实验一光学实验必备知识
光学实验是普通物理、工程光学、光电技术、光电信息工程、测控技术和自动化工程中的重要部分。在进行光学实验前必须对实验中经常用到的基础知识、操作方法和调试技巧进行学习，以便更快地入手和避免光学元器件的损坏。尤其对于初学光学者更要在实验之前阅读这些内容，并且在实验中遵守有关规则，灵活运用书本上的知识。
一、光学元件的维护
透镜、棱镜和反光镜等光学元件大多数都是由光学玻璃材料经抛光、镀膜等工艺制成的极为精密的器件。尤其是为使光学元件具有较理想的透过率、反射率及透射率等光学性能而采用化学镀膜或真空镀膜的手段镀置一层或多层薄膜，膜层往往薄至纳米量级，而且容易被损坏。即它的机械性能和化学性能都很差，需要特殊呵护。光学元件表面被沾污或污染都将影响光的透过率与反射率等参数，它经不起摩擦、化学腐蚀与强烈的冲击和碰撞。
为了安全使用光学元件和光学仪器，必须遵守下面的原则：
1、必须在熟悉仪器的性能与使用方法之后才能进行使用与操作；
2、轻拿轻放，勿使仪器或光学元器件受到冲击、碰撞和震动，特别注意不能从手中滑落；
3、不使用时要及时将光学元件放回包装盒内，长期闲置不用应该将其放入干燥皿中保存；
4、手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，如果必须拿光学元器件时只能拿它的非工作的“磨砂面”，例如透镜的外圆磨砂面，棱镜的上下底面，柱面镜的上下磨砂面；
5、如发现光学元器件的工作面有灰尘，要用专用的干燥脱脂棉轻轻擦拭或用橡皮球吹去；
6、若发现光学表面上已被轻微污染或有较轻的印记，可以用清洁的镜头纸轻轻拂去，擦试时不能加压以免光学面被划伤，更不能用普通纸、手帕、毛巾或衣物等进行擦拭；
7、进行光学实验时尽量避免说话，防止口水、唾液或其它液体溅落到光学面造成光学面损伤；
8、调整光学仪器时要耐心细致，边查看边调整，动作要轻、柔、慢，切忌粗鲁与盲目操作；
9、仪器设备用毕后应当及时整理，放回原处或加罩防护，防止灰尘污染。
二、消除视差对测量结果的影响
光学实验中常常要测量物体的高度、大小与位置，测量经验指出，准确测量物体高度和大小的方法是必须将测量尺紧密靠近被测物体，否则将产生眼睛在不同位置上读出的数据会有很大的差别。
常将这种由于被测物体与测量尺之间的距离带来的读数误差称为“视觉误差”，将测量尺尽量靠近被测物或晃动眼睛的位置重复观测读数取其平均值的方法可以减小“视觉误差”，常称其为“消视差”法。
光学实验过程中将经常用到“消视差”法解决人眼观测的误差。
三、光学系统的共轴调节
光学实验中常用到光源、透镜和其他光学元件（例如棱镜、狭缝）等构成，每个透镜都有一个光轴，透镜的焦距、物距和像距等参数均沿光轴计算，理想光学系统像差的校正也是基于光轴的，光轴是所有参与系统的元件轴心的共同中心线。
光学系统只有在共轴条件下才能得到理想的光学图像。因此，组成光学实验系统时必须要求各个透镜的光轴在一条直线上。这就是共轴光学系统。
在光学实验中如何将光学系统调成共轴是个关键技术。常用的方法如下：
1、粗调
将光源、各个透镜等光学元器件在光学平台上靠拢，调节它们的取向和高低、左右位置使它们各自的几何中心处在一条和台面平行的直线上（可凭眼观察或借助直尺测量），使透镜的光轴与台面平行，使物（或物屏）、像平面（或像屏）与台面垂直。
眼睛判断的调节效果与实验者的经验有关，故成为粗调。粗调完成后将各个元器件摆放到设计位置再进行细调。
2、细调
细调常常要借助其他光学仪器设备或成像规律的特征进行细微的调节。不同类型的光学系统有不同的调整方法。
下面介绍简单的单透镜对物成像光学系统共轴成像的细调方法。
图1-1 单凸透镜物点与光轴共轴调节
如图1-1所示为物体在单凸透镜光学系统中成像光路图。现在要解决的是如何将物上的某点调整到光轴上的问题。
根据凸透镜成像规律，当物与像之间的距离大于4倍焦距f时，将透镜沿光轴方向移动一段距离，如图中从O1点移动到O2点，物AB将先后成在屏上的像为
A1B1与A2B2，物点靠近透镜时成大像，远离时成小像。物点A都处于光轴上则两次成像的像点也都落在光轴上。而不在光轴上的B点两次成的像B1和B2也都不落在光轴上，显然，B1大于B2，B2比B1更接近于光轴。说明越接近于透镜位置偏离光轴的灵敏度越高。
为此可以反复调整物点与透镜光轴的高低和左右进行调整，直到远离和靠近镜头像点位置重合，就判断出B点已经调整到透镜的光轴上。
如果需要使多个透镜共轴，则应该先将B点调整到一个透镜的主光轴上，然后再根据上述原理逐个增加透镜调节它们使之共轴。
四、光学元件夹持构件
图1-2 磁性表座调整架与透镜夹持工具
进行光学实验之前必须认识光学器件夹持构件，了解如何利用夹持构件将光学器件构成各种光学系统的。如图1-2所示为磁性表座、调整架与几种光学器件夹持器，可以看出，通过通用支杆将各种光学器件夹持件与磁性表座相连接，使各种光学器件能够稳定地安放到平台上，位置确定好后可用磁开关使其稳稳地吸附到平台上。图中还介绍了一维调整杆（Z轴调整杆），一维调整架和二维调整架的使用方法。
Z轴调整架的下部可以直接通过M6的螺纹牢靠地拧在磁性表坐上，上部为装有过渡杆件的孔，其上通过锁紧钉将过渡杆件与调整手柄锁紧。当锁紧钉松开时，转动Z轴调整杆可使支杆上的光学器件沿Z轴上下移动调整。支杆与夹持器之间通过M5螺纹连接。
X轴一维调整架是直接用M6的螺丝与磁性表座相连接，它上面安装有千分微动推进器，可以使它所装载的光学元器件沿X轴方向移动，移动量由千分尺读出。将Z轴调整杆安装到一维调整架（X轴）上便构成X、Z两个方向的调节构成二维调整机构。
图1-2还提供了用二维调整架与Z轴调整架组合构成三维调整机构的装置。二维调整架完成X、Y两个方向的调整，而且这两个方向均为千分微调系统，只有Z 轴方向由螺纹旋转机构实现，没有读数机构。
图1-3 透镜夹持器与多孔板
图1-3所示几种可以用来安装光学透镜的夹持器，其中V形2维架可以装卡不同的镜片，可以做水平和俯仰2维调整。如图所示安装方法的二维倾斜调整架能做俯仰和偏转二维调整。轴状物支架的应用很广，它除了能装轴状物以外，还能安装双透镜等其他光学器件。
图1-3最左侧的多孔板是专门用作小孔衍射实验的器具，但是可以利用小孔的定量性将它用作非接触尺寸测量的“标准孔”。
图1-4 3种特殊光学支架
图1-4所示为3种特殊光学支架，其中1为干板支架，可夹持任何尺寸的干板或平面镜反光板等器件。
图中2为X轴旋转架，可使所夹持的器件绕X轴旋转360°，还可以垂直方向的俯仰调节。
图1-4中的3是显微目镜支架，用来夹持显微目镜观测光学系统的物像关系。
以上介绍了一些常用的夹持器具，夹持器具种类和名称很多，不同厂家的定义不同，本指导书以它在实验中的功能进行定义，不严格追求其确切名字。
实验二杨氏双缝干涉实验
一. 实验目的：
通过观察双缝干涉现象找出产生双缝干涉的条件和规律，消化理解有关双缝干涉的公式，进而利用双缝干涉装置测量光波的波长。
二. 实验仪器：
1、LED光源/650nm半导体激光器；
2、凸透镜L： f=50mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、单面可调狭缝： SZ-22；
