光电检测技术实验指导

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1、光电检测技术实验指导主编：王庆有天津市耀辉光电技术有限公司III目录实验一夫琅和费衍射实验1一、实验目的：1二、实验内容：1三、实验所用仪器设备：1四、实验原理：1五、实验步骤：3六.关机与结束：4七.思考题：4实验二光电调制与解调技术实验5一、实验目的：5二、实验内容：5三、实验所用仪器设备：5四、实验原理：5五、实验步骤：6六、实验报告：8七、思考题：8实验三用线阵CCD测量物体尺寸9一、实验目的9二、实验准备内容9三、实验所需仪器设备9四、实验步骤9五、实验总结11实验四用线阵CCD测量物体的振动12一、实验目的12二、实验准备内容12三、

2、实验所需仪器设备12四、用线阵CCD测量物体振动的原理12五、实验内容及步骤13六、实验总结14实验五面阵CCD用于物体外形尺寸测量实验15一、实验目的15二、实验准备内容15三、实验所需仪器设备15四、实验内容及步骤15五、实验总结18实验六面阵CCD用于颜色识别19一、实验目的与意义19二、实验所需仪器设备19三、实验准备19四、实验内容及步骤20五、实验总结21实验七图像信息的点运算实验22一、实验目的与意义22二、实验所需仪器设备22三、实验准备内容22四、实验内容及步骤22五、实验总结26实验八图像的几何变换实验27一、实验目的与意义2

3、7二、实验所需仪器设备27三、实验准备内容27四、实验内容及步骤27五、实验总结31实验九光栅与莫尔条纹实验32一、实验目的：32二、实验内容：32三、实验仪器：32四、实验原理：32五、实验步骤：33六、实验报告：34实验一夫琅和费衍射实验一、实验目的：通过对典型衍射的实验，充分认识光的波动学说，进一步加强对光的波粒二象性的理解，为今后学习、掌握光的衍射现象提供感性认识；也为利用衍射现象进行各种光电测量奠定基础。二、实验内容：1.夫琅和费衍射现象；2.夫琅和费衍射的基本参数；3.夫琅和费衍射的典型应用。三、实验所用仪器设备：1.GDS-Ⅱ(Ⅰ)

4、型光电综合实验平台一台；2.光电综合实验平台配件（夫琅和费衍射实验配件）；3.激光器、钢板直尺及自制的白屏；4.线阵CCD图像传感器、成像物镜与A/D数据采集卡。四、实验原理：光束是一种电磁波，具有振幅、相位、强度和偏振等基本特性，单色光（或单一波长的光）在其传播路径受到物体障碍时由于它的波动特性将绕过障碍并产生一些特殊现象，这些现象称为衍射现象。单色光的衍射现象更为明显，因此，常用单色特性好的激光为衍射光源。按光源、衍射物和观察衍射条纹的屏幕三者之间的位置可以将光的衍射现象分为两类：菲涅耳衍射（有限距离处的衍射）；夫琅和费衍射（无限远距离处的衍

5、射）。若入射光和衍射光都是平行光束，就好似光源和观察屏到衍射物的距离为无限远，因此产生的衍射就是夫琅和费衍射。由于夫琅和费衍射在理论上分析较为简单，所以在此仅讨论夫琅和费衍射。1.夫琅和费单缝衍射半导体激光器发出近似平行的单色光(650nm)垂直照射到缝宽度为b的狭缝AB上，经过透镜聚焦，在其焦平面处放置的屏幕上将得到如图1-1所示的夫琅和费衍射图样。由图可见，衍射角为的平行光经透镜聚焦在屏幕上的P点处，图中设AC垂直于BC，因此，衍射角为的光线从狭缝A、B两边到达P点的光程差，即它们的两条边缘光线之间的光程差为（1-1）34显然，P点干涉条纹的

6、亮、暗由BC值决定，用数学公式表示为（1-2）式中的号表示亮、暗条纹分布于零级亮条纹的两侧；相应为第一级，第二级，……等亮（或暗）条纹。中央零级亮条纹最亮也最宽，为其它亮条纹宽度的2倍。两侧亮条纹的亮度将随级数增大而逐渐减小，它们的位置可近似地认为是等距离分布的，暗点等距分布在中心亮点的两侧。当狭缝宽度b变小时，衍射条纹将对称于中心亮点，并向两边扩展，条纹的间距将逐渐增大。激光衍射图样明亮、清晰，衍射级次可以很高。若屏幕离开狭缝的距离L远大于狭缝宽度b。用钢板直尺分别测量屏幕离开狭缝的距离L与亮条纹的间距。移去透镜仍可以在屏幕上得到垂直于缝宽方向

7、的亮、暗相间的夫琅和费衍射图样。由于角很小，因此，如图1-1所示狭缝宽度b可由式（1-1）与（1-2）得到（1-3）式中，为从＝0算起的暗点数，为第级暗点到中心亮纹的间距，为激光的波长，为相邻两点的间隔，S可以用钢板尺进行测量，通过式（1-3）可以测量狭缝的宽度b或在已知狭缝的宽度b的情况下测出衍射条纹至狭缝的距离。如图1-2所示，在距离屏幕为L=1m处不同狭缝宽度b所形成的衍射图样。由于b值的微小变化将引起条纹位置和间隔的明显变化，因此，可以用钢板尺目测、照相记录或光电非接触测量的方法测出条纹的间距，求得b值或其微变量。当用物体的间隔、位移或振

8、动等物理量代替狭缝、狭缝边的位置或位移时，也同样可以获得类似的衍射图样。也就是说，利用激光衍射的方法不仅可以测量物体的微小间隔或位移，还