工程光学实验指导书
目录
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧实验二物镜焦距截距的测量
实验三光的干涉实验
实验四光学物镜参数测试设计性实验
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧
一. 引言
不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用
二．实验目的
掌握光学专业基本元件的功能；调整光路，主要包括共轴调节、调平行光和针孔滤波。
三．基本原理
(一)、光学实验仪器概述:
主要含：
激光光源，光学元件，观察屏或信息记录介质
1. 激光光源;
激光器即Laser(L ight Amplification by stimulated emission of radiation)，原意是利用受激辐射实现光的放大．然而实际上的激光器,一般不是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。
.
960年,梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器.现在被广泛用于各个行业
激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布
激光器的分类:
(1)气体激光器——He-Ne激光器,Ar离子激光器
(2)液体激光器——染料激光器
(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器
本套实验方案的选择的激光器是气体型He-Ne内腔式激光器,波长为632.8nm的红光，功率2mW。个别实验中还会用到白光点光源。
2、用于光学实验的元件一般包括：
防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透镜、多自
由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。如果是全息实验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。
（本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器，准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均采用双凸透镜）
⑴防震平台
光学实验需要一个稳定的工作平台。特别是对于全息图制作实验，由于是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化，就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于十分之一波长。
影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动，如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重1000～2000kg的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，记录全息图时室内不要通风，工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。
⑵光学元件
①分束镜:
分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将激光束分为两束，在干涉仪系统组装的实验中可产生两束有一定夹角的相干波，在全息制作实验中可产生参考光和物体的物光光波。分束镜一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。
②扩束器(扩束镜):
因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以加大光束的发散角。通常可用20倍、40倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜。本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器。
③双凸透镜:
准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜之功能均可使用不同内径和焦距的双凸透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜.(因为它们会使观察或记录图像产生噪声)
④反射镜:
当光入射到普通反射镜的玻璃基版上时，要先经过折射再反射，反射光的损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。所以光学实验需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。
⑤其它:
还有一些辅助元件：如多自由度微调器，可三维控制镜架或者滤波器的位置和方向；可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑、观察屏可用白纸或白屏；电子计时器用来控制曝光时间等。
3、光学信息的记录介质
主要用在全息类实验中。包括两大类,一类银盐感光材料，另一类非银盐感光材料，其中非银盐感光材料又包括，重铬酸盐明胶、光致聚合物等材料。银盐感光材料灵敏度高，但是衍射效率低。非银盐感光材料响应速度快，能及时的记录和显示，材料分辨率高，有些材料能多次反复使用，不用贵金银，免除了暗室的显影定影操作，加工过程简便快速，但灵敏度低。它们各有优缺点，而且不同的非银盐感光材料的性能也是不一样的。
(二)、共轴调节：
光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜成像，为了获得较好的像，必须使各个透镜的主光轴重合（即共轴），并使物体位于透镜的主光轴附近。另外，为了最大限度利用激光扩束后的面光源，所有透镜的主轴都需要大致通过光斑中心，才能获得清晰的像。共轴调节使物、屏的中心处在透镜光轴上，并使各光学元件共轴，达到共轴能保证近轴光线的条件成立。一般分为两步进行，第一步粗调，即用眼睛观察，使物、屏与透镜中心大致在一条直线上；粗调方法如下：通过前后移动白屏的方法先使激光光束与台面平行，再将透明物、扩束镜、双凸透镜依次摆好，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，再让光斑、物、镜的几何中心处在一条直线上，这样便使镜的主光轴与平台面平行且共轴，光斑也最大限度得到利用。