5、多缝板（规格参考注释）；
6、干板架： SZ-12；
7、测微目镜：
8、读数显微镜架： SZ-38；
9、三维底座： SZ-01；
10、二维底座： SZ-02；
11、一维底座： SZ-03；
12、一维底座： SZ-03；
13、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
1、构建双缝干涉实验装置，并将其调整到共轴系统；
2、观察双缝干涉图样，找出影响干涉图样的因素；
3、双缝间距的变化对干涉图样的影响；
4、利用双缝干涉装置测量光波波长。
四. 实验原理：
双缝干涉实验又称杨氏干涉实验，它是建立在两个点光源相互干涉现象基础上的实验。根据干涉条件要求，两光源必须满足相干条件才能产生干涉现象。将一束单色光经过两个相距一定距离的狭缝传播出去，球面波经狭缝产生次球面波将在一定距离以外相遇形成叠加的波场。于是，经双缝产生的两束相干光波在距屏距离为D处的接收屏上叠加，形成干涉图样。为提高干涉条纹的亮度，实际系统中常用三个相互平行的狭缝，其中一个为光源，两个为双缝。当然，不用屏幕接收而用目镜直接观测能够更准确地测量出条纹的位置数据。
半导体激光器的单色性与相干性更强，可以用LED光束直接照射双缝或双孔，在一定的距离上同样可以获得相当明显的干涉条纹。
图2-1 单色光与激光双缝干涉光路
在如图2-1所示的双缝干涉光路中假设光源S到狭缝S1与S2的距离相等，S1与S2处的光振动相位差恒定，接收屏上不同点的干涉强度将由光程差ΔL决定。为了确定屏上光强极大与极小的位置，选取直角坐标系o-xyz，坐标系的原点O位于S1和S2连线的中心，x轴的方向为S1和S2连线方向，设屏幕上任意点p的坐标为p(x,y,D)，那么，S1和S2到p点的距离r1和r2分别为
（2-1）
（2-2）若整个装置置于空气（n=1）中，则相干光到达p点的光程差
（2-3）再由光程差判据
，p点处光强极
大；（2-4）
，p点处光强极小。
可知屏上各级干涉的极大位置为：
（2-5）各级干涉的极小位置为：
（2-
6）相邻两极大或极小值之间的间距为干涉条纹间距，常用Δx表示，它反映条纹的疏密程度。由（2-3）式可得到相干条纹的间距为
（2-7）（2-7）式可以变换为
（2-8）
式中d为两狭缝中心的间距，λ为单色光的波长，D为双缝到观察屏的距离。
利用上述公式便可以由测量结果计算出单色光的波长λ。用如图2-2所示的多缝板进行双缝干涉实验，其中，缝宽与双缝的间距尺寸如图所示，均为已知值。
图2-2 多缝板规格放大图
五. 实验步骤：
图2-3 杨氏双缝干涉实验装置
1、把全部仪器按照图2-3的顺序在平台上摆放好，并调成共轴系统。将点LED激光器架在通用表座夹持器上，再用干板架将多缝板固定，当激光光斑入射到双缝板的一对双缝中间时，将在屏幕上显现出干涉条纹。
2、直接用眼睛观测到干涉条纹后，再放入测微目镜后进行测量。使相干光束处在目镜视场中心，并调节单缝和双缝的平行度（调节单缝即可），使干涉条纹最清晰。
3、用测微目镜测量出干涉条纹的间距Δx，再从图2-2中查到所用狭缝的宽度d，双缝到微测目镜焦平面上叉丝分化板的距离D代入公式（2-8），便可计算出光源的波长λ。
4、将计算值与真实值进行比较，分析误差来源。
六. 讨论：
怎样才能更为精确地测量出双缝与像屏之间的距离D?如果已知光源的波长λ，和狭缝与屏之间的距离D，能否测量出双缝的间隔宽度？
七. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
实验四夫琅和费单缝衍射实验
一. 实验目的：
观察夫琅和费单缝衍射图样，利用夫琅和费单缝衍射规律对狭缝缝宽等参数进行计算。
二. 实验仪器：
1、LED光源/650nm半导体激光器；
2、凸透镜L1： f=15mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、单面可调狭缝： SZ-22；
5、凸透镜L2： f=50mm；
6、二维调整架： SZ-07；
7、测微目镜：
8、读数显微镜架： SZ-38；
9、三维底座： SZ-01；
10、一维底座： SZ-03；
11、一维底座： SZ-03；
12、一维底座： SZ-03；
13、钢板尺；
14、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
1）夫琅和费单缝衍射图样的特点与功能；
2）夫琅和费单缝衍射图样与孔径、距离等参数的关系。
四. 实验原理：
1、夫琅和费单缝衍射的基本原理
光束在传播过程中遇到障碍物时，将产生“衍射”现象，在屏幕上形成光强有规则分布的光斑。这些光斑条纹称为衍射图样。衍射图样和衍射物（即障碍物或孔）的尺寸以及光学系统的参数有关，因此根据衍射图样及其变化就可确定衍射物（被测物）的尺寸。
按衍射物和观察衍射条纹的屏幕二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，产生夫琅和费衍射。由于夫琅和费衍射的理论分析较为简单，所以先讨论夫琅和费衍射。
图4-1 夫琅和费单缝衍射原理示意图
半导体激光器发出相当于平行单色光的光束垂直照射到宽度为b的狭缝AB，经透镜在其焦平面处的屏幕上形成夫琅和费衍射图样。若衍射角为的一束平行光经透镜后聚焦在屏幕上P点，如图4-1所示，图中AC垂直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
（4-1）p点干涉条纹的亮暗由BC值决定，用数学式表示如下：
当衍射光满足
（4-2）
时产生暗条纹；
当衍射光满足
（4-3）时产生亮条纹。
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，……条纹。中央零级亮条纹最亮最宽，为其它亮条纹宽度的二倍。两侧亮条纹的亮度随级数增大而逐渐减小，它们的位置可近似地认为是等距分布的，暗点等距分布在中心两点的两侧。当狭缝宽度b变小时，衍射条纹将对称于中心亮
点向两边扩展，条纹间距增大。激光衍射图样明亮清晰，衍射级次可以很高。当屏幕离开狭缝的距离L远大于狭缝宽度b时，将透镜取掉，仍可以在屏幕上得到垂直于缝宽方向的亮暗相间的夫琅和费衍射图样。
设狭缝AB与观察屏的距离为L，第k级亮条纹与衍射图样中心的距离为，则有
（4-4）
由于角极小，因此有
（4-5）
将其与公式（4-3）中的亮条纹产生条件相比较，可得
（4-6）
因为衍射图样中心位置不易准确测定，所以通常测量两条同级条纹之间的间距，则有
（4-7）
当已知波长，距离L和同级条纹间距时，由公式（4-7）就可以计算出狭缝宽度b。
2、夫琅和费单缝衍射图样
图4-2 不同宽度狭缝的衍射图样
图4-2所示为距离屏幕的距离L为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，因此可以用目测或照相记录或光电测量（面阵CCD或线阵CCD相机）方式测出条纹间距，从而求得b值或其变化量。利用物体的微小间隔代替狭缝或狭缝的一边，则可测出物体微小间
