单元3激光、光信息处理和光学测量
光学检测的综述
光学检测的综述光学检测的综述摘要随着科学技术和⼯业的发展，测量检测技术在⾃动化⽣产、质量控制、机器⼈视觉、反求⼯程、CAD/CAM以及⽣物医学⼯程等⽅⾯的应⽤⽇益重要。
传统的接触式测量技术存在测量⼒、测量时间长、需进⾏测头半径的补偿、不能测量弹性或脆性材料等局限性，因⽽不能满⾜现代⼯业发展的需要。
近年来由于光学⾮接触式测量技术克服了上述缺陷，其⾮接触、⾼效率、⾼准确度和易于实现⾃动化的特点，成为近年来测量技术研究的热点。
本⽂介绍了多种基于各种测量原理的光学检测⽅法。
关键词:光学检测；三维测量; 数字相移;1.光电检测技术光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、衍射、折射、透射等）进⾏检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输⼊电路、放⼤滤波等检测电路提取有⽤的信息，再经过A/D变换接⼝输⼊微型计算机运算、处理，最后显⽰或打印输出所需检测物体的⼏何量或物理量[1]。
如图1所⽰光电检测系统的组成。
图1 光电检测系统光电检测技术的特点：–⾼精度：从地球到⽉球激光测距的精度达到1⽶。
–⾼速度：光速是最快的。
–远距离、⼤量程：遥控、遥测和遥感。
–⾮接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进⾏测量。
–寿命长：光电检测中通常⽆机械运动部分，故测量装置寿命长。
–数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能⼒。
光电检测的⽅法：直接作⽤法差动测量法补偿测量法脉冲测量法光电检测系统◆主动系统/被动系统(按信息光源分)–主动系统通过信息调制光源,或者光源发射的光受被测物体调制。
如图2所⽰图2 主动系统的组成框图–被动系统光信号来⾃被测物体的⾃发辐射。
如图3所⽰图3 被动系统的组成框图◆红外系统/可见光系统(按光源波长分)[2]–红外系统多⽤于军事,有⼤⽓窗⼝,需要特种探测器。
–可见光系统多⽤于民⽤◆点探测/⾯探测系统(按接受系统分)–⽤单元探测器接受⽬标的总辐射功率。
光学测量技术与应用幻灯片
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3.技术开展方向
➢快速、高效的3D测量技术将取得突破，成为带存贮 功能的全场动态测量仪器； ➢开展闭环式光学测试技术，实现光学测量与光学控 制的一体化； ➢开展光学诊断和光学无损检测技术； ➢生物科学研究中的光探测越来越收到世界科技工作 者的共同关注。
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2.技术现状〔光学测量技术学科的组成〕
光学是这 个根本体系中的 原理根底，而精 细机械、电子技 术与计算机技术 构成塔底三角形， 是光学测量的支 撑根底。
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技术现状〔光学测量技术主要原理分类〕
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技术现状〔光学测量系统的主要构成〕
精度(Accuracy)：反映测量结果与真值接近程度的量，在 现代计量测试中，精度的概念逐步被测量的不确定度代替。
测量不确定度(Uncertainty of Measurement)：表征合理 赋予被测量的量值的分散性参数。主要包括：
不确定度的A类评定：用对重复观察值的统计分析进展不确 定度评定的方法；
信号(Signals)：是信号本身在其传输的起点到 终点的过程中所随带的信息的物理表现，是传递信息 的载体。信号具有能量，它描述了物理量的变化过程 ，在数学上可以表示为一个或几个独立变量的函数。
