实验三干涉显微镜测量薄膜厚度
一、实验目的
1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。
二、实验说明
2.1 实验原理
把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图：
若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。
在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度.
设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。
（4—1）
θθ2λe
H
h ?=
2λ
图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状
式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。
2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造
2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的.
图五 6JA 型干涉显微镜构造
11a 5b 5a
105
131113
2
2a 2b 2c 14897a 44a
3
15
8
7
16
1b
1c
图4 6JA 型干涉显微镜光学系统
1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜
2.2.26JA型干涉显微镜构造
6JA型干涉显微镜其主体是个方箱。上面是工作台（2），前面是目镜（1），后面是干涉条纹调节机构（3），（3）下面是灯源（4），（1）下面是照相机（5），主体安置在底座（16）上，两旁还有各种用途的手轮。下面分别介绍其结构与操作方法。
(a)目镜头（1）
它是一个普通的测微目镜，转动测微目镜上鼓轮（1a）能使目镜视场中十字线位移，位移量由分划刻度和鼓轮上刻度读出。视场中刻线格值1毫米，鼓轮上刻线格值0.01毫米。
松开螺丝（1b）可将测微目镜在目镜转头（1c）中转动，同时也可将测微目镜从镜筒拔出，换上狭缝目镜（17）。
目镜转头（1c）（在松开支紧螺钉1d后），可连同测微目镜在主体上转动，测量大工件时，把仪器倒过来放在被测工件上，此时目镜转头也应转过180°，定位为准。
(b)工作台（2）
用手推滚花轮（2 a）可是工作台面作任意方向移动，将被测工件表面所需要测量的部分移到视场中去。
将滚花轮（2 b）转动，可使工作台作360°旋转。
将滚花轮（2 c）转动，可使工作台作高低移动，以便对工件表面进行调焦，使工件表面清晰地成像在目镜视场中。
(c) 干涉条纹调节机构（3）
其中安置物镜O1和标准镜P2，同时转动手轮（7），（9）可改变干涉条纹的方向和宽度，（7 a）和（7b）是同轴手轮，因此作用相同。
转动手轮（14）能使物镜O2和标准P1一起作轴向微量移动能随时补偿因温度，外力等影响而产生光程的变化。
手轮（8）可调节标准镜P1和物镜O1之间的距离，以便使镜P1表面精确地成像在目镜视场中。
还有一个手轮（15）可以改变标准镜P1的反射率，将手轮（15）朝一个方向转到底时，镜P2具有高反射率；（15）朝另一方向转到底时，是低反射率，这适合于被测工件是玻璃等非金属或无光泽的反射率表面，以保证在这时也能得到良好对比的干涉条纹。
(d) 灯源（4）
直接拉伸灯头，可是灯丝作轴向位移，转动调节螺丝（4 a）可使灯丝作垂直于光轴方向作小量位移，使灯丝中心位于光轴上。
(e) 相机（5）
相机（5）是上海照相机厂生产的DFC型相机，配上专用照相物镜，拍照时应将手轮10转到照相位置，使光线导向照相机。
(f) 主体（6）
其右边有一半露的滚花手轮（11）用来改变孔径光栏Q2的大小。
手柄（12）（同轴）向左推到底时，将干涉滤光片移入光路，得到白光照明。
左边上部有个手轮（6）是转动遮光板（B）的，转动手轮（6）可使遮光板（B）转入光路，使标准镜一路的光线遮住，只有通过被测件P2的一束光到达视场，以便能使工件表面清晰地成像在目镜中。
2.3 操作步骤
将灯源插头插在变压器插座上，变压器插头插在电源插座上，电源应是220V，如果系110V，那么应按变压器上说明图改变接线，灯开变压器上开关，照明灯就亮了。
将手轮(1 0 ) 转到目视位置，即把反光镜S 3 ，从光路中转出，同时转动手轮(6)将遮光板(B)从光路中转出，此时在目镜中应看到明亮的视场。否则，可转动灯源中心调节螺丝(4a )，使得到照明均匀的视场。转动手轮(8 ) 使目镜视场中下方弓形直边清晰，这说明标准镜Pl 已位于物镜O1 的物面上。
在工作台上安置好被测工件，被测面朝向物镜，转动手轮(6)将标准镜P1 一路光束遮去，转动滚花轮(2c)使工作台上下升降，直到在目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，此时再转动手轮(6)，将遮光板(B)从光路中转出。松开螺丝(1b)将测微目镜从目镜转座中取出，直接从目镜管看进去，可以看到二个灯象，此时转动手轮(11)使孔径光栏开至最大，转动手轮(7)、（9），使二个灯丝象完全重合，同时调节螺丝(4a)使灯丝象位于孔径光栏中央，再插上测微目镜，旋紧螺丝(1b)。
将手柄(12)向左推到底，干涉滤色片F 插入光路，此时在目镜中应能看到干涉条纹，如果没有条纹，那么可以慢慢地来回转动手轮(14)，直到视场中出现最清晰的干涉条纹。此时把手柄(12)向右推到底，即把干涉滤色片从光路中移出，就可以得到彩色寻：涉条纹，转动手轮（7)、(9)和配合转动手轮(8)、(14)可得到最好的对比和所需的宽度和方向的干涉条纹。
转动工作台使加工纹路方向和干涉条纹方向垂直。松开螺丝(1b)转动测微目镜，使视场中十字线之一与干涉条纹平行。现在就可以进行具体测量工作了。
为提高干涉条纹的对比，可以适当缩小孔径光栏的直径。如果视场亮度太亮或太暗，可转动变压器上旋钮进行调节。欲进行精密测量，应该应用单色光，同时应开灯半小时，待仪器温度衡定后进行测量，避免测量过程中山于干涉条纹位移而影响精度。