隔。夫琅和费单缝激光衍射传感器的误差由L、的测量精度决定。被测狭缝宽度b一般为0.01～0.5mm。
五. 实验步骤：
1、搭建夫琅和费单缝衍射实验装置
夫琅和费单缝衍射的实验装置如图4-3所示，光路如图4-4所示。将650nm波长的半导体激光光源先固定在光学平台的一端，并利用“电子平台”上的电源（Vcc）与电阻构成激光器的供电电路（串联50Ω的电阻限制流过激光器的电流），使激光器发光。
再用焦距15mm的透镜对激光扩束，使扩束后的激光束射到可调宽度的狭缝上，成为缝光源，将所有器件按照图4-3的顺序摆放在平台上，调至共轴。其中狭缝和测微目镜之间的距离必须保证满足远场条件，调节焦距为50mm的透镜直至能在测微目镜中看到衍射条纹。
图4-3 夫琅和费单缝衍射实验装置
图4-4 夫琅和费单缝衍射光路图
2、观察夫琅和费单缝衍射图样
观察屏幕上出现的衍射图样，仔细调节狭缝宽度，直到目镜视场内的中央条纹两侧各有可见度好的3、4条亮纹。
3、记录数据2和L，并计算狭缝宽度b
用钢板尺记录单缝和测微目镜的位置L，同级亮纹之间的间距2，由公式（4-7）即可计算出狭缝宽度b。
六. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
实验五夫琅和费圆孔衍射实验
一. 实验目的：
观察夫琅和费圆孔衍射图样，掌握用圆孔衍射方法测量孔径的方法。
二. 实验仪器：
1、650nm半导体激光器；
2、扩束镜： f=15mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、多孔架： SZ-21；
5、接收屏： SZ-13；
6、公用底座： SZ-04；
7、一维底座： SZ-03；
8、一维底座： SZ-03；
9、公用底座： SZ-04；
10、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
观察夫琅和费圆孔衍射图样，理解“艾里斑”与“艾里斑”的半角宽度概念，找出测量圆孔直径的方法。
四. 实验原理：
图5-1 夫琅和费圆孔衍射图样
将实验四中的单缝改换成多孔板便构成夫琅和费圆孔衍射实验装置。经过扩束的激光束入射到圆孔上，经圆孔发出的光经透镜会聚到屏幕上，由于单色光通过小孔后产生夫琅和费衍射，在屏幕上将出现如图5-1所示的明暗相间一组同心圆环。由第一暗环围绕的中央亮斑的光强度占整个入射光束强度的84%，通常把这个中央亮斑称为“艾里斑”。经过计算可知，艾里斑的半角宽度为
（5-1）式中D为圆孔的直径。
若透镜L2的焦距为f，则艾里斑的线半径由图5-1可知，为
（5-2）一般角很小，故。将式（5-1）代入式（5-2）得到
（5-3）显然，知道小孔的直径D，便可计算出艾里斑的线半径Δl。
五. 实验步骤：
图5-2 夫琅和费圆孔衍射装置
图5-3 夫琅和费圆孔衍射光路图
1、将所有器件按图5-2的顺序摆放在平台上，调至共轴，其中多孔板和测微目镜之间的距离必须保证满足远场条件，其光路如图5-3所示。
2、调节透镜直至能在测微目镜中看到夫琅和费圆孔衍射图样。
3、用测微目镜测量出艾里斑的线半径Δl，和计算值进行比较。
六. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
实验六菲涅耳单缝衍射实验
一. 实验目的：
观察菲涅耳单缝衍射现象，分析菲涅耳单缝衍射与夫琅和费单缝衍射的区别。
二. 实验仪器：
1、650nm半导体激光器；
2、扩束镜： f=15mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、单面可调狭缝： SZ-22；
5、接收屏： SZ-13；
6、公用底座： SZ-04；
7、一维底座： SZ-03；
8、一维底座： SZ-03；
9、公用底座： SZ-04；
10、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
观察菲涅耳单缝衍射现象，分析菲涅耳衍射与夫琅和费衍射的根本区别。
四. 实验原理：
如图6-1所示的衍射装置，取直角坐标系，衍射孔径中心点为坐标原点，图中是衍射孔径上的任一点，是考察面上的任一点，平面和平面平行，相距为d。则由波动微分方程和格林定理，可以得到直角坐标系中适用于任意照明条件和任意衍射物体的基尔霍夫衍射积分公式为：
（6
-1）
其中复常数；为从衍射物体出来的光波复振幅；波矢量。
图6-1 菲涅耳衍射
于是公式（6-1）中，由点发出的球面子波传播到点的距离r可以表示为：
（6-2）当满足这个条件时，将公式（6-2）作二项式展开：
（6-3）
对复指数函数近似的前提条件是：要求r展开式中第三项引入的相位误差小于，即
或
（6-4）
在满足上述条件的前提下，复指数因子中的r可以用（6-3）展开式的前两项来代替，这一近似通常称为菲涅耳近似。我们将满足上述菲涅耳近似条件的衍射称为菲涅耳衍射，其衍射范围可以按上式大致划分。
在菲涅耳近似下，基尔霍夫衍射积分公式可以进一步简化为：
（6-5）
上式称为菲涅耳衍射积分公式，如果在菲涅耳衍射区中放置一个二维观察屏，屏上显示的图形即是物体的菲涅耳衍射图形。
五. 实验步骤：
1、将所用光学器件按如图6-2所示的布局摆放到光学平台上，并调整成为共轴光学系统。
图6-2 菲涅耳单缝衍射实验装置
2、对光学器件进行共轴调整；
3、半导体激光器发出的光束通过“扩束镜”（必须不满足远场条件）投射到单缝上，则在接收屏上产生菲涅耳衍射图样；
4、移动接收屏的位置，观察菲涅耳衍射图样的变化；
六. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
实验七菲涅耳圆孔衍射实验
一. 实验目的：
观察菲涅耳圆孔衍射现象与衍射图样，分析菲涅耳圆孔衍射与夫琅和费圆孔衍射图样的区别。
二. 实验仪器：
1、650nm半导体激光器；
2、扩束镜： f=15mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、多孔架： SZ-21；
5、接收屏： SZ-13；
6、公用底座： SZ-04；
7、一维底座： SZ-03；
8、一维底座： SZ-03；
9、公用底座： SZ-04
10、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
观察菲涅耳圆孔衍射现象，分析菲涅耳衍射与夫琅和费衍射的根本区别。
四. 实验原理：
如图7-1所示，激光束通过直径较小的圆孔将在接收屏上产生如图7-2所示的菲涅耳圆孔衍射图样。
菲涅耳圆孔衍射与夫琅和费圆孔衍射不同，前者的衍射图样与接收屏的位置有关，不同的位置衍射图样不同，在某一个位置上中心为亮点，而在另一个位置上中心可能是暗斑。而夫琅和费圆孔衍射图样的中心肯定是亮斑，且称为艾里斑。
图7-1 菲涅耳圆孔衍射实验装置图
图7-2为图7-1所示实验装置在500mm处采集到的菲涅耳圆孔衍射图样。
图7-2 实测菲涅耳圆孔衍射图样
五. 实验步骤：
1、将所用光学器件按如图7-1所示的顺序摆放到光学平台上，并调整成为共轴光学系统。
