光學實驗報告（結報）指導教授：陳志隆實驗名稱：弱光量測單光儀、光電倍增管與鎖相放大器組員：物理三鍾森年C24871069物理三陳義宏C24871378物理四蔡宜絹C24861137(共同撰寫)組別：第一組實驗日期：２００１.０５.１８實驗目的：運用單光儀作為可調之寬光源。熟悉鎖相放大器與光倍增管以用於弱光檢測量測不同sample的穿透率，並比較不同sample之間的光譜分佈之異同實驗內容：架設單光儀光源系統作背景光譜校對作穿透光譜量測比較以確定樣本之吸收光譜實驗器材：fiber凸透鏡Ⅰmirrorfilterchopper凸透鏡ⅡchoppercontrollerMonchromatorcontrolboxMonchromatermainbodyLock-inamplifierPowermeterPMT(光電倍增管)狹縫high-voltagepowersupplyforPMTpowerdetector四、原理：1、opticalchopper(SR540)：SR540是光遮斷器，其作用在遮斷CW光束變成pulse輸出。SR540有兩種slotblade。slotblade分作內外兩種不同孔數。工作頻率在4Hz-400Hz用6/5slotblade，400Hz-3.7KHz用30/25slotblade。[6/5(或30/25)代表外緣為6(或30)孔，內緣為5(或25)孔。]。主要是跟Lock-inamplifier合用，它提供pulse的頻率以供lock-in=作參考信號用。利用“有“與“沒有“的控制方式來作為整個系統的參考訊號。2、Lock-inamplifier：Lock-inamplifier是用來量測小至幾個nV的AC訊號用。它是應用phase-sensitivedetection法取出訊號在參考訊號(referencesignal)的分量。利用對於某特定波長的入射光有加強放大的作用，來使特定之波長的入射光相較於其他波長的入射光來的強，以達到類似於消除noise的效果。Lock-in需要一個參考訊號作為頻率源。另外lock-in本身有一個振盪源。所欲量測的訊號由這參考訊號帶出，變成Vsignal*sin(wrt+θsignal)wr：參考訊號的頻率Vsignal：所欲量測的訊號在sin(wrt+θsignal)所帶出的值θsignal：訊號相對於參考訊號的相位差而自身盪源的訊號為VL*sin(wL+θref)，其中θref是lock-in振盪源訊號相對於reference訊號的相位差。Lock-in會做一個數學運算，把Vsignal*sin(wrt+θsignal)與VL*sin(wL+θref)相乘。這是所謂phase-sensitivemultiplier。所以相乘之後，值為Vpsd=1/2VsignalVLcos([wr-wL]t+θsignal-θref)-1/2VsignalVLcos([wr+wL]t+θsignal+θref)接下來，lock-in會把這個Vpsd訊號通過一個low-passfilter，所以AC訊號會被濾掉。所以如果wr=wL，則1/2VsignalVLcos(θsignal-θref)≡1/2VsignalVLcosθ(θ≡θsignal-θref)因為VL、θref知道，Vpsd量出，可以變動θref所以可以量出Vsignal！！一個lock-in如果只有一個PSD(這叫做single-phaselock-in)，則輸出為1/2VsignalVLcosθ(NOTE1/2VL已知)。如果一個lock-in再多做一次PSD，且此PSD是對訊號乘上VL*sin(wL+θref+90o)，多加個90ophase，則輸出變成V’psd=1/2VsignalVLsin(θsignal-θref)(用V’psd代表通過二次PSD運算)。所以一個lock-in帶有二個PSD運算的，可以有兩個輸出；一個是XαVsignalcosθ，一個是YαVsignalsinθ可以引出RαVsignal=(X2+Y2)1/2而θ=tan-1(Y/X)3、一般參考訊號源可用opticalchopper或functionalgenerator。本實驗所用的opticalchopper的頻率f最大3.2KHz(SR540)。4、光電倍增管【圖一】光電倍增管Thephotomultipliertube(orPMT)isaversatiledevicethatprovidesextremelyhighsensitivityandultra-fastresponse.A