三、实验材料及设备
1. 练习操作的6JA干涉显微镜
2. 供观察的薄膜样品
四、实验内容与步骤
1. 观察6JA 干涉显微镜的构造与光路
2. 操作显微镜，比较熟练地掌握聚焦方法，调节出清晰的干涉条纹。
3. 分别在自然光和绿光下观察同一个试样，比较干涉条纹的差别。
4. 计算出在自然光和绿光下薄膜试样的厚度。
五、实验报告要求
1. 简述如何调节才能得到最清晰的干涉条纹图像。
2. 简述实验过程中产生误差的主要原因。
附：测量误差的修正系数
由于在6JA 型干涉显微镜中光束不是垂直于样品表面，而是以一定倾角入射，故需要讨论由于光束倾斜而对测量结果造成的影响。
M 1和M 2分别表示标准反射镜和样品的表面(两者组成一虚光楔)，两者成一微小的夹角α(参考图4)，由于干涉显微镜的入瞳是圆形的，故样品表面被具有光束孔径角为u 的圆锥光束所照明，来自圆形入瞳中心处光线沿法线GA 方向入射，并按原方向反射，从M 1和M 2两表面反射的光程差为：(2)
式中为两表面间距离，因此
；来自圆形入瞳边缘处光线沿EA
方向以角入射，相应两光束程差为
由于α角微小，因此,，作如下近似处理：
则得：
(3)
因为在视场中所观察到的干涉条纹是所有圆锥光束的光线所产生的干涉条纹相叠加的
λδ11h 2N =
=h 2
h 1λ
N =
μλδ22AD -CF AC N =
+=μ
cos h
CF AC =≈μ
μμμμcos sin 2sin 2sin 2h
htg AF AD ===λμμ
μμ
δ22
2cos 2cos sin 2cos 2N h h
h
==-=
图六
M1和M2组成一虚光楔
结果，因此，其光程差为
(4)
将式( 2) 和式( 3) 代入式( 4) 中得。
又由于圆锥光束的孔径角的正弦为物镜的数值孔径, 即，故
(5)
比较式( 5) 与式( 1) , 得到因光束斜入射的修正系数为：
该修正系数仅决定于物镜的数值孔径。在6JA 型干涉显微镜中，数值孔径可在0.1~ 0.65范围内连续变动，具体取值由待测薄膜的厚度而定，根据数值孔径变化范围可知干涉显微镜测量膜厚的范围为~ ，厚度越小相应数值孔径越大，当NA= 0.65时, 其修正量高达12%。故利用6JA 型干涉显微镜测量薄膜厚度时必须考虑修正系数, 修正后的计算公式为：
（6） 一般0 只有当NA=0，即平行光垂直入射于样品表面，修正系数K= 1，故。 λδδδN =+=2 ) (21) cos 1(μλ += N h )(sin NA =μ2 2 2)(112 2)(11sin 11cos 1NA N NA N N N h -+=-+= -+= += λ λ μ λ μ λ 2 ) (112NA K -+= m μ03.0m μ12) (112 2h NA e H -+= λ2 λe H 2h λ= 实验三干涉显微镜测量薄膜厚度 一、实验目的 1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。 二、实验说明 2.1 实验原理 把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图： 若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。 在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度. 设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。 （4—1） θθ2λe H h ?= 2λ 图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状 式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。 2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造 2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的. 图五 6JA 型干涉显微镜构造 11a 5b 5a 105 131113 2 2a 2b 2c 14897a 44a 3 15 8 7 16 1b 1c 图4 6JA 型干涉显微镜光学系统 1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜 薄膜干涉实验-高中物理自制教具 学习笔记2008-03-20 10:31:12 阅读275 评论5 字号：大中小订阅 高中物理讲薄膜干涉实验时，按书上的装置来做，虽能勉强做出，但笔者认为，效果还不十分理想。(1)金属丝圈在肥皂液里蘸过以后，环上形成的液膜，要等一阵，让液膜形成楔形截面才能看到干涉条纹。在这“等”的过程中，肥皂液膜由于受风吹，操作者的喘气，酒精灯火焰的热辐射等因素的干扰，液膜蒸发快，存留时间短(几秒至十几秒钟)，往往刚出现干涉条纹，液膜随之破裂，让观察者大为扫兴，又得重新蘸皂液.这样来回多次，既浪费时间，又不能仔细观察.(2)老师们都做过肥皂泡上的光的干涉现象，有的老师还亲自配制肥皂液让学生自己吹出泡泡进行观察，如肥皂液配不好，泡泡吹不大，甚至吹不出来.吹出来的泡泡碰到物体，立刻破裂。(3)肥皂泡在空中飞动着，不便观察.笔者利用废弃材料对此实验进行改进，不仅克服了上述弊端，还巧得“牛顿环”、“液体表面张力”等多项实验.还将这些演示实验变成学生实验，教学效果令人满意。 现介绍如下。 1 制作方法 1.1 取无色透明塑料饮料瓶(350～1250 ml，笔者选用1250 ml)1个，截去小部分锥体。在瓶里放入4角匙洗衣粉，再加入400 ml，20oC的清水(洗衣粉溶液可静置数小时后，除去杂质，加入一些食糖水或甘油效果更好)，制成洗衣粉溶液，如图1中的A所示。 1.2 制作金属丝(直径2 mm)长方形(长约7 mm，宽约6 cm)框架，留长杆部分33 cm(接头部分最好进 行焊接)，如图1中的B所示。 1.3 另取同一规格的饮料瓶，截得大部分锥体(从圆柱体和圆锥体的结合部截下)，保留待用，如图1中 的C所示.