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《近代物理实验》课程论文
光电效应的应用
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二〇一四年五月
光电效应的应用
1887年赫兹在做电磁波的发射与接收实验中,他发现当紫外光照射到接收电极的负极时,接收电极间更易于产生放电,即光生电。1900年普朗克在研究黑体辐射问题时,将能量不连续观点应用于光辐射,提出了“光量子”假说,从而给予了光电效应正确的理论解释。
1905年爱因斯坦应用并发展了普朗克的量子理论,首次提出了“光量子”的概念,并成功地解释了光电效应的全部实验结果。密立根经过十年左右艰苦的实验研究,于1916年发表论文证实了爱因斯坦方程的正确性,并精确地测定了普朗克常数。
光电效应实验和光量子理论在物理学的发展史中具有重大而深远的意义。如今光电效应已经广泛地应用于现代科技及生产领域,利用光电效应制成的光电器件(如光电管、光电池、光电倍增管等)已广泛用于光电检测、光电控制、电视录像、信息采集和处理等多项现代技术中。
光控制电器
在工业制造上,大部分光电控制的设备都要用到光控制电器。它包括电磁继电器、光电管、放大电路和电源等部件。如下图所示,当有光照在光电管K上时,便产生了电流,经过放大器后,使电磁铁M磁化,从而把衔铁N吸住。而当K上没光照射时,光电管电路就没有了电流,这时M和N便会自动离开。在实际的应用中,为了使射出的光线是一束平行光,我们把光源装在平行光管内,这样的平行光管在工程上称为发射头。光电管(多数情况下是用光敏二极管)也装在一个光管内(管末端装有聚光透镜),这种管在工程上称为接受头。
利用光电管制成的光控制电器,可以用于自动控制,如自动计数、自动报警、自动跟踪等等。如记录生产线上的产品件数。我们把产品放在传送带上,跟着传送带一起运动。在传送带的两则分别装上发射头和接收头。发射头所发射的平行光正好射入接收头。这时从发射头发出的光线射入接收头时,电路中所产生的电流,经过放大器放大,使电磁铁M磁化,吸引衔铁N,这时计数器的齿轮被卡住,计数器不发生动作。每逢产品把光线挡住的时候,电路中的电流就会消失,电磁铁自动放开衔铁,使计数器的齿轮转过一齿。这样,计数就自动地把产品的数目记录下来
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光电倍增管在电视图像中应用
光电倍增管 PM T(photomultiplier tube)是一种建立在光电子发射效应、二次电子发射和电子光学理论基础上的,把微弱入射光转换成光电子并获倍增的重要的真空光电发射器件。而我们普通生活中的电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。
众所周知,电视的传送对象是活动图像,而图像的传送是利用电信号通过导线或无线电来实现的。用电的方法来传送图像,必须要完成两种转换:在发送端将光信号变为电信号,而在接收端则相反将电信号变为光信号。所以我们通过广电器件先把活动图像变了电信号。
一幅整体的图像是由很多的明暗不用的像素构成的,像素越细、越多、图像就越逼真。因此要实现图像的传送,必须能够传送一个个足够小的像素的亮度信息或其他相关特性的信息,而且,这种像素的数目越多,即用某种方法传送的独立信息量越大,传送的准确度越高。
由于独立传送信息的细节数有一个实际上的极限,而这个极限又与我们的视觉特性有关的,所以为了足够完善重显图像,我们采用一种特殊的传送方