课设-光栅常数测量

《课设-光栅常数测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、编号：专业工程设计说明书衍射光栅光栅常数测定题目：院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：摘要光栅常数，是光栅两条刻线之间的距离，用d表示，是光栅的重要参数。通常所说的衍射光栅是基于夫琅禾费多缝衍射效应工作的，当用不同波长的光照明光栅时，除零级外，不同波长的第一级主极大对应不同的衍射角，即发生了色散现象。这表明了光栅的分光能力，是光栅分光的原理。描述光栅结构与光的入射角和衍射角之间关系的公式叫“光栅方程”。光栅是一维的栅状物体，通常测定其光栅常数时，多用分光计测量，但是分光计价格昂贵，并且操作麻烦，不易掌握，因此我们寻求一种更为简便的测定方法，能够测得光栅常数。本文运用的是在已知光源

2、波长的情况下，通过测得光栅到成像屏幕的距离和光栅0级和第一级主极大之间的距离计算。该方法首先要对CCD定标，通过透镜成像后，能够得到物像体的像素值。再计算光栅成像后通过CCD采集的像素值，即可得到真实光栅间距的大小。关键词：光栅常数；CCD标定引言11实验目的及要求11.1课程设计的目的11.2课程设计的任务11.3课程设计的要求及技术指标12方案设计和选择22.1利用塔尔博特效应测量光栅常数原理22.2激光测定法原理32.3显微镜测光栅常数原理32.4分光计测光栅常数32.5测量光栅常数光路的选择43各组成部分光路的实验原理53.1衍射光栅的使用与分光原理53.2激光测定法光路工作原理53

3、.3对CCD进行标定原理63.4电荷耦合器件CCD的工作原理63.4.1CCD器件63.4.2图像采集卡74实际光路及测量步骤74.1对CCD标定的实际光路及测量步骤74.1.1实际光路图如图74.1.2定标步骤84.1.3实验结果84.2测量光栅常数的实际光路及测量步骤84.2.1实际光路图84.2.2测量步骤94.2.3实验结果95数据处理及分析系统中各参数对测量结果的影响95.1CCD标定的数据处理95.1.1用MATLAB处理标定图像及计算像素总数N105.2测量光栅常数的数据处理115.2.1用MATLAB处理衍射光点图像及计算像素总数N115.3数据计算与误差分析125.3.1数

4、据的采集125.3.2数据的计算135.3.3数据的误差分析135.4各参数对测量结果影响的分析146结论14谢辞16参考文献：17附录18引言光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源，一个理想的衍射光栅可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成。光栅主要作用是作为分光元件，在光谱测试、光通信系统等领域有广泛的作用。在本次试验中，采取软硬件相结合的方式，运用光学系统进行试验，通过CCD进行采集数据并分析，提高了计算的精

5、度，消除人为计算精度的难题。1实验目的及要求光栅在光学应用中具有相当大的作用，有时光栅的光栅常数不是已知的，需要自己去动手测量。普通方法是使用分光计，由于分光计使用不便，因此需要我们自己设计一种便于测量的简单方法。1.1课程设计的目的（1）掌握衍射光栅的使用与分光原理；（2）掌握CCD的定标原理与采集图像的数据处理；（3）培养综合应用所学知识来进行实践的能力；（4）熟悉常用光学仪器，了解光路调试的基本方法。1.2课程设计的任务测量衍射光栅的光栅常数d，使误差在10%以内。1.3课程设计的要求及技术指标（1）设计合适的测量方法；（2）根据测量方法设计光路；（3）对测量步骤进行设计；（4）分析与

6、处理数据，对误差进行分析。202方案设计和选择2.1利用塔尔博特效应测量光栅常数原理塔尔伯特效应是光栅在相干光照明下在自由空间中某些特定的距离Z处自成像的现象。如图2-1：XX0ZZ图2-1相干光照射到一维光栅表面，在距离Z处成的是光栅条纹的像。以最简单Ronchi（朗奇）光栅为例：一周期为d的光栅，则其在光栅后成像的光照强度为:tx=-∞+∞Cn∙exp⁡(i2πndx)（式2.1）到在光栅后的距离为Z平面上的传播因子为：exp⁡(ikz)exp⁡(-iπzλf2)（式2.2）f是x方向的空间频率。则在该平面上的复振幅可由傅立叶变换给出：ux=-∞+∞U(f)*exp⁡(ikz)*exp⁡

7、(-iπzλf2)*exp⁡(i2πxf)df（式2.3）Uf=F{u(x0)}（式2.4）将光强表达式代入可求得整数傅立叶变换时：UF=n=-∞+∞Cnδ(f-nd)（式2.5）将上面的函数代入积分，结合δ函数的性质:Ux=exp⁡(ikz)n=-∞+∞Cnexp⁡(-iπλzn2d2)exp⁡(i2πndx)（式2.6）当z=2md2λ，m=0,1,2,3…...时，光波复振幅与透过光栅的背面的分布相同。