在瓶盖上打孔，能让长方形框架的长金属丝杆穿过 1.4 将有孔瓶盖在截下待用的锥体瓶口上拧紧，让长方形框架上的长金属丝杆从瓶盖的孔里穿出，用一 鳄鱼夹(或衣夹)夹住瓶口外的金属丝。 1.5 将装有金属丝框架的圆锥体套在前述截去锥体部分的装有洗衣粉溶液的饮料瓶上，如图2所示。 2 实验方法 2.1 薄膜干涉实验.松开鳄鱼夹，让长方形金属丝框在洗衣粉溶液里蘸一下，框架上就形成一层洗衣粉液膜，将液膜在瓶里提升到圆柱体中部，用鳄鱼夹夹住瓶口外金属丝杆，使液膜在饮料瓶中定位。稍待片刻，液膜由于重力作用，成了上薄下厚的楔形截面。此时图3 将点燃的酒精灯(可撒些食盐使火焰发黄光)放在饮料瓶前，就可以在薄膜上看到火焰的反射像，像上出现了明暗相间的水平干涉条纹.如用烛焰照射液膜，液膜上的反射像将出现彩色水平条纹。再如用白光照射上述液膜，薄膜上就出现各种不同颜色的水平直条纹，如图3所示。 2.2 洗衣粉液泡上光的干涉实验。另取一个1250 ml无色透明饮料瓶，往瓶里注入30 ml左右预先配制好的洗衣粉溶液，拧紧瓶盖，摇动饮料瓶，并注意让洗衣粉溶液能达到瓶口部分，或者来回翻转饮料瓶数次，瓶内就会出现多个大大小小的，同时也会在柱体部分或锥体部分出现一至二层液膜.在室内光线(太阳光下效果更佳)下，选出观察“对象”，将饮料瓶放在水平桌面上，稍待片刻，就可看到洗衣粉液泡泡上的弯曲 彩色图4 条纹，如图4所示。 2.3 观察“牛顿环”。在上述液膜层上，观察者处于某一角度，即可看到彩色的同心圆环，变化万千，生动有趣，如图4所示.如果觉得洗衣粉液泡或液膜层(观察对象)形状不够理想，可用自行车辐条锉尖，在打火机的小火焰上稍加烘烤，制成“热针”，将瓶内的泡泡和液膜层一一刺破后，重新摇动瓶子，可得到较为 满意的泡泡或液膜层。 2.4 表面张力实验。自制几种不同形状的金属丝框架，在前述截下的圆锥体上，依次装入不同形状的金 近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信， 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。 二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应：本实验中，我们首先对磁场进行了均匀性测定，进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小；再利用磁光调制器和示波器，采用倍频法找出ZF6、MR3－2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系，并计算费尔德常数；最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光，验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性：本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角，电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响，在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值，得到液晶盒扭曲角的大小为125度；测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象，在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线，求得了阈值电压、饱 椭偏法测薄膜厚度和折射率 摘要 本实验通过椭圆偏振光法测量了氟化镁(MgF2)、氧化锆(ZrO2)及二氧化钛(TiO2)等介质薄膜的厚度和折射率，以及Cu和Al金属薄膜的厚度和消光系数。 关键词 椭圆偏振光法介质薄膜金属薄膜椭偏参数复折射率消光系数 一、引言 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 二、实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ，用r1p、r1s表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知： 其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系： (影视摄影造型)实验报告 江西科技师范学院 实验报告 课程影视摄影造型 院系 班级 学号 姓名 报告规格 一、实验目的 二、实验原理 三、实验仪器四、实验方法及步骤 五、实验记录及数据处理 六、误差分析及问题讨论 目录 1. 数码摄像机的基本操作 2. 不同景别、构图拍摄 3. 摄像机的运动造型 4. 演播室使用 5. 虚拟性电视节目的拍摄——MV拍摄 6. 纪实类电视节目的拍摄——电视新闻拍摄 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 每次实验课必须带上此本子，以便教师检查预习情况和记录实验原始数据。 实验时必须遵守实验规则。用正确的理论指导实践袁必须人人亲自动手实验，但反对盲 成绩 目乱动，更不能无故损坏仪器设备。 这是一份重要的不可多得的自我学习资料。它将记录着你在大学生涯中的学习和学习成果。请你保留下来，若干年后再翻阅仍将感到十分新鲜，记忆犹新。它将推动你在人生奋斗的道路上永往直前！ 实验一：数码摄像机的基本操作 一、实验课程名称 电视摄像 二、实验项目名称 数码摄像机的基本操作 三、实验目的和要求 了解摄像机原理、部件及其功能，掌握摄像机的使用方法、操作 方法和技巧。 能使用摄像机及其辅助设备。 四、实验内容和原理 内容： 一、摄像机的原理 二、机身主要部件和功能参数 三、摄像机镜头调节 四、摄像机的准备 五、摄像机操作要领及技巧 原理：不论是什么样的摄像机，其工作的基本原理都是一样的，即把光学图象信号转变为电信号。当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像 指导老师何玲第4 页 光的干涉、薄膜干涉 教学目的 1．