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➢ 光学测量：通过各种光学测量原理实现对被测物体的测量。
➢ 测试系统的一般构成
种类型的光电探测器、各种光谱区中的光电成像器件、 各种光学材料和各种光电成像系统。同时还包括近年 来大量出现在光电子行业的各种器件和系统，主要是 指的是应用光电子技术原理的元器件和利用这些光学 元器件作为其主要部件的仪器与设备。
【精品】参考文献-华南师范大学
参考文献-华南师范大学参考文献单元1 原子物理1.1 弗兰克-赫兹实验[1] 褚圣麟，原子物理学，北京：高等教育出版社，（1979）．[2] 吴思诚、王祖铨，近代物理实验，第二版，北京：北京大学出版社，（1995）．1.2 氢与氘原子光谱[1] 杨福家著，原子物理学，第二版，北京：高等教育出版社，（1990）．[2] 吴思诚，王祖铨主编，近代物理实验，第二版，北京：北京大学出版社，（1995）．1.3 钠原子光谱[1] 褚圣麟，原子物理学，北京：高等教育出版社，（1979）．[2] 吴思诚、王祖铨主编，近代物理实验（第二版），北京：北京大学出版社，（1995）．1.4 塞曼效应[1] 褚圣麟，原子物理学，北京：高等教育出版社，（1979）．[2] 母国光、战元龄，光学，北京：人民教育出版社，（1979）．1.5 拉曼光谱[1] 吴思诚，王祖铨．近代物理实验(第二版)．北京：北京大学出版社，1986．[2] 林木欣．近代物理实验．广州：广东教育出版社，1994．[3] 沙振舜，黄润生．新编近代物理实验．南京：南京大学出版社，2002．[4] [加]G·赫兹堡著，王鼎昌译．分子光谱与分子结构（第一卷）．北京：科学出版社，1983．[5] 肖新民．拉曼光谱的广泛应用及分辨率的重要性．现代科学仪器，2005，2．单元2 原子核物理2.1 盖革—弥勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律[1] 复旦大学、清华大学、北京大学合编，原子核物理实验方法（上册），北京：原子能出版社，（1981）．[2] 吴思诚、王祖铨，近代物理实验（第二版），北京：北京大学出版社，（1995）．2.2 γ能谱的测量[1] 复旦大学、清华大学、北京大学合编，原子核物理实验方法(上册)，第二章第四节，第四章，北京：原子能出版社，（1985）．[2] 北京大学、复旦大学主编，核物理实验，北京：原子能出版社，（1984）．2.3 符合测量[1] 复旦大学、清华大学、北京大学合编，原子核物理实验方法（上册），北京：原子能出版社，（1985）．[2] 北京大学、复旦大学主编，核物理实验，北京：原子能出版社，（1984）．2.4 用快速电子验证相对论效应[1] 倪光炯，王炎森等．改变世界的物理学(第二版)．上海：复旦大小出版社，1999, 376～411．[2] 赵凯华，罗蔚茵．新概念物理教程——力学．北京：高等教育出版社，1995，388～436．[3] 林木欣．近代物理实验教程．北京：科学出版社，1999，105～109．[4] 陈玲燕，顾牡．相对论效应实验谱仪的系列教学实验．物理实验，2000，20(3)：3~5．[5] 徐垚，秦树基等．单能电子在聚酯薄膜(PET)中射程的测量．物理实验，2004，24( 2)：12~19．单元３激光、光信息处理和光学测量3.1 激光器特性及其参数的测量[1] 林木欣主编，近代物理实验，广州：广东教育出版社，（1994）．[2] 周炳琨等，激光原理，北京：国防工业出版社，（1984）．[3] 母国光等，光学，北京：人民教育出版社，（1979）．3.2 He-Ne激光器纵模间隔测量[1] 周炳琨等，激光原理，北京：国防工业出版社，（1984）．[2] 母国光等，光学，北京：人民教育出版社，（1979）．[3] 吴思诚等，近代物理实验，北京：北京大学出版社,第二版，（1995）．