B、虚拟设备技术是指在一类物理设备上模拟另一类物理设备的技术。
C、独占型设备主要是字符串设备。
D、共享型设备主要是块设备。
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