知识目标： (1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件． (2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征． (3)了解双缝干涉条纹的特点． (4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用． 2．能力目标： 通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力． 3．情感目标： 通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点． 教具 透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头． 教学过程 引入新课 【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问： 1．这是什么现象？ 2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？ 3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？ 引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振 动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”． 提问： 1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？ 2．怎样得到光的干涉图样？ 【板书】第一节光的干涉 进行新课 引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？ 由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波．如何得到相干光波呢？可由学生先讨论． 【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离． 现象：屏幕上看不到明暗相间的现象． 【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象 提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？ 引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象．直到19世纪英国物理学家托马斯·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源． 【板书】一、双缝干涉 介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪． 说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2．【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激 光学薄膜及其应用 目录 一、引言 二、什么是光学薄 膜？ 三、光学薄膜干涉 原理 四、光学薄膜的应 用 五、薄膜的制备 六、应用于望远镜 的光学薄膜分 析第三版光学薄膜干涉原理 光是一种电磁波。可以设想光源中的分子或原子被某种原因激励而振动,这种振动导致分子或原子中的电磁场发生电磁振动。可以证明,电场强度与磁场强度两者有单一的对应关系,同时在大多光学现象中电场强度起主导作用,所以我们通常将电场振动称为光振动,这种振动沿空间方向传播出去就形成了电磁波。 电磁波的波长λ、频率f、传播速度v三者之间的关系为: v=λ?f 各种频率的电磁波在真空中的速度都是一样的,即3.0E+8m/s,常用C 表示。但是在不同介质中,传播速率是不一样的。假设某种频率的电磁波在某一介质中的传播速度为v,则C与v的比值称为这种介质对这种频率电磁波的折射率。频率不同的电磁波,它们的波长也不同。波长在 400~760nm这样一段电磁波能引起人们的视觉,称为可见光。普通光源如太阳、白炽灯等内部大量振动中的分子或原子彼此独立,各自有自己的振动方向、振幅及发光的起始时间。每个原子每一次振动所发出的光波只有短短的一列,持续时间约为1.0E-8秒。我们通常观察到的光都是光源内大量分子或原子振动辐射出来的结果,而观察不到其作为一种波动在传播过程中所能表现出来的特征———干涉、衍射和偏振等现象。这是因为实现光的干涉是需要条件的,即只有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的两列光波才是相干光波,这样的两列波辐射到同一点上,彼此叠加,产生稳定的干涉抵消(产生暗影)或者干涉加强(产生比两束光能简单相加更强的光斑)图像,才是我们观察到的光的干涉现象。 《薄膜干涉》进阶练习 一、选择题 1．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．点燃酒精灯并在灯芯上洒些盐，竖立着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．下面说法正确的是（） A．火焰的像在肥皂液薄膜上 B．若要观察到图中的干涉图样，人应位于金属丝圈的前面与酒精灯同侧 C．观察的干涉图样的颜色应是白色的 D．由于重力作用，使肥皂液薄膜上薄下厚，相当于三棱镜，所以这一现象实际上是光的色散 2．如图所示，用干涉的办法比较放置在水平面上的加工工件和标准件的高度（工件和标准件上表面均平整，都能反射光线）．在两者上方盖上平板玻璃，玻璃离开地面一定距离．则当光垂直入射后，从上向下看，下列说法正确的是（） A．若工件高度略小于标准件高度，可看到干涉条纹 B．若工件高度略大于标准件高度，可看到干涉条纹 C．若工件高度等于标准件高度，可看到干涉条纹 D．若出现了干涉条纹，则整块平板玻璃区域都有条纹分布 3．