2、半导体激光器发出的光束通过“扩束镜”（必须不满足远场条件）投射到圆孔上，则将产生菲涅耳衍射图样；
3、将接受屏逐渐远离圆孔，图样中心会发生亮-暗-亮的衍射变化，观察菲涅耳衍射图样的变化。
六. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
实验八菲涅耳直边衍射实验
一. 实验目的：
观察菲涅耳直边衍射现象与衍射图样，找出菲涅耳直边衍射的基本规律。认识通过刀口衍射产生不同空间频率光波的现象，为学习光学传递函数奠定基础。
二. 实验所需器材：
1、650nm半导体激光器；
2、扩束镜： f=15mm；
3、二维调整架： SZ-07；
4、刀片（学生自备）；
5、干板架： SZ-12；
6、接收屏： SZ-13；
7、公用底座： SZ-04；
8、一维底座： SZ-03；
9、一维底座： SZ-03；
10、公用底座： SZ-04；
11、GDS-Ⅱ型光电综合实验平台。
三. 实验内容：
搭建菲涅耳直边衍射实验装置，观察菲涅耳直边衍射图样，分析直边衍射图样中各个空间频率分量。
四. 实验原理：
如图8-1所示，半导体激光器经扩束镜发出的发散光S通过直边D（刀片的刀口）传播时，将在接收屏得到一幅如图8-2所示的衍射图样。图中N表示刀片的刀口临界点，P为刀口在屏上的投影点。
图8-1 菲涅耳直边衍射原理图
图8-2 刀口衍射图样
五. 实验步骤：
1、在光电综合实验平台的光学台面上按图8-3所示搭建菲涅耳直边衍射实验装置；
图8-3 菲涅耳直边衍射实验装置
图8-3中1为半导体激光器，2为扩束镜，3为扩束镜的二维调整架，4为刀片刀口，5为干板架，6为接收屏、7、8、9和10为磁性表座。
2、将其调整为共轴系统；
3、开机，观看衍射图样；
4、适当调整屏的位置，观看衍射图像的变化。
六. 结束：
1、整理所测的实验结果；
2、关掉实验平台的电源；
3、将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
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）
机械工程测试技术基础 实 验 报 告 姓名：*** 班级：***** 学号：******** 时间：2018-5-12
实验一金属箔式应变片――全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表 三、实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1-1
图1-2全桥面板接线图 通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示,全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出 Uo= E（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值， 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo2 接数显电压表（选择2V 档）。将电位器Rw4 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3 使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）。3．按图3-1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1 使电压表显示为零。
互换性与技术测量 实验指导书 机械设计制造及其自动化教研室编 2011.09 目录
实验1 用立式光学计测量塞规 (2) 实验2用内径百分表测量内径 (4) 实验3 直线度误差的测量 (7) 实验4 平行度与垂直度误差的测量 (11) 实验5 表面粗糙度的测量 (14) 实验6 工具显微镜长度、角度测量 (18) 实验1 用立式光学计测量塞规 一、实验目的 1、了解立式光学计的测量原理；
2、熟悉立式光学计测量外径的方法； 3、加深理解计量器具与测量方法的常用术语。 二、实验内容 1、用立式光学计测量塞规； 2、由国家标准GB／T 1957—1981《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，与测量结果进行比较，判断其适用性。 三、计量器具及测量原理 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学测量仪。其所用长度基准为量块，按比较测量法测量各种工件的外尺寸。 图1为立式光学计外形图。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b 所示。照明光线经反射镜l照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺的像7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度α(图2a)，则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度尺像7产生位移t(图2c)，它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至反射镜支点间的距离，s为测杆5移动的距离，则仪器的放大比K为 当a很小时，，因此 光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm，b=5mm，故仪器的总放大倍数n为 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。
实验1 单透镜（a singlet） 实验目的开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 实验要求：设计一个F/4 的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7 玻璃 实验步骤：1 运行ZEMAX。ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。 2 选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，，在第二行的波长列中输入587，后在第三行输入656。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS 点尺寸和STREHL 率。现在让所有的权为1.0，单击OK 保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 3 设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。