3.3 全息技术[1] 丁俊华等编著，激光原理及应用，第八章，北京：清华大学出版社，（1987）．[2] 王永昭编，光学全息，北京：机械工业出版社，（1981）．3.4 光学信息处理[1] 母国光、战元龄，《光学》，第十一章，北京：人民教育出版社，（1978）．[2] J·W·顾德门，《傅立叶光学导论》，北京：科学出版社，（1976）．[3] 钟锡华，《光波衍射与变换光学》，北京：高等教育出版社，（1985）．[4] M·弗朗松，《光学－像的形成和处理》，北京：科学出版社，（1979）．3.5 椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率[1] 吴思诚、王祖铨主编，近代物理实验（第二版），北京，北京大学出版社，（1995）．[2] 莫党，“椭圆偏振法——测量薄膜与研究表面的新方法”，电子科学技术，No．2，（1979）．[3] 母国光、战元龄，光学，北京，人民教育出版社，（1978）．3.6 光拍法测量光的速度[1] 曹尔第主编，近代物理实验，上海：华东师大出版社，（1992）．[2] 林木欣主编，近代物理实验，广州：广东教育出版社，（1994）．[3] 吴思诚王祖铨主编，近代物理实验，第二版，北京：北京大学出版社，（1995）．[4] 母国光等编，《光学》，第十四章，北京：人民教育出版社，（1981）．3.7 各向异性晶体光学性质的观测和研究[1] 王曙，偏光显微镜与显微摄影，北京：地质出版社，（1978）．[2] 母国光、战元龄，光学，北京：人民教育出版社，（1978）．[3] 季寿元、王德滋，晶体光学，北京：人民教育出版社，（1961）．[4] 金石琦，晶体光学，北京：科学出版社，（1995）．单元4 真空技术4.1 高真空的获得与测量[1] 王欲知，真空技术，成都：四川人民出版社，（1981）．[2] A．罗思，真空技术，北京：机械工业出版社，（1980）．[3] 吴思诚王祖铨，近代物理实验（第二版），北京：北京大学出版社，（1995）．4.2 真空镀膜[1] 陈国平，薄膜物理与技术，南京：东南大学出版社，（1993）．[2] Ludmila Eckertora，Physics of thin films. Plenum Press，New York，（1977）．[3] 尚世铉等编，近代物理实验技术（II），北京：高等教育出版社，（1993）．[4] F.A.Jenkins & H.E.White著，杨光熊、郭永康译，光学基础（上），北京：高等教育出版社，（1990）．单元5 X射线衍射技术[1]黄胜涛主编固体Ｘ射线学（一），北京：高等教育出版社，(１９８２)［２］吴思诚、王祖铨主编近第二版，北京：北京大学出版社，(１９９５代物理实验，)［３］ＧＢ８３６０－８７号中华人民共和国国家标准（１９８７－１２－０７发布；１９８９－０-０１实施）［４］郭常霖、马利泰，科学通报，２７，４０７(1982)［５］韩建成等著，多晶Ｘ射线结构分析上海：华东师范大学出版社，(１９８９)［６］黄昆原著，韩汝琦改编，固体物理学，北京：高等教育出版社，(１９８９)［７］〖WB〗Ｈ．Ｐ．克鲁格，Ｌ．Ｅ．亚历山大合著，盛世雄等译，Ｘ射线衍射技术（多晶体和非晶质材料）（第二版），北京：冶金工业出版社，(１９８６)单元6 低温和固体物理6.1 电阻温度关系和减压降温技术[1]阎守胜，陆果，低温物理实验的原理与方法，北京，科学出版社，1985[2]吴思诚、王祖铨主编近第二版，北京：北京大学出版社，(１９９５代物理实验，)6.2高温超导体基本特性的测量[1]吴思诚王祖铨主编，近代物理实验（第二版) ，北京：北京大学出版社，（1995）．[2] J．G．Bednorz and K．A．Müller， Z．Phys．B， 64 ，（1986），189．[3] 邓廷璋等，YBCO超导薄膜临界温度T C 的直流测量6.3用电容－电压法测半导体杂质浓度分布[1] 吴思诚、王祖铨主编，近代物理实验，第二版，北京：北京大学出版社，（1995）．