凸透镜的弯曲表面是个球面，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，如图所示，从上往下看凸透镜，结果观察到同心的内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环．关于牛顿环，以下说法正确的是（） A．干涉条纹是凸透镜下表面和平板玻璃上表面的两列反射光叠加而成的 B．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 C．若仅增大入射光的波长，则圆环状干涉条纹的半径变大 D．若仅增大凸透镜的半径，则圆环状干涉条纹变的密集 二、非选择题 4．如图所示，为黄光、蓝光分别通过同一干涉装置形成的干涉条纹中心部分．则图甲为______产生的干涉条纹（选填“黄光”或“蓝光”）．若将两种颜色的光以同样的入射角入射到两种物质的介面上，图甲对应的色光发生了全反射，则图乙对应的色光______（选填“一定”、“可能”或“不可能”）发生全反射． 5．（单选）图示中用刀片在涂有墨汁的玻璃片上划出有很小间隙的双缝． （1）双缝的作用是当激光照射它时 （A）在双缝处形成明暗相间等间距的条纹 （B）形成相干光并在光屏上出现中间宽两边窄的条纹 （C）形成两束增强的光并进行叠加形成明暗相间的条纹 “迈克尔逊干涉仪”实验报告 【引言】 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。 因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。 【实验目的】 （1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜 【实验原理】 1.迈克尔逊干涉仪结构原理 图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源 S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半 透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。 反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1 和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射 膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区 域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可 发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有 相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干 涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。 薄膜物理学实验报告薄膜干涉实验报告 薄膜物理学实验报告| | 薄膜干涉实验报告 实验1、旋涂法制备薄膜1、实验原理旋涂法利用仪器高速旋转时产生的离心力使基片上的胶液由中心向4 周均匀分散而构成致密薄膜。实验用到的原料需要提早制备且1 般为溶液，实验上常见的是使用溶胶-凝胶法作为薄膜材料的之辈手段，本次实验是使用现成的或制备较为简单的溶液。 2、材料准备（1）实验原料：面粉、鸡蛋清、3 级水（2）溶液制备称取适当的面粉放置烧杯中，加入50mL3 级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；在烧杯中加入适当的鸡蛋清，加入适当3 级水，搅拌均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。 3、实验进程（1）用玻璃棒沾取胶体溶液涂覆于载玻片上；（2）开启真空泵，将载玻片牢牢吸附于匀胶机的样品台上，盖上保护盖；（3）根据所用溶液的黏稠度、附着性选择转速和旋转时间，启动匀胶机；（4）关闭真空泵，用镊子将载玻片取出，避免到显微镜下视察成膜情况。 4、注意事项在匀胶机运行进程中不宜开启保护盖，溶液应当屡次涂覆以保证成膜的质量。 实验2、提拉法制备薄膜1、实验原理浸渍提拉法是将全部洗净的基板浸入预先制备好的溶胶当中，然后以精准控制的均匀速度将基板安稳地从溶胶中提拉出来，在粘度和重力作用下基板表面构成1 层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，因而附着在基板表面的溶胶迅 速凝胶化构成1 层凝胶膜。 2、材料准备（1）实验原料：面粉、鸡蛋清、3 级水（2）溶液制备称取适当的面粉放置烧杯中，加入50mL3 级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；在烧杯中加入适当的鸡蛋清，加入适当3 级水，搅拌 均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。 3、实验进程将配置好的面粉清导入小烧杯；打开镀膜提拉电机源，取1 块干净的载玻片用夹具夹住其1/3 处；设置提拉机参数，提拉速度设置为20mm/min，提拉高度60mm，浸渍速度为20mm/min,浸渍时间30s 镀膜次数设置为4 次，镀膜间隔30s，点击“开始”按钮，开始镀膜；镀膜完成后取下载玻片，放到显微镜下视察。将面粉清换成液体胶，重复上述进程，取得液体胶薄膜。 最后将旋涂法及提拉法取得的薄膜基片放到烘箱60℃烘干1 个小时取出，得到薄膜样品。 实验3、层层自组装法制备薄膜1、实验原理层层自组装是利用逐层交替沉积的方法，借助各层份子间的弱相互作用（如静电引力、氢键、配位键等），使层与层自发地缔和构成结构完全、性能稳定、具有某种特定功能的份子聚集体或超份子结构的进程。 2、材料准备（1）实验原料：VB2、胶水、3 级水（2）实验仪器：傅里叶红外光谱仪、载玻片、烘干机、烧杯、玻璃棒（3）VB2 加入适当3 级水调制成VB2 溶液；胶水加入适当3 级水制成胶体溶液。 实验二十九虚拟仪器在物理实验中的应用 物理学院130061311 二下六组3号 2015.4.9 一．