插入第四个面，只需移动光标到像平面（后一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT 键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。 4 现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，即在左边被标作STO 的面。输入“BK7”并敲回车键。移动光标到第1 面（我们刚才输入了BK7 的地方）的厚度列并输入“4”。 5 现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。在第1 （STO）和2 面中分别输入这些值。符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100 的值，作为第 2 面的厚度。 6 先选择“分析（Analysis）”菜单，然后选择“图（Fan）”菜单，再选择“光线像差（Ray Aberration）”。你将会看到光线特性曲线图在一个小窗口显示出来（如果看到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与所描述的是一致的）。光线特性曲线图如图所示。 7 在第2 面的厚度上双击，弹出SOLVE 对话框，它只简单地显示“固定（Fixed）”。在下拉框上单击，将SOLVE 类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”，然后单击OK。从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（在窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图如图所示。
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
晶体光学实验指导书 赖健清编 （地质工程专业A方向适用） 中南大学地球科学与信息物理学院
录 实验一偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 (1) 一.目的要求 (1) 二.实验内容 (1) 实验二突起等级和多色性的观察 (3) 一.目的要求 (3) 二.实验内容 (3) 实验一、二报告内容： (3) 实验三干涉色级序特征的观察，矿片上光率体椭圆半径方向及名称的测定 (4) 一．目的要求 (4) 二．实验内容 (4) 实验四干涉色级序及双折率的测定和双晶的观察 (5) 一．目的要求 (5) 二．实验内容 (5) 实验三、四实验报告内容 (5) 实验五一轴晶干涉图、二轴晶干涉图 (6) 一．目的要求 (6) 二．锥光镜下观察的操作程序 (6) 三．实验内容 (6) 实验六斜长石的牌码测定 (6) 一、目的要求 (6) 二、实验内容 (6) 实验五报告内容 (9) 实验六斜长石牌号的测定 (9) 实验七主要造岩矿物的光性鉴定(一) (10) 一．目的要求 (10) 二．实验内容 (10) 实验八主要造岩矿物的光性鉴定(二) (10) 一、目的要求 (10) 二、实验内容 (10) 实验七、八主要造岩矿物的光性鉴定 (10) 附：常见透明矿物光学性质（一） (12) 常见透明矿物光学性质（二） (13)
偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 一.目的要求 1．了解偏光显微镜的主要构造，装置，使用和保养方法。 2．学会偏光显微镜的一般调节和校正。 3．认识解理等级，测定解理夹角。 二.实验内容 1．打开光源 为了延长光源灯泡寿命，打开光源及关闭光源之前，务必确认光源强度调至 ．．．．．． 最小 ．．．．．．．．．．．。临时离开不必关闭光源开关，只需将光源．．。永远不要把光源强度开至最大 强度调至最小。 2．偏光显微镜的调节与校正 1）调节照明 2）调节焦距 必须记住：通过下降物台来对焦 ．．．．．．．．．。 3）校正中心 4）下偏光镜振动方向的确定和校正 在单偏光镜下，找一具极完全解理的黑云母（12号薄片），置于视域中心。转动物台，黑云母颜色最深时，黑云母解理缝方向为下偏光镜振动方向。 如黑云母颜色最深时，解理缝方向与十字丝横丝不平行，表明横丝未与下偏光镜振动方向一致。转动物台，使黑云母解理缝平行横丝，然后转动下偏光镜，直至黑云母颜色最深。此时，十字丝横丝与下偏光振动方向一致。
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一、实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。 二、实验要求 1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 2、掌握ZEMAX软件的用户界面。 3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 4、学会使用ZEMAX的帮助系统。 三、实验内容 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、
点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机
实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。 1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。 2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。 3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。 4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。 5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。 7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。 8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。 9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。 10. 将此设计起名保存，生成报告。 （二）. 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。 1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。 2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。
《现代光学CAD技术》实验指导书 指导老师：汪胜辉 湖南文理物电学院
