光电实验仪指导书2005.9

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1、一、仪器概况CSY－10L激光多功能光电测试系统实验仪（LaserUniversalOpto-EletroTestingSystems）是在系列传感器实验系统的基础上发展的新型光电测试实验系统，用于仪器科学、测试计量、自动控制以及物理等课程教学。其特点是实验内容新颖，技术先进，功能多样。实验指导书提供23个实验，包括激光干涉、散斑、衍射、光电、共焦、光纤、纳米、图像等多种先进测试技术，对学习者了解和掌握现代光学测试技术中的一些主要原理及方法建立基础，达到实验者今后应用中举一反三的目的。随着近代工业和现代科学

2、技术的发展，高精度、非接触、高效率、自动化是测试技术发展的方向，而传统的光学及光电测试技术已不适应上述要求，在精密自动测试技术中必须注入新的活力。20世纪80年代以来激光和计算机技术结合为近代光学及光电测试技术开辟了新途径，这就是现代光学测试技术。CSY－10L是为演示近代光学测试技术而设计的一套多功能光电实验教学仪器，很好的体现了近代光学测试技术中的非接触性、高灵敏性、三维性及实时性。本实验系统主要适合于测试计量技术专业、光学专业、仪器科学相关专业、自动化专业、物理专业以及大学物理等的基础课程教学实验使用

3、。由于复用光学平台的功能多，技术先进，也可以为前期科研，本科生毕业设计，研究生论文的试验服务。二、仪器原理2．1多功能光学系统本实验系统的光学原理如图1所示，激光（He-Ne，波长635.8nm，功率>3mw）通过图1实验仪光学系统591－激光器2,17－衰减器3,5,11－定向孔4,13－移动反射镜6,7,9,12－反射镜8,29－物镜10－准直透镜14－分光棱镜15－共焦显微镜16－多功能试件夹及组合工作台18－带压电陶瓷的组合工作台19,27－衍射试件夹20－成像透镜21－目镜22－可调光阑23－光电

4、接收器24－导轨25,28－直角棱镜26－傅氏透镜30－五维调节架31－光纤分束器32－光纤33a－外置式光纤传感器33b－内置式光纤传感器34－光纤夹持器35－备用试件架各种光学元件的切换与配置，组合成一种光学物理系统，实现定性观察与定量测试，最终由光电接收器23接收，并将信号送入计算机，完成实验内容的显示与计算。所谓多功能，主要由下列七部分组成：1．Twyman-Green干涉系统激光1经衰减器2调节光强，小孔3,5定向，扩束镜8,10扩束，分光棱镜14分光后，一路由工作台16上试件返回，形成参考光(参

5、考臂)，一路由工作台18上试件返回形成物光（测量臂），再返回分光镜14形成干涉场，经透镜20成像（透镜21选装），光阑22滤波（选装）后，在CMOS23上形成稳定干涉图样，由计算机程序实现实验显示与定量。T－G干涉系统用于实验1～5。2．衍射测量系统激光1经反射镜4，12，13，分光棱镜14转向，射向衍射试件（试件夹19中）产生衍射，经透镜20会聚成像，至CMOS23接收，送计算机观察，并对部分试样实现定标与计量。本光路用于实验6～9。3．傅氏变换光学系统(FourierTransformation,FT;

6、InverseFourierTransformation,IFT)FT：激光1经定向孔3，5定向，透镜8，10扩束，经分光棱镜14透射试件夹19中FT试件。试件可选位于FT透镜21之前后、之后、前焦面等处，在透镜后焦面前后寻找试件频谱，成像显示于计算机上。IFT：激光经定向孔3，5定向，透镜8，10扩束，经分光棱镜14透射试件夹19中FT试件。试件夹19位于透镜21前焦面，直角棱镜25移入光路，光路途径IFT透镜26，将物体频谱面图像恢复成试件夹19中试片中图案。图像处理：在IFT光路中插入试件夹27，将改

7、变IFT后图像的象素与对比度。本光路用于实验10～12。4．散斑干涉系统激光1经定向孔3，5定向，透镜8，10扩束，经分光棱镜14分光，在工作台16，18上形成两幅相干散斑图，返回经分光棱镜14合光，透镜20会聚，光阑22滤波，成像至CMOS23上。本光路用于实验13～16。5．共焦测量系统激光1经定向孔3，5定向，透镜8，10扩束，经显微透镜组15在工作台16共焦试件上聚焦，聚焦光束返回透射分光棱镜14恢复成平行光，继由会聚透镜组20，21（选装）聚焦于针孔（光阑）22，并在CMOS23上形成弥散斑图像。

8、共焦试件轴向高程变化对应弥散斑圆直径变化，经程序计算，实现定量检测。59本光路用于实验17～18。1．纳米测量光学系统激光1经反射镜4，12，13转向，分光棱镜14分光，工作台16，18上试件折成两束近距平行光，经透镜20会聚于焦平面上一点，移动透镜21使该点放大成像于CMOS23上，将看到比普通干涉条纹更灵敏的纳米干涉条纹，工作台18上装PZT驱动试片。控制PZT的驱动波形与干涉条纹，计数，均由计算机实现。本光