实验目的 1.了解虚拟仪器的概念 2.了解图形化编程语言LabVIEW，学习简单的LabVIEW编程 3.完成伏安法测电阻的虚拟仪器设计 二．仪器用具 计算机(含操作系统)，LabVIEW软件，数据采集卡，电阻箱(用作标准电阻)，导线，开关，待测电阻，二极管。 三．实验原理 虚拟仪器的硬件系统由PC机和数据采集卡(DAQ卡)组成.数据采集卡(DAQ卡)包括多路开关、放大器、采样/保持器、习D转换器以及其他有关电路组成.这些部分共同配合完成对信号数据的采集、放大以及模/数转换任务。 本实验中利用接口卡的一个通道为整个测量电路供电，利用两个输人通道分别测量总电压和标准电阻上的电压;利用测量得到的电压数值和标准电阻数值就可以得到电路中的电流以及待测电阻上的电压.在程序控制下，电路电压由OV开始逐渐增加到5V，电压每改变一次测量获得一组电压电流值，最后得到一个数组，经过线性拟合后就可以得到待测电阻值。 测量原理如图： 四．实验内容 1.初步熟悉LabVIEW 整个软件分为前面板和程序框图两部分。 前面板可以加入开关，旋钮各种控件和各种显示元件；在前面板添加的元件相应的子端 和图标会出现在程序框图上，可以在程序框图进实验编辑，另外，在程序框图内还有可控选择的大量函数模块以及各种实现程序的功能，例如循环，数字运算，比较，以及各种公式等。 2.创建一个模拟温度测量程序 前面板：开关（用于控制显示摄氏度/华氏度），温度计，温度值 程序框图：放入Demo V oltage Read 子程序，设计用开关切换摄氏/华氏度的逻辑程序，使温度计和温度值按需显示。 3.用虚拟仪器测量伏安特性 1）编写程序 前面板： 放入一个用于设置设备号的控制数、一个设定标准电阻值的控制数、一个用于设定测量间隔的控制数和一个显示测量电阻值的显示数。放人三个控制字符串，将名字分别改成“供电电压通道”、“测量总电压通道”、“测量电流通道”.分别用于设置输出输人的通道。 放上一个Express XY Graph，将名字改成“电阻的伏安曲线图”，并将纵坐标和横坐标分别改成“电压(V)”和“电流(A); 加人一个二维数组，把名字改成“数据”，用于显示测量的电压和电流。放人一个开关，用于控制程序进程. 程序框图： 设计一个循环程序，让程序不断改变电压，每次改变0.25V测20组电流电压数据，每次改变之后都使程序等待1s后测量，测量20组后循环停止，并画出电阻的伏安特性曲线图，计算出电阻R（斜率）。 2）连接口卡和外部电路 3）运行程序，记录结果，保存并退出 五．思考题 1.虚拟仪器与传统仪器有什么区别 传统仪器：数据显示形式单一，数据处理功能比较简单，不容易按需改装，不能共享数 用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度 （楚雄师范学院 物电系 苏进高 20071041136） 【摘要】 随着社会经济的不断发展，有机薄膜作为一种功能材料，其应用越来越广泛，相应地薄膜的生产规模也不断扩大。在薄膜的生产过程中，厚度作为薄膜的一个重要指标，对生产生活有着很大的影响，本文采用迈克尔干涉仪测量薄膜的厚度，其原理简单，操作方便，精确度高。 【关键词】 迈克尔干涉仪；薄膜折射率，薄膜厚度， Use Michelson interferometer by measuring film thickness (The Department of Electronic Information Science and Technology of ChuXiong Normal University) Abstract: With the development of social economy, the application of organic thin films is more and more prevalent as a sort of functionality material. Accordingly, the scope of the production of the organic thin films is enlarged. thickness is one of the quality for the thin films has been a significant process in the production of the organic thin films. Production has a great impact on life, Michael interferometer using thin-film thickness measurement, the principle of a simple, convenient operation, high accuracy. 引言 塑料薄膜因为有很好的不透水性,价钱便宜、轻巧等优点，因此在生产生活中有着十分广泛的运用，而厚度作为薄膜的一个重要指标，起着非常重要的作用。下面我们介绍如何用迈克尔逊干涉仪来测量薄膜的厚度，这种方法原理简单，操作方便，精确度高 测量装置及原理 E 测量装置如图所示，其中1M 、2M 是两块互相垂直的平面反射镜，1G 为分光板，2G 是补 薄膜厚度检测原理及系统 摘要：本文对目前常用的薄膜厚度光学测量方法进行了深入的研究和讨论，总结并归纳了每一种测量方法的优缺点、以及使用条件。基于原子力显微镜的薄膜厚度检测系统，该系统得到薄膜厚度，能够精确测量各种不同性质的薄膜的厚度。关键词：薄膜厚度；测量；原子力显微镜 Abstract: In this paper, the advantage and disadvantage, usable condition of many usually used optical measurement methods of thin film thickness which are analyzed and discussed in detail ,are been summarized. A measuring system of film thickness based on atomic force microscope has been developed, based on this system could measure the thickness of various films. Key words：film thickness ; measurement; AFM 1引言 随着科技的发展以及精密仪器等技术的迅速发展，薄膜技术的应用变得更为广泛，不仅在光学领域，也被广泛地应用于微电子技术、通讯、宇航工程等各种不同的领域。