单透镜的设计(A Singlet) 一、实验目的： （1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面； （2）将知道如何键入光学系统的波长（wavelength)、镜头数据(Lens Data)、光线像差(Ray Aberration)、fan，光程差（OPD)，点列图（spot diagrams )等等。 （3）确定厚度求解方法（thickness solve)和变量（variables)，执行简单光学设计优化。 二、实验环境： （1）、硬件环境：普通PC机 （2）、软件环境：ZEMAX软件平台 三、实验内容： 设计一个相对孔径F/4单镜片，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal length）为100mm，全视场2ω为8o用冕牌BK7来作镜片。 四、实验步骤： 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)，可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适应你自己的喜好。LDE有多行和多列组成，类似于电子表格，曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(Aperture)等列使用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的小格会以“反白”方式高亮显示，即以与其它格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。这个反白条表示的是光标，可以用鼠标在格子上点击来操作。 然后，系统参数设置。开始，输入系统波长，这个不一定先完成，只不过现在我们选定了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统(system)”菜单下的“波长（Wavelength)”。 屏幕中间会弹出一个“波长（Wavelength Data)”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个输入波长使总数成为三。现在，第一个“波长”行中输入486，这是氢F谱线的波长，单位为微米。ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，第二行波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656，这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作。这个指示器指出了主要的波长（primary wavelength），当前为0.486微米。在主波长的第二行上单击，指示器
机械工程测试技术 实验指导书 学院：机械与动力工程学院 专业：车辆工程 班级： 11010141 学号： 1101014125 姓名：赵艳峰
实验一 用应变仪测量电阻应变片的灵敏度 一 实验目的 1、掌握在静载荷下使用电阻应变仪测量方法； 2、掌握桥路连接和电阻应变仪工作原理； 3、了解影响测量误差产生的因素。 二、实验仪器及设备 等强度梁 编号；天平秤；砝码；yd-15型动态电阻应变仪； 游标卡尺；千分尺（0～25㎜）；DY-15型直流24伏电源； 三、实验原理 电测法的基本原理是：将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形（ΔL/L ），应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪，可测量出应变片中电阻值的变化（ΔR/R ），并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。电阻应变片的灵敏度是构件单位应变所引起应变片电阻值的变化量，用K 来表示， K= L/L R/R ??=ε R/R ? yd-15动态电阻应变仪主要技术参数 1、测量点数：4点 8点 2、测量范围： 10000微应变 3、标定应变： 50， 100， 300， 1000， 3000微应变，标定误差不超过 1%，最小 1微应变 4、灵敏系数：k=2.00 5、灵敏度：0.25mA/με(12Ω及2Ω负载) 0.093 5mA/με(16Ω负载) 0.025mA/με(20Ω负载) 0.01mA/με(50Ω负载) 0.01伏/με(1k 负载) 6、电阻应变片：按120Ω设计，100～600Ω可用。 7、线性输出范围：0 30mA(12Ω及2Ω负载)
建筑物理实验报告[建筑热工、建筑光学和建筑声学实验] XXX XXXX XXXXXXX
建筑物理实验报告 第一部分建筑热工学实验 （一）温度、相对湿度 1、实验原理： 通过实验了解室外热环境参数测定的基本内容；初步掌握常用仪器的性能和使用方法；明确各项测量的目的；进一步感受和了解室外气象参数对建筑热环境的影响。 2、实验设备：TESTO 175H1温湿度计 3、实验方法：` （1）在测定前10min左右，把湿球温度计感应端的纱布用洁净水润湿。 （2）若为手动通风干湿球温度计，用钥匙上紧上部的发条，并把它悬挂于测点。待3～4min，当温度计数值稳定后，即可分别读取干、湿球温度计的指示值。读数时，视平线应与温度计水银面平齐。先读小数，后读整数。 （3）根据干湿球温度计的读数，获得测点空气温度。 （4）根据干、湿球温度计读数值查表，即可得到被测点空气的相对湿度。
4、实验结论和分析 室内温湿度 仪器： TESTO 175H1 5.对测量结果进行思考和分析 根据测量的数据可以看出，室内各处的温度及湿度较为平均。暖气上方的区域温度较高而导致相对湿度较低。桌子由于靠近暖气，所以温度较高。柜子由于距离暖气较远，温度相对较低，较为接近室内的平均气温。门口处由于通风较好，温度较低，湿度相对较高。
（二）室内风向、风速 1、实验原理：QDF型热球式电风速计的头部有一直径约0.8mm的玻璃球，球内绕有镍镉丝线圈和两个串联的热电偶。热电偶的两端连接在支柱上并直接暴露于气流中。当一定大小的电流通过镍镉丝线圈时，玻璃球的温度升高，其升高的程度和气流速度有关。当流速大时，玻璃球温度升高的程度小；反之，则升高的程度大。温度升高的程度反映在热电偶产生的热电势，经校正后用气流速度在电表上表示出来，就可用它直接来测量气流速度。 2、实验设备：TESTO 425 3、实验方法： （1）把仪器杆放直，测点朝上，滑套向下压紧，保证测头在零风速下校准仪器。 （2）把校正开关置于“满度”位置，慢慢调整“满度调节”旋钮，使电表指针在满刻度的位置。再把校正开关置于“零位”的位置，用“粗调”、“细调”两个旋钮，使电表指针在零点的位置。 （3）轻轻拉动滑套，使侧头露出相当长度，让侧头上的红点对准迎风面，待指针较稳定时，即可从电表上读出风速的大小。若指针摇摆不定，可读取中间示值。 （4）风向可采用放烟或悬挂丝的方法测定。