图示过程为：调节透镜杆的高度，使得光斑中心与透镜架上的中心小圆孔在同一高度。
第二步细调，即移动透镜，当两次成像中心重合即达到共轴，若不重合，须视情况，针对性地调节各光学元件，直至两次成像的中心重合。如果系统有两个以上的透镜，先加入一个透镜调节共轴，然后再依次加入透镜，使每次所加透镜都与原系统共轴。
反射镜的调节方法类似。
(三)、调节平行光：
⑴调整扩束镜，准直镜共轴，
⑵粗调，把准直镜放到一定位置使扩束镜处于准直镜的前焦面上，然后在准直镜后放一挡板，不断前后纵向移动挡板，观察挡板上圆形光斑的到大小是不是发生变化，如果发生变化，就再前后移动准直镜的位置，再前后移动挡板，观察圆形光斑的大小，如果变化，重复以上工作，直到光斑大小不发生变化位置，完成粗调。
在调节中要注意光斑变化的和准直镜移动方向的关系，从而很快达到粗调的效果
⑶细调1，如有条件，可以选用平晶进行细调。把平晶放到准直镜后，使光线反射到挡板上，可以观察到干涉条纹
⑷细调2，左右微移动准直镜，观察挡板条纹的变化，找出规律，并使条纹的数目减少，最后在挡板上只剩下，一条或半条条纹，这时从准直镜出来的光线就是平行光。
四、真空滤波器的调节：
它兼有扩束和滤波作用，详见下节。
五、仪器用具
平晶
挡板（条纹变化，使之
越来越少）
挡板
参见下面的附表（21个实验）
六、实验内容：
（1）主要光学实验仪器的分辨
（2）进行共轴调节、调平行光
附录：光学成象的基本概念与完善成像条件
一、光学系统与完善成象的概念
1、光学系统：由一系列的光学元件所构成的系统。
这里所说的光学元件可以是透镜、反射镜、棱镜等。
光学系统又分为：共轴光学系统及非共轴光学系统
2、完善成象：象与物体只有大小的变化没有形状的改变（物与象是完全相似的）。
二、完善成像的条件
入射为球面波，出射也为球面波（入射为同心光束，出射也为同心光束）。
三、物、象的虚实
物有虚实之分，象也有虚实之分。
物：发出入射光波的。象：由出射光波形成的。
1、实物、实象：由实际光线相交而成的就称为实；
2、虚物、虚像：由实际光线的延长线相交而成的。
实象可由人眼或接收器（屏幕、CCD、底片、光电倍增管等）所接收；
虚象不可以被接收器所接收，但是却可以被人眼所观察。
3、物空间、象空间
物所在的空间称为物空间；象所在的空间叫象空间。无论是物空间还是象空间都是无限延伸的，不能机械的以左右划分。
实验二 物镜焦距截距的测量
一．引言
二次成像法测量焦距是通过两次成像，测量出相关数据，通过成像公式计算出透镜焦距。
二. 实验目的
1．学会调节光学系统共轴．
2．掌握薄透镜焦距的常用测定方法． 3．研究透镜成像的规律。
三.基本原理
透镜分为会聚透镜和发散透镜两类，当透镜厚度与焦距相比甚小时，这种透镜称为薄透镜．所如图l 示，设薄透镜的像方焦距为，物距为
，对应的像距为
，在近轴
光线的条件下．透镜成像的高斯公式为
（1） 故pp f p p ''=
'
- （2）
应用上式时必须注意各物理量所适用的符号法则．在本试验中我们规定，距离自参考点(薄透镜光心)量起．与光线行进方向一致时为正，反之为负，运算时已知量须添加符号，未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义．
测量会聚透镜焦距的一般方法有：靠测量物距与像距求焦距。具体方法是：用反射照明光后的实物作为光源，其发出的光线经会聚透镜后，在一定条件下成实像，可用白屏接
取实像加以观察，通过测定物距和像距，利用(2)式即可算出．但是此种方法精度不
高。
由透镜两次成像求焦距方法如下：
当物体与白屏的距离时，保持其相对位置不变，则会聚透镜置于物体与白屏
之间，可以找到两个位置，在白屏上都能看到清晰的像．如图2所示，透镜两位置之间的距离的绝对值为d，运用物像的共扼对称性质，容易证明
（3）
上式表明．只要测出和，就可以算出．由于是通过透镜两次成像而求得的，
这种方法称为二次成像法或贝塞尔法．这种方法中不须考虑透镜本身的厚度，因此用这种方法测出的焦距一般较为准确．
四. 仪器用具（参见附表）
五. 实验内容
（1）在76型号的杆后加一块毛玻璃，用平行光照亮杆后投影在毛玻璃上，以此屏平面图形作为物。这样既使物各点发光均匀，又便于较准确地确定物的位置。
（2）调节各元件，使共轴。
（3）两次成像法侧会聚透镜焦距（实际光路如下图所示）
1）将光源依次通过针空滤波器针空滤波，使用准直镜调节平行光。
2）将物放到准直镜后，并在物后放上毛玻璃，使之成为物屏
3）将物屏（毛玻璃）与白屏固定在相距大于的位置，测出它们之间的距离，如图所示．移动透镜，使屏上得到清晰的像，记录透镜的位置，移动透镜至另一位置，使屏
上又得到清晰的像，再记录透镜的位置，由(3)式求出,改变屏的位置，重复几次，求其平均值。
附表：
实验三光的干涉实验
一．引言
迈克耳逊干涉议是最典型的分振幅干涉装置。本实验要求用分束镜，反射镜等，在全息台上组装迈克耳干涉仪。并He－Ne激光作光源观察非定域干涉条件。
二．实验目的
(1)组装并调节迈克耳逊干涉仪，观察点光源产生的非定域干涉条纹。
(2)观察干涉条纹反衬度随光程差变化，了解光源相干长度的意义。
(3)检查防震实验台的稳定性。
三．基本原理
3.1、迈克耳逊干涉仪的非定域干涉条纹。
本仪器是用分裂振幅的方法产生双光束以实现光的干涉。图1是其原理。其中S为单色点光源。M1、M2为互相垂直放置的平面反射镜。BS为分束镜，放在M1M2法线的交点上，并分别与M1、M2成450角。
图1 迈克耳逊干涉仪原理图
点光源S发出的球面波经BS的镀膜层分为两束光。这两束分别经M1、M2反射又回到BS，在BS上透过和反射的这两束光在BS的右侧空间形成一非定域的干涉场。屏幕放
在干涉场中垂直于光束方向，在屏幕上可看到干涉条纹。
图1中'2M 为M 2在BS 上反射的虚像。S 1，S 2则分别为光源S 在M 1和'2M 中的虚像。
屏上的干涉条纹可以看作为S 1,S 2虚光源发出的球面波干涉的结果。当'2M 平行于M 1时，屏上出现圆形干涉条纹。圆的中心在S 1，S 2连线上。中心点的光强取决于S 1和S 2之间距离d ，即
I （P ）=A+Bcos
2d
πλ
当d=K λ时，（K 为整数），中心出现亮点。当d=(K+12
)λ时，中心出现暗点。圆形
条纹的粗细和疏密程度与d 有关。当d 减小时，圆条纹显得疏而粗。d 增大时，条纹变得细而密。
如果将M 1(或M 2)转一小角度，则M 1和'2M 不再平行。屏幕上干涉条纹不再是圆形的封闭曲线，而变成为弯线或接近直线（实际上是双曲线或椭圆的一部分）。 3.2、条纹的反衬度和相干长度
干涉条纹的反衬度γ定义为 m ax m in m ax m in
γI -I =
I +I