[2] 孙恒慧、包宗明主编，半导体物理实验，北京：高等教育出版社，（1985）．6．4霍耳效应[1]黄昆,谢希德,半导体物理学,北京,科学出版社,1958.[2] 吴思诚、王祖铨主编，近代物理实验，第二版，北京：北京大学出版社，（1995）．6.5铁电体电滞回线及居里温度的测量[1] 谢希德等，固体物理学（下册），上海：上海科技出版社，（1962）．[2] 孙慷慷，张福学，压电学，北京：国防工业出版社，（1984）．[3] 李远，秦自楷，周至刚，压电与铁电材料的测量，北京：科学出版社，（1984）．[4] 郑裕芳，李仲荣，近代物理实验，广州：中山大学出版社，（1989）．6.6压电振子参数及压电材料常数的测量[1] 孙慷、张福学，压电学，北京：国防工业出版社，（1984）．[2] 李远、秦自楷、周至刚，压电与铁电材料的测量，北京：科学出版社，（1984）．单元7 声学7.1超声探伤和超声速测量[1] 《超声波探伤》编写组编著，超声波探伤，北京：水利电力出版社，（1985）．[2] 胡建恺、张谦琳编著，超声检测原理和方法，合肥：中国科技大学出版社，（1993）．7.2噪声测量和频谱分析[1] 马大猷，沈壕．声学手册．北京：科学出版社，1983.[2] GB-3222-82城市环境噪声测量方法（国家标准局批准），1982.[3] GB-3785-83声级计的电、声性能及测试方法（国家标准局批准），1983.[4] 林木欣．近代物理实验教程．科学出版社，1999.单元8 微波技术8.1 微波的传输特性和基本测量[1] 陈振国．微波技术基础与应用．北京邮电大学出版社，1996.[2] 鲍家善等．微波原理．北京：高等教育出版社，1985.[3] 吴思诚，王祖铨．近代物理实验（第二版）．北京大学出版社，1995.[4] 林木欣．近代物理实验．广州：广东教育出版社，1994.[5] 南京大学近代物理实验室．近代物理实验．南京大学出版社，1993.8.2 微波介质特性的测量[1] 鲍家善等．微波原理．北京：高等教育出版社，1985.[2] 吴思诚，王祖铨．近代物理实验（第二版）．北京大学出版社，1995.[3] 林木欣．近代物理实验．广州：广东教育出版社，1994.单元9磁共振技术9.1 核磁共振的稳态吸收[1]王金山.核磁共振波谱仪与实验技术．北京:机械工业出版社,1982, 第1～2 章[2]吴思诚,王祖铨．近代物理实验(第二版)．北京大学出版社，1995．[3]Dudley Williams.Method of Experimental physics(Vo1.3，Part B).Academic Press，1974,465～487,511～530．9.2 脉冲核磁共振法测量弛豫时间[1] 王金山.核磁共振波谱仪与实验技术.北京:机械工业出版社，1982, 第十章[2] E.L.Hahn.Phys.Rev.，1950，80，580.[3][美]T.C.法拉著，左其卉译.脉冲核磁共振波谱学导论.合肥:中国科学技术大学出版社，1989. 9.3 电子自旋共振[1]裘祖文.电子自旋共振波谱. 北京：科学出版社，1980, 第一章.[2]向仁生.顺磁共振测量和应用的基本原理. 北京：科学出版社，1965．[3]陈贤镕.电子自旋共振实验技术. 北京：科学出版社，1986．[4]廖绍彬.铁磁学(下册). 北京：科学出版社，1988．9.4 光泵磁共振[1] R.Benumof.Am.J.phys.1965，33，151．[2] 龚顺生. 双共振实验. 物理实验,1981,（4）：133.[3] 吴思诚,王祖铨.近代物理实验(第二版). 北京大学出版社，1995．[4] 赵汝光, 朱汖,张奋,等. 关于光泵磁共振实验中的几个问题.物理实验, 1986,（4）：147．9.5 核磁共振成像[1] 邬学文．核磁共振成像技术的新进展（上）．物理，1995，24(10)：619-624．[2] 吴思诚，王祖铨．近代物理实验（第三版）．北京：高等教育出版社，2005．[3] 汪红志，张学龙，武杰．核磁共振成像技术实验教程．北京：科学出版社，2008．[4] Peter G. 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常用的光学测量技术