机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍
实验一电阻应变片的粘贴及工艺 一、实验目的 通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。 二、实验原理 电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。 三、实验仪器及材料 QJ－24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。 四、实验步骤 1、确定贴片位置 本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示： 2、选片 1）种类及规格选择 应变片有高温和常温之分，规格有3x5，2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是3*5
胶基箔式。 2)阻值选择： 阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。 3)电阻应变片的检查 a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。 b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。 4)配组 电桥平衡条件：R1*R3 = R2*R4 电桥的邻臂阻值小于0.2欧。 一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。 3．试件表面处理 1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨 a. 机械打磨，如砂轮机 b. 手工打磨，如砂纸 打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉 积。 2)清洁表面 用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。 3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片。 4)组桥：根据要求可组半桥或全桥。 5)检查。 用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于100M欧，动态测试中应大于50M欧。 6)密封 为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用，为将来长期监测做好准备。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。
实验二十八 测定玻璃的折射率 【思考题参考答案】 1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？ 答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。这是因为如果两个界面不平行，可以看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能 确定对应的入射角和折射角，从而按 折射定律计算折射率。 对视深法测量结果是否影响，请 自己根据测量原理思考。 2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？ 答：厚些好。在视深法中，玻璃砖越厚h '越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD 位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。 3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？ 答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。 4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？ 答：折射率的测量值偏小。如果所画直线ab 和 cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。实际折 射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin =，测 量折射率值偏小。 间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。 实验二十九 测定薄透镜的焦距 【思考题参考答案】 1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？ 答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，可以减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共
《机械工程测试技术基础》实验报告 专业 班级学号 姓名 成绩 沈阳理工大学机械工程学院 机械工程实验教学中心 2015年4月
目录 实验一金属箔式应变片——电桥性能实验1 1.1实验内容1 1.2实验目的1 1.3实验仪器、设备1 1.4简单原理1 1.5实验步骤2 1.6实验结果2 1.7思考题4 实验二状态滤波器动态特性实验4 2.1实验内容4 2.2实验目的4 2.3实验仪器、设备5 2.4简单原理5 2.5实验步骤5 2.6实验结果6 2.7思考题11 实验三电机动平衡综合测试实验11 3.1实验内容11 3.2实验目的11 3.3实验仪器、设备11 3.4简单原理12
3.5实验步骤12 3.6实验结果13 3.7思考题15 实验四光栅传感器测距实验15 4.1实验内容15 4.2实验目的16 4.3实验仪器、设备16 4.4简单原理16 4.5实验步骤16 4.6实验结果17 4.5思考题19 实验五 PSD位置传感器位置测量实验19 5.1实验内容19 5.2实验目的19 5.3实验仪器、设备19 5.4简单原理19 5.5实验步骤20 5.6实验结果20 5.7思考题23 -
实验一金属箔式应变片——电桥性能实验指导教师日期 1.1实验内容 1.2实验目的 1.3实验仪器、设备 1.4简单原理
1.5实验步骤 1.6实验结果 表1.1 应变片单臂电桥实验数据表
表1.2 应变片半桥实验数据表 根据实验结果计算单臂和半桥的灵敏度、线性误差、回程误差，在座标纸上分别画出单臂、板桥的输入及输出关系曲线，并在曲线上标出线性误差、回城误差位置：
(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
器件仿真与工艺综合设计实验指导书