当光源不是单色光时，干涉条纹的反衬度与光程差有关。
H e －N e 激光的单色性虽然相当好，但还是有一定的波长分布。多纵膜的H e －N e 激光器的中心波长λ0为6328埃，λ?（见图2）约0、018埃，定义相干长度为
图2
2
max L λλ
=
≈?25厘米
迈克耳逊干涉仪中，来自光源的光束经BS 分为两束，这两束光经不同的光程L 1和L 2又在BS 合成一束（见图3）。两束光的光程差为
图3
l ?＝12l l -
理论上可以证明，当l ?很小时，干涉条纹反衬度很大。当l ?增大，γ降低。当l ?接近于max L 时，反衬度就比较弱了。当l max L 时则可能完全看不到干涉条纹。 因此为了得到反衬度较高的干涉条纹，在全息照像中必须注意参考光和物光之间光程差。即尽可能使光程差在0.5cm 附近，不要超过光源的相干长度。
四． 仪器用具
（参见附表）
五． 实验内容
图4 迈克耳逊干涉仪实物图
5.1,调节激光光束使平行于台面，通过针孔滤波器，准直镜使之出来为平行光，调节反射镜及分束镜仰角，使镜面垂直于光束。
5.2观察非定域干涉条纹，按图2安排光路，使M1，M2域BS基本等距，调节M1，M2角度，在屏幕上看到条纹。微调M1（或M2）的方向，观察条纹形状变化。加大M2、M2与BS的距离，再调到圆条纹观察条纹粗细及紧密的变化。
5.3轻轻敲击台面或在附近地面上跳动，走动，从条纹变动的幅度及衰减速度来评定平台的防震性能。
5.4观察条纹反衬度随光程差的变化。移动M1（或M2）以改变一束光的光程（改变
量可以从10cm－50cm或更多），观察干涉条纹反衬度的变化，估计其相干长度。
实验四光学物镜参数测试设计性实验
一．引言
一张黑白图像有相应的灰度分布。人眼对灰度的识别能力是不高的，最多有15～20个层次。但是人眼对色度的识别能力却很高，可以分辨数十种乃至上百种色彩。若能将图像的灰度分布转化为彩色分布，势必大大提高人们分辨图像的能力，这项技术称之为光学图像的假彩色编码。假彩色编码方法有若干种，按其性质可分为等空间频率假彩色编码和等密度假彩色编码两类；按其处理方法则可分为相干光处理和白光处理两类。等空间频率假彩色编码是对图像的不同的空间频率赋予不同的颜色，从而使图像按空间频率的不同显示不同的色彩；等密度假彩色编码则是对图像的不同灰度赋予不同的颜色。前者用以突出图像的结构差异，后者则用来突出图像的灰度差异，以提高对黑白图像的视判读能力。黑白图片的假彩色化已在遥感、生物医学和气象等领域的图像处理中得到了广泛的应用。
二．实验目的
（1）掌握θ调制假彩色编码的原理；
（2）巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；获得假彩色编码图像。
二．基本原理
对于一幅图像的不同区域分别用取向不同(方位角θ不同)的光栅预先进行调制，经多次曝光和显影、定影等处理后制成透明胶片，并将其放人光学信息处理4f，系统中
的输入面，用白光照明，则在其频谱面上，不同方位的频谱均呈彩虹颜色。如果在频谱面上开一些小孔，则在不同的方位角上，小孔可选取不同颜色的谱，最后在信息处理系统的输出面上便得到所需的彩色图像。由于这种编码方法是利用不同方位的光栅对图像
不同空间部位进行调制来实现的，故称为θ调制空间假彩色编码。具体编码过程如下：（1）被调制物物的样品如图1所示。若要使其中草地、天安门和天空3个区域呈现3种不同的颜色，则可在一胶片上曝光3次，每次只曝光其中一个区域(其他区域被挡住)，并在其上覆盖某取向的光栅，3次曝光分别取3个不同取向的光栅，如图中线条所示。将这样获得的调制片经显影、定影处理后，置于光学信息处理4，系统的输入平面P。，用白光平行光照明，并进行适当的空间滤波处理。
图1 被调制物示意图
2．空间滤波
用4f 系统进行空间滤波，如图所示。
图2 θ调制空间假彩色编码光路
由于物被不同取向的光栅所调制，所以在频谱面上得到的将是取向不同的带状谱(均与其光栅栅线垂直)，物的3个不同区域的信息分布在3
个不同的方向上，互不干扰，当用白光照明时，各级频谱呈现出的是色散的彩带，由中心向外按波长从短到长的顺序排列。在频谱面上选用一个带通滤波器，实际是一个被穿了孔的光屏或不透明纸。 θ调制所用的物是一个空间频率为100/mm 的正弦光栅，并把它剪裁拼接成一定图案，如图1（a ）中的天安门图案。其中天安门用条纹竖直的光栅制作，天空用条纹左倾60度的光栅，地面用条纹右倾60度的光栅制作。因此在频谱面上得到的是三个取向不同的正弦光栅的衍射斑，如图1（b ）所示。由于用白光照明和光栅的色散作用，除0级保持为白色外，正负1级衍射斑展开为彩色带，蓝色靠近中心，红色在外。在0级斑点位置、条纹竖直的光栅正负1级衍射带的红色部分、条纹左倾光栅正负1级衍射带的蓝色部分以及条纹右倾光栅正负1级衍射带的绿色部分分别打孔进行空间滤波。然后在像平面上将得到蓝色天空下，绿色草地上的红色天安门图案，如图1（c ）。 如果带孔的光屏挡去水平方向的频谱点，则背景的图像消失；如果挡去另一方向的频谱点，则对应的那部分图像就会消失。因此，在代表草地、天安门和天空信息的右斜、左斜和水平方向的频谱带上分别在红色、绿色和黄色位置打孔，使这3种颜色的谱通过，其余颜色的谱均被挡住，则在系统的输出面就会得到红花、绿叶、茎和黄背景效果的彩色图像。很明显，θ调制空间假彩色编码就是通过口调制处理手段，“提取”白光中所包含的彩色，再“赋予”图像而形成的。
四． 实验仪器：参见附表 五． 实验内容
1．θ调制片的制作：略
2．观察θ调制空间编码效果
观察实验光路(4f 系统)如图2所示。图中白光光源，经准直后获得平行光，以照明4f 系统。首先，将制得的θ调制片置入4f 系统的输人平面P1上，在输出平面P3上放置
毛玻璃观察，如果光路调整正确，将在毛玻璃上呈现出清晰的像。然后在频谱面上放一张不透光白纸屏，可看到其上有3组彩色谱点。根据预想的各部分图案所需要的颜色，用刀片划出小口或用细的卫生香烧洞，在天安门对应的一组谱点中，让这组频谱的红色通过，在草地对应的一组谱点中让绿色通过，天空对应的频谱中让黄色通过。再在输出平面P3上观看经编码得到的假彩色像。显然，假彩色像的颜色可以通过在频谱面上不同颜色对应的谱点部分扎孔来实现，并任意调色。
图3 调制实验实物图
工程光学 实验指导书 厦门工学院电子信息工程系 2014.9
目录 实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 (3) 实验二聚光镜的建立 (6) 实验三导光管建立 (8) 实验四液晶背光模组建立 (15)