薄膜的厚度很大程度上决定了薄膜的力学性能，电磁性能，光电性能和光学性能，薄膜厚度又是薄膜设计和工艺制造的关键参数之一，为了制备出合乎要求的薄膜也离不开高精度的薄膜厚度检测，因此薄膜厚度的测量一直是人们密切关注和不断研究改进的课题。 在众多类检测方法当中，由于光学检测方法具有非接触性、高灵敏度性、高精度性、快速、准确、不损伤薄膜等优点，成为目前被应用最广泛的方法。在对薄膜厚度检测的理论中，按照测量方法所依据的光学原理进行分类，可分为干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法，也可根据光源分为激光测量和白光测量[1]。目前，光谱法、椭圆偏振法和干涉法是人们讨论最多和应用最广泛的测量方法。随着光学薄膜的材料和制备技术的不断提高，传统的薄膜厚度的测量方法己经不能 现代光学测试技术实验报告 姓名：*** 学号：*** 专业：*** 班级：*** 课程名称：现代光学测试技术 指导教师：*** 完成日期：*** 现代光学测试技术实验报告 一、实验目的 1、了解散斑的性质及特点 2、了解散斑干涉、剪切散斑干涉、DIC 、和条纹投影技术的具体应用 3、通过分析优劣更好地学习现代光学测试技术的相关内容 二、实验原理 ● 散斑 1、散斑的定义 当一束激光照射到物体的粗糙表面(例如铝板)时，在铝板前面的空间将布满无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。（如图1所示） 2、要形成散斑且质量较好必须具备的条件： （1）有能发生散射光的粗糙表面 （2）入射光线的相干度要足够高，如：激光 （3）如使用激光粗糙表面深度须大于入射光波长 3、散斑的分类 由粗糙表面的散射光干涉而直接形成的，称为直接散斑。(如图2所示) 经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，即主观散斑。（如图3所示） 图2 客观散斑原理图 图1 散斑图像 图3 主观散斑原理图 4、散斑的应用 散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质，是实验应力分析方法的一种，用于测取物体的位移、应变。由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注。 ●三角法测量原理 图4 激光三角法测量原理图 如图所示，θsin z a a b M ??=???= z K z s i n M b ??=???=??θ 则K b z ?=?，其中θsin M K ?= 物体变形前和变形后的光强分布为： ()()()()x y x P x y x P f ,2,,2cos y x b y x a I f π π=?? ?????+=，， ()()()()()[]()()()[]y x z y x k -x ,2,y x z y x k -x ,2cos y x b y x a I c c ，，，，，，y x P y x P π π=???????+= ()() ()()() ()()y x K -y x z y x z y x K y x z y x P y x k 2-c f c f ，，，，，，，??= ∴=?= ??π ()y x K ，可以通过实验标定得到，由此，则可知物体的变形或位移 ● DIC 技术 图5 物体变形图像追踪 因为散斑分布是随机的，所以每一点和它周围的散斑是不一样的，我们在相关运算过程中，可以将变形前和变形后的散斑图像分割成很多网格，每一个网格就是一个相应的子集：这样，我们就可以以这个子集为载体，分析物体的相应的位移信息，将所有的子集进行计算，就可以得到相应的位移场： 在数字图像相关算法中，我们将变形前后的两幅散斑图分别设为F （x ，y ）和G （x ，y ），劝、数字图像相关基本思想是在F （x ，y ）中找到一个子区，通 现代光学设计实验报告格式基本要求汇总 湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验一：单透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为80mm，相对孔径为1/4的单透镜系统，全视场2ω为8o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan1 湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验二：双胶合透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的双胶合透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan2 用迈克尔逊干涉仪测量单层薄膜的厚度和折射率 实验的改进 于海峰 蒋晓冬 韩厚年 （淮阴工学院 淮安 223003） 摘要：迈克尔逊干涉实验是大学物理实验中的一个重要实验，本文对迈克尔逊干涉仪测定薄膜的厚度和折射率实验的传统方法进行了改进，我们对原测量仪器稍做调整,提高了条纹视见度,减少了测量误差，提高了测量精度。 关键词：迈克尔逊干涉仪；光程；薄膜厚度；折射率；等厚干涉;白光干涉 引言 目前测量薄膜厚度和折射率的方法有多种，例如椭偏法、准波导法等等[1][2]。其中在实验室中最常用、最简单方便的方法是利用迈克尔逊干涉方法来进行测量。 迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置,可用于观察光的干涉现象，测定单色光的波长，测定光源的相干长度。附加适当装置后，可以扩大实验范围，其中，用来测量薄膜的厚度和折射率就是其扩展实验之一。 