常用的光学测量技术引言光学测量技术是一种利用光的特性进行测量和检测的方法。
它广泛应用于各个领域，如工业制造、生物医学、环境监测等。
本文将介绍一些常用的光学测量技术，包括激光干涉仪、激光雷达、拉曼光谱等，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 激光干涉仪1.1 原理激光干涉仪是一种基于干涉原理的测量技术。
它利用激光束在空间中的干涉现象来实现对物体形状、表面粗糙度等参数的测量。
激光干涉仪通常由激光器、分束器、反射镜和探测器等组成。
当激光束经过分束器后，被分成两束相干的激光束，分别照射到待测物体上并经过反射后再次汇聚在一起。
根据两束激光束之间的相位差，可以推断出待测物体的形状或表面粗糙度。
1.2 应用激光干涉仪广泛应用于工业制造领域，如机械加工、零件测量等。
它可以实现高精度的形状测量，对于需要进行精细加工的零件，可以提供重要的参考数据。
此外，激光干涉仪还可用于非接触式测量，避免了传统测量方法中可能出现的损伤和污染问题。
2. 激光雷达2.1 原理激光雷达是一种利用激光束进行距离测量和三维重建的技术。
它通过发射脉冲激光束并测量其返回时间来计算物体与传感器之间的距离。
同时，根据激光束的方向和角度信息，可以获取物体在三维空间中的位置。
激光雷达通常由激光发射器、接收器、扫描机构和数据处理单元等组成。
通过不断地改变扫描角度和方向，可以获取目标物体在空间中的完整信息。
2.2 应用激光雷达广泛应用于地理测绘、自动驾驶、机器人导航等领域。
它能够实现高精度的距离测量和三维重建，对于需要获取目标物体准确位置信息的应用场景非常有价值。
例如，在自动驾驶中，激光雷达可以提供周围环境的空间结构和障碍物信息，帮助车辆进行精确的导航和避障。
3. 拉曼光谱3.1 原理拉曼光谱是一种分析物质成分和结构的技术。
它利用激光与样品相互作用后产生的拉曼散射光来获取样品的分子振动信息。
拉曼散射光与入射激光之间存在一定的频率差，称为拉曼频移，该频移与样品分子的振动特性密切相关。
光学测量原理和技术
光学测量原理和技术光学测量是利用光的特性进行测量的一种方法，广泛应用于工程领域、科学研究和医学等领域。
它通过利用光的传播速度、衍射、干涉、折射等原理，获得被测物体的各种参数，如尺寸、形状、速度、光学性质等。
本文将对光学测量的原理和常用的技术进行详细介绍。
光学测量的原理主要包括光的传播速度、干涉、衍射和折射等。
首先是光的传播速度原理。
光的传播速度是一个常数，通常在空气中为光速的近似值。
利用这一特性，可以通过测量光的传播时间来求得被测物体的距离。
这种方法常用于测量地理位置、道路长度等。
其次是干涉原理。
干涉是指两束或多束光相遇而产生干涉条纹的现象，常用于测量光的波长、被测物体的薄膜厚度等。
例如，杨氏干涉仪利用光的干涉原理测量光的波长。
Michelson干涉仪可以测量被测物体的位移。
再次是衍射原理。
衍射是指光通过物体边缘或孔隙时发生弯曲和散射的现象。
利用衍射原理，可以测量光的孔径、散斑、物体的形状等。
例如，通过测量衍射现象的图案特征可以推断物体的形状和大小。
最后是折射原理。
折射是指光从一种介质进入另一种介质时发生的方向变化。
利用折射原理，可以测量介质的折射率、曲率半径等。
例如，通过测量光经过透镜、棱镜等光学元件后的光线偏折角度可以计算出介质的折射率。
光学测量的技术主要包括激光测距、光栅测量、干涉测量、像散测量和光学断层扫描等。
激光测距技术是一种利用激光测量距离的方法。
利用激光器发射一束高度聚焦的激光束，测量激光束从发射到接收的时间差来计算出距离。