实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 一、实验目的 1. 熟悉tracepro基本功能。 2. 熟悉建模及表面属性、材料定义方法。 二、球形反光碗设计 球形反光碗是使用耐热玻璃（例如：PYREX）压制成型，其内部经高光洁度抛光处理并涂镀反光膜，可将投影灯的后部光能有效地反射至前方，提高投影灯光能利用率。球形反光碗实物图形如下： 球形反光碗设计步骤： 1．打开TracePro3.24→新建名为球形反光碗的文件，或使用CtrL+N 2．点击→，选择Conic类型，形状为球形（Spherical）,厚度（Thickness）输入4mm，反光碗高(length)为18mm,孔大小为0,半径(radius)为33mm, 起点坐标值和旋转坐标值保持默认，输入结果为图1.1图框所示：
图1.1 4．点击Insert，使用工具栏图标区缩小图形后，点击下拉菜单View →Render进行渲染以后，反光碗实体模型如图1.2： 图1.2
5．使用工具栏图标区箭头工具，在图形区完全选中反光碗，或点中导航选项卡 中“模型树”Object 1，单击鼠标右键，在弹出下拉菜单中选择 进行材料属性设置，在材料目录（Catalog）中选择IR, 克斯（PYREX）耐热玻璃，运用（Apply）此属性，吸收、透过和折射率将显示如图1.3： 注：PYREX相关知识： PYREX玻璃是美国康宁玻璃公司(CORNING)研究人员薛利文(Sullivan)1915年发明的，并取得发明专利。这种玻璃在美国叫“派莱克斯”(PYREX)玻璃，PYREX是美国康宁公司产品的一个商标。派莱克斯玻璃专利失效以后，这种玻璃被各国广泛采用。70多年来，很多专家学者都想研究一种新的玻璃，超过派莱克斯玻璃的性能，都没有成功。派莱克斯玻璃的特点是，在玻璃中引入了三氧化二硼(B2O3)改进了玻璃的热稳定性和机械性能。当今，全世界都用派莱克斯玻璃制造化工防腐蚀设备与管件、实验室用玻璃仪器。 图1.3 6．展开“模型树”中Object 1，球面反光碗有三个面组成（图1.3）
第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐 渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以 及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了 异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴 产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光学， 内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说” ●1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 ●1905年爱因斯坦提出了“光子”说 ●现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。 ●一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 ●可见光的波长范围：380-760nm
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
电子科技大学通信与信息工程学院实验报告 实验名称现代电子技术综合实验 姓名： 学号： 评分： 教师签字 电子科技大学教务处制
电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：熊万安 实验地点：科A333 实验时间：2016.3.7-2016.3.17 一、实验室名称：电子技术综合实验室 二、实验项目名称：电子技术综合实验 三、实验学时：32 四、实验目的与任务： 1、熟悉系统设计与实现原理 2、掌握KEIL C51的基本使用方法 3、熟悉SMART SOPC实验箱的应用 4、连接电路，编程调试，实现各部分的功能 5、完成系统软件的编写与调试 五、实验器材 1、PC机一台 2、SMART SOPC实验箱一套 六、实验原理、步骤及内容 试验要求： 1. 数码管第1、2位显示“1-”，第3、4位显示秒表程序：从8.0秒到1.0秒不断循环倒计时变化；同时，每秒钟，蜂鸣器对应发出0.3秒的声音加0.7秒的暂停，对应第8秒到第1秒，声音分别为“多（高
音1）西（7）拉（6）索（5）发（4）米（3）莱（2）朵（中音1）”；数码管第5位显示“-”号，数码管第6、7、8位显示温度值，其中第6、7位显示温度的两位整数，第8位显示1位小数。按按键转到任务2。 2. 停止声音和温度。数码管第1、2位显示“2-”，第3、4位显示学号的最后2位，第5位显示“-”号，第6到第8位显示ADC电压三位数值，按按鍵Key后转到任务3，同时蜂鸣器发出中音2的声音0.3秒； 3. 数码管第1、2位显示“3-”，第3、4位显示秒表程序：从8.0秒到1.0秒不断循环倒计时变化；调节电压值，当其从0变为最大的过程中，8个发光二极管也从最暗（或熄灭）变为最亮，当电压值为最大时，秒表暂停；当电压值为最小时，秒表回到初始值8.0；当电压值是其他值时，数码管又回到第3、4位显示从8.0秒到1.0秒的循环倒计时秒表状态。按按鍵Key回到任务1，同时蜂鸣器发出中音5的声音0.3秒。
电子科技大学电子工程学院实验报告 实验名称现代电子技术综合实验 姓名： 学号： 评分： 教师签字 电子科技大学教务处制
电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：习友宝 实验地点：331 实验时间：（5—8周）周一5，6，7，8节 一、实验室名称：电子技术综合实验室 二、实验项目名称：基于单片机的多任务的控制系统的实现 三、实验学时：16 四、实验目的与任务： 1、熟悉系统设计与实现原理 2、掌握KEIL C51的基本使用方法 3、熟悉SMART SOPC实验箱的应用 4、连接电路，编程调试，实现各部分的功能 5、完成系统软件的编写与调试 五、实验器材 1、PC机一台 2、SMART SOPC实验箱一套 六、实验原理、步骤及内容 （一）试验要求（以课件要求为准） 基本要求： （1）程序运行后，在8位数码管上显示自己的班级学号（后8位），如2902002001，显示为“02002001”。 （2）定义5个按键（key1、key2、key3、key4、key5）作为功能选择键。每次按下key2时，为“秒表计时器”（定时中断实现），显示从“00.00.00.00”开始，即00时00分00秒00（1/100秒，即10ms）。当按下key1时，返回到显示