问题提出 用迈克尔逊干涉仪测薄膜的厚度和折射率, 是利用在光程差约等于零时观测白光的彩色等厚干涉条纹。其做法是先调出白光条纹，然后将薄膜放在分光板2G 与反射镜2M 之间(薄膜与光线垂直),或薄 膜贴在2M 镜上，再调出零光程差的彩色干涉条纹,反射镜移动距离d 与薄透明体厚度l 、透明体折射率n 、空气折射率0n 有关系式： 0()d l n n =- 但是，利用上述测量单层薄膜的折射率和厚度[3][4] 的过程中存在着诸多的缺陷，首先要看到较好的等厚干涉条纹，要求单层薄膜本身较平整，以往简单的插入薄膜并不能保证薄膜的平整性，而把薄膜贴在2M 镜上，膜与镜之间也容易产生气泡，影响测量的精确性。再者要求白光等厚干涉条纹的可观测性较强，便于测量。本实验介绍了用迈克尔逊干涉仪方便，简单、清晰的观测等厚干涉条纹，进而用来测量单层薄膜厚度和折射率的方法。 实验原理 用迈克尔逊干涉仪测单层薄膜的厚度和折射率的实验装置如图1 自组显微镜 显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，用来放大微小物体的像，是放大虚像的透镜系统。当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像，观察到的是经两次放大后的倒立虚像。 【实验目的】 1、了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量放大率的一种方法。 2、了解视觉放大率的概念并掌握其测量方法。 3、进一步熟悉透镜的成像规律。 【实验仪器】 光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源S 、1/10mm 分划板F 、显微物镜L 0（焦距f 0＝1.5cm ）、显微目镜Le （去掉物镜头的读数显微镜，焦距f e ＝1.25cm ）、读数显微镜架SZ －38、二维调整架SZ －07（2个）、底座4个。 【实验原理】 由于人眼分辩能力的限制，在观察远处物体或微小物体时，分辩不清物体的细节。为此人们发明了望远镜、放大镜、显微镜等仪器以增大对眼的视角。仪器增大视角的能力用视角放大率来描述。若人眼通过光学仪器观察物体时（实际是物体的像）的张角为φ，不通过光学仪器直接观察物体的张角为ψ，则视角放大率M 定义为： 显微镜的光学系统如图所示，它的物镜L0和目镜Le都是会聚透镜。被观察的物体y1位于物镜前面一倍焦距f0和二倍焦距之间，经物镜L0后成倒立放大实像y2，y2应成像在Le的第一焦点f e之内，经过目镜Le后成一放大的虚像y3。y3应该位于人的明视距离处。为了适合观察近处的小物体，显微镜物镜L0的焦距f0应该选取比较小，一般在12.5-30.0mm左右。目镜主要作为放大镜，观察中间像y2。 显微镜的视角放大率M定义为最后的虚像和物体在明视距离处对人眼的张角之比。 由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。其中，D＝250mm为明视距离，△为显微镜的物镜与目镜焦点之间的距离，称为光学间隔。 【实验内容】 1、用已知焦距的透镜组组装显微镜。 2、计算显微镜的放大倍数。 【实验步骤】 图2 实验光路图 1．带有毛玻璃的白炽灯光源S； 2. 1/10mm分划板F1；3．二维调整架SZ-07；4．物镜Lo：f o=15mm；5．5、二维调整架SZ-07；6．测微目镜Le （去掉物镜头的读数显微镜）；7．读数显微镜架SZ-38；8．三维底座SZ-01；9．一维底座SZ-03；10．一维底座SZ-03；11．通用底座SZ-04 1概述 在气象预报和对太空其他星球研究方面，数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。利用Matlab可以对遥感图像进行图像增强、滤波，融合等，可大大推动在遥感图像处理的深入研究和广泛应用。 2均值滤波、中值滤波和梯度倒数加权滤波 2.1均值滤波 数字图像的均值滤波是一种利用模板对图像进行模板操作（卷积运算）的平滑方法，是一种常用的图像滤波去噪方法，该方法运算简单，对高斯噪声具有良好的去噪能力。但均值滤波在本质上是一种低通滤波的方法，在消除噪声的同时也会对图像的高频细节成分造成破坏和损失，使图像模糊。 下面用图“lena.bmp”进行实验操作： 原图： 10%的椒盐噪声：10%的高斯噪声： 3*3均值滤波： 5*5均值滤波： 2.2中值滤波 中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。取某种结构的二维滑动模板，对待处理的当前像素，将模板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升（或下降）的二维数据序列，取排在中间位置上的像素值代替原像素值。中值对异常值的敏感性比均值的小，所以，中值滤波器可以在不减小图像对比度的情况下剔除这些异常值。 3*3中值滤波： 5*5中值滤波： 2.3梯度倒数加权滤波 为了解决均值滤波算法存在的图像模糊问题，这里介绍一种新的滤波方法：梯度倒数加权平滑法，可以比较好的克服均值滤波带来的模糊图像的缺点。 在一离散图像中，相邻区域的变化大于区域内部的变化，在同一区域中中间像素的变化小于边缘像素的变化，梯度值正比于邻近像素灰度级差值，即在图像变化缓慢区域，梯度越小，反之则大。这样梯度倒数正好与梯度相反，以梯度倒数作权重因子，则区域内部的邻点权重就大于边缘近旁或区域外的邻点。即这种平滑其主要贡献主要来自区域内部的像素，平滑后图像边缘和细节不会受到明显损害。 3数据分析 由表中数据可知，对于椒盐噪声，相比于均值滤波，中值滤波的处理效果要更接近原图像，然而其边界保持的效果也交叉。梯度倒数加权可根据不同的要求调节权重，使得滤波图像达到我们的要求：若要求滤波效果尽可能与原图像接近，那么噪声图像的比重应大一些，若要求边界保持效果好一些，那么比重就应该小一些。总之，倒数加权滤波方法较前两种滤波方法的适应性要好一些。实验三 干涉显微镜测量薄膜厚度
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