激光测距技术具有高精度、快速的特点，广泛应用于建筑测量、工业制造等领域。
光栅测量技术是利用光栅来测量物体位置和尺寸的方法。
光栅是一种具有规则周期结构的透明介质，在光线的照射下会产生明暗间断交替的光斑。
通过测量光栅上的光斑变化的位置和间距，可以计算出被测物体的位置和尺寸。
干涉测量技术是利用干涉现象进行测量的方法。
常见的干涉测量技术包括干涉仪、干涉计、Michelson干涉仪等。
光学信息处理技术
（1）脉冲函数的定义：
（2）矩形函数极限
（3）函数序列的极限
（4）广义函数定义下的δ函数
因此δ函数可以用不同的矩形函数的极限来定义，所以δ
是一个广义函数。为了判别不同的函数族所定义的是不是，
同一个广义函数，就需要用一个检验函数
(x)
检验函数 ( x) 需满足两个条件：
2.δ函数的性质 （1）筛选性
四．光信息处理的优势 1. 电子学的缺点
由于现代科学技术的发展提高计算机的运算速度和通信 容量。从这个意义来说，电子计算机正面临光计算机的挑 战，换句话说，光信息处理与光通信急速发展的原因是由 于光波本身物理本质的优越性。
电子计算机高速化有以下三个方面限制 1)量子力学限制 2)热力学限制 3)电子线路技术的限制 4)电子通信容量的限制
它以信息光学为基础，用付里叶分析的方法研究光学成 像和光学变换的理论和技术；实现图像的改善和增强，图 像识别，图像的几何畸变与光度的规整和纠正，光信息的 编码、存储和成图技术，三维图象显示和记录，仿生视觉 系统，以及电、声等非光信号的光信息处理等等。 C.光纤通信
用纤维光缆代替金属电缆，实现传输量大、防干扰性好、 保密性强，耗电少的新型通信线路，将是近年迅猛发展的 一个新领域。
目前认为，发挥光学与电子光学的优势，弥补两者的不 是从长远的意义来说，发展光-电子式混合式计算机是值得 研究的重要方向。
对光学信息处理的理解性定义：
从光衍射的惠更斯-菲涅耳原理可知，光学系统的成像过 程就是二次付里叶变换的过程，它是光电信息处理的基本 着眼点。用付里叶分折的观点，可以把任何二维图象看成 各种空间频率的正弦光栅迭加的结果。同时，又可把光学 系统成像特性归结为对不同空间频率正弦光栅的成像特性， 即光学系统的空间频率响应。
光学测量的基本知识
光学测量的基本知识一.典型的光学测试装置-----光具座光具座的类型一般以其上的平行光管EFL的长短来区分,例如: GXY---08A型之EFL=1200mm.我们的光具座:MSFC---Ⅳ型有3个准直镜头,EFL1=550mm,F/NO=10EFL2=200.61mm,F/NO=4EFL3=51.84mm,F/NO=4 其组成如下:1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜.5.导轨底座.6.光源.7. 光源变压器.8.光源调压器.9.附件.1.平行光管又称准直仪,它的作用是提供无限远的目标或给出平行光.其组成如下:物镜EFL=550mm 分划板分划板的形式有多种,例如(1)十字或十字刻度分划板,(2)分辨率板,(3)星点板,(4)玻罗板(PORRO).2.透镜夹持器用来夹持被测镜片或镜头,並保持光轴的一致性.-1-3.V型座用来放置EFL=200.61mm和EFL=51.84mm准直物镜, 並保持光轴一致性.4.测量显微镜是一个带有目镜测微器的显微镜. 用来进行各种测量. 目镜测微器有多种.最常用的是螺杆目镜测微器,其螺距为0.02mm,则每格值为0.002mm.5.导轨底座导轨很精密,用它把1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜等联在一起,称为光具座.6.附件:各种倍数和不同数值孔径的显微镜物镜,各种分划板.光具座主要测量(1)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的焦距(EFL).