班级学号；按下其他功能键时，进入其他功能。 （3）按下key3键时，基于TLC549 A/D转换器进行电压测量（输入电压来自电位器，调节范围0~2.49V，单位：V），并将电压值显示在8位数码管的后3位。 （4）在上面（3）要求基础上，调节电位器，若输入电压超过2.00V，则声光报警，即用发光二极管指示灯（如LED1）闪烁（亮0.5s、灭0.5s）；蜂鸣器响（用500Hz方波驱动）；若输入电压低于2.00V后，则撤销声光报警。 扩展要求： （5）按下key4键，基于LM75A数字温度传感器，完成温度的测量，显示温度值保留到小数点后1位，整数部分最高位为零时不显示出来（高位零消影）。 （6）按下key5键，完成基于直流电机的转速测量。 （7）对电压测量值进行简单的数据处理，如去除尖峰干扰的平均滤波：每12个测量值数据为一组，去掉最大值和最小值后的10个测量值进行算术平均后，作为显示值。 （8）将班级学号、开机时间（时：分：秒）、电压值、温度值、转速等同时在LCD液晶显示屏上进行显示。 （二）实验内容 硬件设计 （原理框图）
工程光学Ι复习要点 基本概念汇总 一、四大定律；光路可逆；全反射； 二、光轴；符号规则；如射角；孔径角；视场角；物距；像距；物高；像高； 近轴光线；近轴区域；共轭关系；垂轴放大率；轴向方法率；角放大率；拉赫不变量； 三、基点基面（焦点、主点、节点、焦面、主面）；焦距；光焦度；牛顿公 式；高斯公式；焦物距；焦像距；等效光组（组合光组）；
四、平面镜；双面镜；反射棱镜；折射棱镜；光楔；主截面；屋脊棱镜；等 效空气层；偏向角；色散； 五、孔径光阑；入瞳；出瞳；视场光阑；入窗；出窗；孔径角；孔径高度； 视场角；视场高度（物高、像高）；渐晕；渐晕系数（线渐晕）；渐晕光阑； 场镜；景深；焦深；理想像；清晰像； 六、像差；球差；彗差；像散场曲；畸变；位置色差；倍率色差；二级光谱； 色球差；像差曲线；子午面；弧矢面；
七、近视；远视；近点；远点；屈光度；分辨力；视放大率；有效放大率； 数值孔径；相对孔径；光圈数（F数）；出瞳距； 系统工作原理汇总 远摄系统；反远距系统；望远系统；焦距测量系统；物方远心光路；像方远心光路；景深产生的原理；焦深产生的原理；人眼成像系统（正常、近视、远视）；近视眼校正系统；远视眼校正系统；放大镜工作原理；显微镜工作原理；望远镜工作原理；目镜视度调节原理；临界照明；克拉照明；照相系统的调焦原理
方法汇总 全反射；单球面成像；共轴球面成像；反射球面成像（反射镜成像）；理想光组成像；薄透镜成像；组合光组、厚透镜成像及焦距主面计算；透镜组成像；平行平板成像；光楔的偏向角计算；孔径光阑的判断；入瞳、出瞳的计算；入窗、出窗的计算；视场大小的判断和计算；渐晕光阑的计算；棱镜大小的计算；景深、焦深的计算；视放大率的计算（放大镜、显微镜、望远镜）；有效放大率的计算；出瞳距的计算；通光口径的计算（物镜、目镜、分划板、棱镜、场镜） 作图汇总 作图求像；棱镜展开；棱镜坐标的判断；各种系统工作原理的光路图；
光学实验习题 1．如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。 2．点光源 P 经会聚透镜 L1成实像于 P' 点（图 1-8 ），在会聚透镜 L1与 P' 之间共轴放置一发散透镜 L2；垂直于光轴放一平面反射镜 M ，移动发散透镜至一合适位置，使 P 通过整个系统后形成的像仍重合在 P 处。如何利用此现象测出发散透镜焦距？ 3．为什么说当准直管绕轴转过 1800时，十字线物像不重合是由于十字线中心偏离光轴的缘故？试说明之。 4．准直管测焦距的方法有哪些优点？还存在哪些系统误差？ 5． 1 、第一主面靠近第一个透镜，第二主面靠近第二个透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄凸透镜组成）。 6．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离 d 可自己设定）。7．设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案（使用分光计去测）。 8．怎样应用掠入射法测定玻璃棱镜的折射率？简要说明实验方法，并推导出折射率的计算公式。 9．用阿贝折射计测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触液？为什么它对测量结果没有影响？试论证之。 10．显微镜与望远镜有哪些相同之处与不同之处？ 11．显微镜测量微小长度时，用测微目镜测定石英标准尺 m 个分格的数值为△ X,为什么它和石英标准尺相应分格的实际值△ X 之比不等于物镜的放大率？ 12．评价天文望远镜时，一般不讲它是多少倍的，而是说物镜口径多大，你能说明为什么吗？13．推导式（ 6-1 ）（ P90 ） 14．为何摄谱仪的底板面必须与照相系统的光轴倾斜，才能使所有谱线同时清晰？ 15．怎样测定摄谱仪的线色散？ 16．怎样拍摄叶绿素的吸收光谱？ 17．讨论单色仪的人射缝和出射缝的宽度对出射光单色性的影响，并证明出射光谱宽度 其中 a 、 a' 分别为入射缝和出射缝的宽度，为棱镜的线色散。
基于FPGA的现代电子实验设计报告 ——数字式秒表设计（VHDL）学院：物理电子学院 专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：刘曦 实验地点：科研楼303 实验时间：
摘要： 通过使用VHDL语言开发FPGA的一般流程，重点介绍了秒表的基本原理和相应的设计方案，最终采用了一种基于FPGA 的数字频率的实现方法。该设计采用硬件描述语言VHDL，在软件开发平台ISE上完成。该设计的秒表能准确地完成启动,停止,分段,复位功能。使用ModelSim 仿真软件对VHDL 程序做了仿真，并完成了综合布局布线，最终下载到EEC-FPGA实验板上取得良好测试效果。 关键词：FPGA，VHDL，ISE，ModelSim
目录 绪论 (4) 第一章实验任务 (5) 第二章系统需求和解决方案计划 (5) 第三章设计思路 (6) 第四章系统组成和解决方案 (6) 第五章各分模块原理 (8) 第六章仿真结果与分析 (11) 第七章分配引脚和下载实现 (13) 第八章实验结论 (14)
绪论： 1.1课程介绍： 《现代电子技术综合实验》课程通过引入模拟电子技术和数字逻辑设计的综合应用、基于MCU/FPGA/EDA技术的系统设计等综合型设计型实验，对学生进行电子系统综合设计与实践能力的训练与培养。 通过《现代电子技术综合实验》课程的学习，使学生对系统设计原理、主要性能参数的选择原则、单元电路和系统电路设计方法及仿真技术、测试方案拟定及调测技术有所了解；使学生初步掌握电子技术中应用开发的一般流程，初步建立起有关系统设计的基本概念，掌握其基本设计方法，为将来从事电子技术应用和研究工作打下基础。 本文介绍了基于FPGA的数字式秒表的设计方法，设计采用硬件描述语言VHDL ，在软件开发平台ISE上完成，可以在较高速时钟频率（48MHz）下正常工作。该数字频率计采用测频的方法，能准确的测量频率在10Hz到100MHz之间的信号。使用ModelSim仿真软件对VHDL程序做了仿真，并完成了综合布局布线，最终下载到芯片Spartan3A上取得良好测试效果。 1.2VHDL语言简介:
第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?=
电子科技大学电子信息工程学院实验报告 实验名称现代电子技术综合实验 姓名：张彦婷 学号：2012029070030 评分： 教师签字 电子科技大学教务处制
电子科技大学 实验报告 学生姓名：张彦婷学号：2012029070030 指导教师：熊万安 实验地点：科A333 实验时间：2015.4.23 一、实验室名称：电子技术综合实验室 二、实验项目名称： 三、实验学时：32 四、实验目的与任务： 1、熟悉系统设计与实现原理 2、掌握KEIL C51的基本使用方法 3、熟悉SMART SOPC实验箱的应用 4、连接电路，编程调试，实现各部分的功能 5、完成系统软件的编写与调试 五、实验器材 1、PC机一台 2、SMART SOPC实验箱一套 六、实验原理、步骤及内容 试验要求（必须写）： 1、八个数码管显示最后八位学号，八个发光二极管（LED灯）依次亮灭，进入循环流水灯显示状态，每个灯亮0.3秒后，灭0.2秒。循环两轮后，转入任务2。 2、第一、二个数码管显示室温，第三、六个数码管显示“-”号，第四、五个数码管显示ADC的值，第七、八个数码管显示设定温度，设定温度值为（当前环境温度-1）度加上电压值的整数值。旋转按钮，调节电压值，同时也调整了设定温度值。
3、由设定温度和实际环境温度的温差驱动蜂鸣器发声。若温度等于环境温度，蜂鸣器不发声；有温差时，蜂鸣器发声0.2秒。 4、增加按键，当其按下，转入任务1。 1、硬件设计（可打印） 硬件结构： 系统原理图：
2、各部分硬件原理（可打印） （1）数码管动态扫描原理：先把第一个数码管的显示数据送到数据线，同时选通DIS_COM1,而其他数码管的DIS_COMx信号禁止；延迟一段时间（通常不超过10ms），再把第二个数码管的显示数据送到数据线，同时选通DIS_COM2,而其他数码管的DIS_COMx信号禁止；延时一段时间，在显示下一个。注意：整个数码管的扫描频率应当大于50Hz,防止出现明显的闪烁。 （2）外部中断原理：如果外部中断请求信号在产生后能在较短时间每自动撤销，则选择低电平触发。由于这是“一次性的”，中断处理程序执行完毕后科立即返回主程序，而不必等待中断信号请求信号恢复为高电平。 INT0和INH1的中断信号分别是0和2，入口地址分别是0003H和0013H。 （3）L ED流水灯：在LED1~LED8引脚上周期性的输出流水数据。如前一个输出二进制数据是11111100，点亮了LED1~LED2，下一个输出二进制数据则应是11111000，点亮LED1~LED3，继续这一方式并循环，就可
1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =-
天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特 点及其现象的应用；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空
实验一物镜焦距、截距的测定 一、实验目的 掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。 三、实验原理 测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。 图1－1焦距截距的测定原理图 其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。 从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出： w=w` （1－1） 这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。 利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下 （1－2） 式中：β――――――测量显微镜放大倍数 四、实验设备 焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜） 焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。
科研项目 《电子设计竞赛的开展与学生创新能力培养的研究》 结题报告 前言 课题研究的背景与意义 进入二十一世纪，知识经济已现端倪，国力竞争日趋激烈。知识经济呼唤素质教育，实施素质教育的重点是要培养学生的创新精神和实践能力。《高等教育法》第五条也规定：“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”，可见高等学校在国家创新体系中有着非常重要的地位。 创造力是创新人才的根本标志。正如哈佛大学校长陆登庭认为：“一个人是否具有创造力，是一流人才与三流人才的主要区别”。创新人才除应具备一般人才的特征外，还应具有强烈的创新意识、创新精神和创新能力，也就是要具备创新素质的人才。创新人才不但要在知识、能力和素质诸方面要协调发展，还需具有丰富的想象、敏锐的思维、鲜明的个性、敢于批判、勇于开拓的精神、强烈的责任感等。 实践是创新的源泉，历史上重大的科技创新成果大多来源于实践。心理学研究和教育实践证明，创新精神和创造能力是人的素质中最重要、最有活力且最具有社会价值的那一部分，也是人类共同和普遍具有的潜能。但不当的教育往往会使人长大之后失去创造性。正如马洛斯曾指出的：“创造性是任何儿童都具有而大多数人长大以后又会失去的”。因此，如何充分激发学生的创新意识、努力培养他们的创新精神和创新能力，并使他们保持良好的创新欲望，是