实验一：二极管器件仿真 一、实验目的 1、掌握二极管基本结构原理，二极管电流电压特性； 2、掌握Silvaco TCAD器件仿真器仿真设计流程及器件仿真器Atlas语法规则； 3、分析二极管结构参数变化对主要电学特性的影响。 二、实验原理 1.二极管的结构及其原理 PN结，是指一块半导体单晶，其中一部分是P型区，其余部分是N型区，如图1所示。P型区和N型区的交界面称为冶金结面（简称结面）。由PN结构成的二极管是最基本的半导体器件。无论半导体分立器件还是半导体集成电路，都是以PN结为基本单元构成的。例如NPN（或PNP）双极型晶体管的结构，是在两层N型区（或P型区）中夹一薄层P型区（或N型区），构成两个背靠背（或面对面）的PN结。 图1 PN结的结构图 PN结导通并产生电流，根据其的形成原理，必须抵消掉空间电荷区内部的电场阻力。我们通过P区接外加电源的正极，N区接负极的方法，给它加一个反方向的更大的电场，这样就可以抵消其内部自建电场，使载流子可以继续运动，形成线性的正向电流。外加的反向电压导致内建电场的阻力更大，使得PN结仅有极微弱的反向电流，不能导通。其是由于少数载流子的漂移运动形成，因少子数量有限，电流饱和。这时反向电压增大至某一数值时，PN结将因少子的数量和能量都增大，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增大。 2. 二极管的I~V特性 当对PN结外加电压时，会有电流流过。电流与外加电压的关系不遵从欧姆定律。外加正向电压（P区接正、N区接负）时，如果电压达到正向导通电压V f的数值，则会有明显的电流流过，而且当电压再稍增大时，电流就会猛增；外加反向电压时，电流很小，而且当反向电压超过一定数值后，电流几乎不随外加电压而变化，如图2所示。
“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。
几何量公差与检测实验指导书 程飞月 武汉理工大学教材中心 2006年 6月 1．了解立式光学计的测量原理； 2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪，用量块作为长度测 量基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。 图 1－1 为立式光学计外形图，它由底座1、立柱 5、支臂 3、直角光管 6 和工作台 11 等几部分组成，光学计是利用光学 杠杆发大原理进行测量的仪器，其光学系统如图1－2（b）所示。照明光线经反射镜 1 照射到刻度尺 8 上，再经直角棱镜2、物镜 3，照射到反射镜 4 上。由于刻度尺 8 位于物镜 3 的焦平面上，故从刻度尺 3 上发出的光线经物镜 3 后成为平行光束。 若反射镜 4 与物镜 3 之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，
刻度尺像 7 与刻度尺 8 对称。若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 , （图 1－2a），则反射光线相对于 入射光线偏转2, 角度，从而使刻度尺像7 产生位移t （图1－2c），它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8 间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离， s 为测杆 5 移动的距离，则仪器的放大比 K 为： tftg2,K,, Sbtg, tg2,,2,,tg,,,当, 很小时，，因此： 2fK, b 光学计目镜放大倍数为12，f,200mm,b,5mm，故仪器的总放大倍数n 为： 2f2 ， 200n,12k,12,12 ，,960 b5 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。 1．测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几 何形状来 选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时， 选用球形测头。 测量球面工件时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱形工件时，选用刀口形测头。 2．按被测零件的基本尺寸组合量块。
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
实验2 阿贝成像与空间滤波实验 实验目的 1、 验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频谱和空间滤波概念的理解； 2、 初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用； 3、 了解透镜孔径对成像的影响和两种简单的空间滤波。 实验原理 傅立叶变换在光学成像系统中的应用 在信息光学中、常用傅立叶变换来表达和处理光的成像过程。设一个xy 平面上的光场的振幅分布为g(x,y)，可以将这样一个空间分布展开为一系列基元函数[])(exp y f x f iz y x +π的线性叠加。即： []y x y x y x df df y)f x 2i π(f exp ),f G(f g(x,y)+= ??∞∞ - (2-1) y x f f ，为x,y 方向的空间频率，量纲为1L -;)(y x f f G 是相应于空间频率y x f f ，的基于原函数的权重，称为空间频谱函数，)(y x f f G 可由求得： [] dxdy y f x f i f f f f G y x y x y x )(2-exp ),(g )(+= ??∞ ∞ -π (2-2) ),(y x g 和)(y x f f G 实际上是对同一光场的的两种本质上的等效的描述。 当g(x,y)是一个空间的周期性函数时，其空间频谱就是不连续的。例如空间频率为0f 的一维光栅，其光振幅分布展开成级数：)2exp()(0 ∑∞ -∞ == n x nf i x g π 阿贝成像原理 傅立叶变换在光学成像中的重要性，首先在显微镜的研究中显示出来。1874年，德国人阿贝从波动光学的观点提出了一种成像理论。他把物体通过凸透镜成像的过程分为两步：（1）从物体发出的光发生夫琅和费衍射，在透镜的像方焦平面上形成其傅立叶频谱图；（2）像方焦平面上频谱图各发光点发出的球面次级波在像平面上相干叠加形成物体的像。阿贝成像原理是现代光学信息处理的理论基础，空间滤波实验是基于阿贝成像原理的光学信息处理方法。 成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换，如果物的振幅分布是),(y x g ，可以证明在物镜后面焦面x'，y ' 上的光强分布正好是g(x,y)的傅立叶变换 )(y x f f G 。（只要令,,F y f F x f y x λλ' ='= 为F 为波长，λ物镜焦距）。所以第一步