高等院校实施创新教育应着重解决的问题。 实施创新教育必须要“手脑并用”、“知行合一”，要在实践中培养创新意识与创新能力，从而提高综合素质。通过实践和训练，不仅能牢固掌握已学过的知识，而且也锻炼了运用知识分析、解决问题的能力，培养了创新思维和创新能力。 实践证明，学科竞赛是培养学生创新精神，提高学生动手能力的有效形式。全国大学生电子设计竞赛作为国家教育部倡导的四项学科竞赛之一，在培养学生动手能力和综合素质方面发挥了极为重要的作用。竞赛为参赛学生提供了综合运用所学过的知识、发挥想象力和创新能力的机会和思维空间。学生通过参加竞赛，可以培养他们查阅资料能力、自学能力、分析问题与解决问题的能力、综合设计与调试能力、科技论文写作能力，可以培养了他们理论联系实际的作风、团结协作精神和创新意识。因此，受到了大学生的普遍欢迎，报名参赛的学校和参赛的学生人数呈逐年递增的趋势。 1、项目研究的预期目标 1.1.以电子信息学科为依托，进行机构调整与课程的整合与优化； 1.2.调整电子技术实验系列课程，建立现代电子技术实验课程教学体系； 1.3.建立四个层次的实验教学模式： ①基础实验；②设计性实验；③综合设计性实验；④设计研究性实验。 1.4.组织课题成员和系部老师参加全国、全区大学生电子设计竞赛力争 获奖以检验课题的实战效果。
电子科技大学电工学院实验报告实验名称现代电子技术综合实验 姓名： 学号： 评分： 教师签字： 电子科技大学教务处制
电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师： 实验地点：科A333 实验时间：第一周 一、实验室名称：电子技术综合实验室 二、实验项目名称： 三、实验学时：32 四、实验目的与任务： 1、熟悉系统设计与实现原理 2、掌握KEIL C51的基本使用方法 3、熟悉SMART SOPC实验箱的应用 4、连接电路，编程调试，实现各部分的功能 5、完成系统软件的编写与调试 五、实验器材 1、PC机一台 2、SMART SOPC实验箱一套 六、实验原理、步骤及内容 试验要求： 1、第一、二个数码管显示最后两位学号，第三、六个数码管显示“-”号，第四、五个数码管显示设定温度，第七、八个数码管显示当前环境温度。设定温度初值为（当前环境温度-2）度，每隔2秒
设定温度值加2，加到（当前环境温度+2）度后，隔2秒，设定温度值变回（当前环境温度-2）度，进入循环状态。 2、由设定温度和实际环境温度的温差驱动蜂鸣器发声。若温度等于环境温度，蜂鸣器发出标准的声音0.2秒；温差不同，蜂鸣器发不同声音0.2秒，温差值越大，蜂鸣器声音越尖。 3、增加按键，当其按下，数码管显示学号后8位,同时,第一个LED灯亮,再次按该键，恢复温度的显示，LED灯灭。 1、硬件设计 实验平台核心板原理图如下： 此次实验除主板外，还用到数码管、按键、蜂鸣器和温度传感器等其他功能模块。
2、各部分硬件原理 LED原理图： 由于I/O口输出低电平时，可以驱动LED，输出高电平时，无法点亮LED，因此设计利用I/O口在低电平时点亮LED。 蜂鸣器原理图： 利用单片机中的定时中断通过I/O口控制交流蜂鸣器发声，不同的定时器初值可得到不同的蜂鸣器音调。 数码管动态扫描原理图：
第一章小结（几何光学基本定律与成像概念） 1、光线、波面、光束概念。 光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。 2、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释） 1）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）： 反射定律：1、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即1'-1。 全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinl m=n7n，其中Im为临界角。 应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤 折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。n'inI 'nsinl 应用：光纤
4）光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD 方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。 5）费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。 6）马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。 3、完善成像条件（3种表述） 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A1及其像点Ak '之间任意二条光路的光程相等。 4、应用光学中的符号规则（6条） 1）沿轴线段（L、L'、门：规定光线的传播方向自左至右为正方向，以折射面顶点0为原点。 2）垂轴线段（h）:以光轴为基准，在光轴以上为正，以下为负。 3）光线与光轴的夹角（U、U、:光轴以锐角方向转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 4）光线与法线的夹角（I、丨、:光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。
实验报告 一、实验目的 通过使用一定的处理工具，用软件方式实现光束入射到介质界面上的反射和折射特性模拟。通过程序实现自定参数以及随机获取参数的光路显示。最终通过该实验使得自己对光学的折反射定律有更深的了解。 二、实验原理及方法 原理1（光的反射定律）：在反射现象中，①反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内；②反射光线，入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角；(“三线共面，两线分居，两角相等”)。 原理2（光的折射定律）：在折射现象中，①折射光线位于有入射光线和发现所决定的平面内；②折射角的正弦与入射角的正下按之比与入射角大小无关，仅有两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，在一定温度和压力下，该比值是一常数，等于入射光所在介质的折射率n与折射光所在介质n’之比，即：n’sinI’=nsinI(其中I,I’分别为入射角与折射角大小)。 在本次实验中，为了实现对光的折反射的模拟，我们采用了Matlab软件，进行仿真。利用Matlab中的GUI界面，进行效果的显示。 三、实验内容及步骤 首先通过开启Matlab软件，打开其中的GUI窗口，效果如图1.1所示 图1.1 GUI开启界面图 然后通过适当地增添所需按键及选项，绘制如图1.2所示的GUI窗口图。 在图1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分别表示入射介质的折射率，折射介质的折射率，入射角大小，反射角大小以及折射角大小。 S1按键的作用：按下S1前需要手动在为“EditText”类型的ni,nt,thi中输入三个参数，当按下S1时，在界面“axes1”中将显示满足上述三个参数的入
射光线反射光线以及折射光线，并且会在其更新显示各个“Edit Text”类型中的值。 S2按键的作用：按下S2按键后，将自动获取“Edit Text”类型中ni,nt,thi 三个参数，并且将thi进行8等分，将入射光线，反射光线，折射光线进行动态显示，并且更新显示结果。 S3按键的作用：按下S3按键后，用鼠标在“axes1”界面中的区域内（当前由于程序的设定，只能获取鼠标在0 理想光学系统 第三章 理想光学系统 第一节 理想光学系统的共线理论 ● 理想光学系统：在任意大的空间内、以任意宽的光束都能成完善像的光学系统 ● 理想光学系统理论又称“高斯光学”，理想光学系统所成的完善像又称“高斯像” ● 描述理想光学系统必须满足的物像关系的理论称为“共线理论” 共线理论 （1）物空间的每一点对应像空间的相应一点，且只对应一点（点对应点） （2）物空间的每一条直线对应像空间的相应直线，且只对应一条直线（直线对应直线） （3）物空间的每一平面对应像空间的相应平面，且只对应一个平面（平面对应平面） ● 这种对应关系称为“共轭”，相应的点构成一对共轭点，直线构成一对共轭直线，平面构成一对共轭平面 ● 推论：物空间某点位于一条直线上，则像空间中该点的共轭点必定也位于这条直线的共轭直线上（点在线上对应点在线上） ● 共轴球面系统用结构参数（r 、d 、n ）描述系统 ● 理想光学系统用“基点”和“基面”来描述系统 ● 基点基面就是理想光学系统的特征参数 第二节 无限远轴上物点与其对应像点F ’---像方焦点 ● 设有一理想光学系统 ● 有一条平行于光轴的光线A1E1入射到这个系统 ● 在像空间必有一条直线与之共轭，即PkF’，交光轴于F’点 ● 在物空间中平行于光轴入射的光线都将汇聚在F’点上，F’点称为“像方焦点” 共轴球面系统 焦点、焦平面、主平面示意图 焦点、焦平面、主平面示意图 ● 过F’点作垂直于光轴的平面，称为“像方焦平面” ● 像方焦平面与物方无限远处垂直于光轴的物平面共轭 ● 物方的任何平行光线若不与光轴平行，表示无限远处的轴外点，将汇聚在像方焦平面上的一点 2，无限远的轴上像点和它所对应的物方共轭点F ——物方焦点 ● 像方平行于光轴的光线，表示像方光轴上的无限远点 ● 在物方光轴上必定有一点F 与之共轭，F 点称为物方焦点，过F 点的垂轴平面称为物方焦平面 ● 物方焦点F 与像方焦点F’不是一对共轭点 3，垂轴放大率β=+1的一对共轭面——主平面 ● 在光学系统中存在着垂轴放大率β=+1的一对共轭平面，这一对共轭面称为“主平面”即物方主平面和像方主平面 ● 共轭垂轴平面QH 和Q’H’满足β=+1（因为高度h 相等） ● QH 为物方主平面，Q’ H’为像方主平面 ● H 为物方主点，H’为像方主点 ● 物方主平面QH 与像方主平面Q’H’共轭 ● 物方主点H 与像方主点H’共轭 ● 对于理想光学系统，不论其实际结构如何，只要知道了主点和焦点的位置，其特性就完全被决定了 4，光学系统焦距 ● 像方焦距：像方主点H ’到像方焦点F ’的距离f ’ ● 物方焦距：物方主点H 到物方焦点F 的距离f ● 焦距均以各自的主点为原点，与光线传播方向一致为正，相反为负 光学系统的焦距 计算式 tan tan h f U h f U '= '= 焦距包含了光学系统主点和焦点的相对位置，是描述光学系统性质的重要参数 像方焦距f ’>0的光组称为正光组，f ’<0的光组称为负光组 无限远轴外物点的共轭像点 焦点、焦平面、主平面示意图 生物传感器技术综合实验室项目建设可行性报告（经典版） 一、基本情况 单位名称： 单位地址： 邮编： 联系电话： 法人代表： 资产规模： 上级单位：教育部 项目组成员长期从事电子信息和生物传感器技术领域的教学科研工作，主持或参与国家和省部级项目多项，并多次获奖，近几年来在IEEE, Microelectron. J., Phys. Stat. Sol., Eur. Phys. J.和电子学报等国内外权威期刊上发表相关论文150余篇，其中SCI、EI收录110余篇次。参加该项目主要人员有：**,**,**。 ****大学生物传感器技术综合实验室创建于1998年，现有生物材料制备实验室、材料处理与改性实验室、生物传感器研发实验室以及功能薄膜性能研究室。共有设备总资产约230.6万元。 本项目为新增项目，其目的是改造现有部分传感器实验室和新建相关实验室，共需资金953.80万元，其中已筹资金153.80万元，申请国家项目经费800万元。 二、必要性与可行性 传感器技术、通讯系统技术和计算机技术是现代电子信息技术的 三大支柱，其中传感器技术及应用工程是信息获取与交换的核心，被列为近十年来世界现代电子技术的首位，它是一个国家的支柱和先导产业，对经济的发展和人们生活水平的提高起着至关重要的作用，国民经济信息化是社会发展的必然趋势。信息化社会要求既具有扎实的专业理论知识，又具有很强的实践及创新能力的复合型、应用型高素质人才。 为此，新世纪对于培养、造就高层次人才的高等院校在人才培养方面提出了更高要求。为了满足社会的需求，高等院校必须改革传统的教学模式和教学方法，加强实践教学环节。针对目前这种形势，我们本着重基础、重应用、重设计、重创新的方针，将实验室的建设同理论教学与社会的需求相结合，通过实验不仅让学生加深对基础理论知识的理解及动手能力的培养，而且能培养学生的设计、创新、学会应用的技能，使学生走上工作岗位后，在很短时间内就能够适应科研和生产工作。 ****大学电子与信息工程学院现有本科生1900人，研究生100人，计划“十一五”末期发展到本科生23000人，研究生1200人。为此，我们提出必须改造和新建传感器技术综合实验室，提供给学生一个先进的实验手段，使学生能够加深对理论知识的理解，进而达到融会贯通、应用自如的目的，确保我院高标准的办学质量，从而使学院在激烈的高校办学竞争中立于不败之地。 另外，为了适应竞争日益激烈的就业形势，提高生物医学工程和电子信息工程专业人才质量，迫切需要加强专业课程设置的技术含量，建设一个具有综合性、可扩展性、开放性、教学和实验同步性等特色的、具有超前水平的高效应用综合实验室。 ****大学传感器技术综合实验室的建设是一项重要的项目，我们本着认真规划，精心设计，利用有限的资金，建设成一个适应21世纪生物传感器技术发展的，适合教学科研需要的先进的实验室。具体工程光学第三章知识点
技术综合实验室项目建设可行性报告(经典版)
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