(2)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的截距(BFL)(3)检测照相物镜,望远物镜的分辨率.(4)检测照相物镜,望远物镜的星点.(5) 照相物镜,望远物镜的F/NO.(6)加上其它光学器件和机械装置,可以组成多种光学测量装置.-2-一.焦距(EFL)的测量光学系统和透镜的重要参数---焦距(EFL),迄今已有多种行之有效的测量方法.1.放大率法.2.自准直法.3.附加透镜法.4.精密测角法.5. 附加接筒法.6.固定共軛距离法.7. 附加已知焦距透镜法.8.反转法.9.光栅法.10.激光散斑法.11.莫尔条纹同向法.(一)放大率法测量原理是目前最常用的方法,主要用于测量望远物镜,照相物镜,目镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).也可以用于生产中检验正,负透镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).被测透镜或物镜位于平行光管前, 平行光管物镜焦面上分划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上.这对刻线的间距y和它的像的间距y¹与平行光管物镜焦距f c和被测物镜的焦距f¹有如下关系:y¹/y = f¹/f¹c 或 f¹ = f¹c(y¹/y)必须指出,由于负透镜成虚像,用测量显微镜观测这个像时, 显微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距.-3-(二)一种简易测量焦距的方法在没有光具座的情况下,可用下面简易方法,但精度差.方法:用两次测量不同物距上被测物镜的横向放大率求焦距.根据高斯公式: F*=βX=-X*/β可得F*=E/γ2-γ1γ1=1/β1=Y1/Y1 , γ2=1/β2=Y2/Y2*A. 这种方法存在理论误差,必须要加以修正. 修正系数为:√1+(H/F*)2,所以:F*实际=F*×√1+(H/F*)2B. 镜头的球差对测量有很大影响,所以测出的焦距值是近似值.C. 测量人员的技术和对E,Y1,Y2,Y1*,Y2*测量的准确性非常重要,否则测出的焦距值将远远偏离真正值,而不能相信和使用.D. 焦距的准确测量,必须在光具座上用其它方法进行.E. 为了用这种方法测量, 必须有以下设备:简易导轨,夹持器,白色屏幕,有毫米刻度的物,精度为0.01mm的长度量测仪器.F. 要多次重复量测,取平均值.二.星点检验(一)原理星点检验法是对光学系统进行像质检验的常用方法之一,在光学系统设计,制造及使用中,人们关心的是其像质,並希望将像质与各种影响因素联系起来,借以诊断问题,提出改进措施, 星点检验在一定程度上可胜任上述工作.光学系统对非相干照明物体或自发光物体成像时,可将物光强分布看成是无数多个具有不同强度的独立发光点的集合,每一个发光点经光学系统后,由于衍射和像差以及工艺庇病的影响,在像面处得到的星点像光强分布是一个弥散斑,即点扩散函数(PSF).像面光强分布是所有星点像光强的叠加结果.因此, 星点像光强分布规律决定了光学系统成像的清晰程度,也在一定程度上反映了光学系统成像质量.上述点基元观点是进行星点检验的依据.-4-按点基元观点,通过考察一个点光源(星点)经过光学系统所成像,以及像面前后不同截面衍射图形的光强变化及分布,定性地评价光学系统成像质量,即是星点检验法.上面图形是艾里斑光强分布.(二)星点检验装置1.平行光管,2.光源,3.星孔(星点板),4.观察显微镜.对平行光管的要求:物镜像质要好,通光孔径要大于被检镜头.并用聚光镜照明星孔.星孔直径应小于:D max=0.61λf¹/D其中D---被检镜头入瞳直径f¹---平行光管物镜焦距-5-对观察显微镜的要求: 数值孔径NA等于或大于被检镜头的像方孔径角. 显微镜总放大率应为:Γ=(250~500)D/f¹.D/f¹---被检镜头的相对孔径.星点检验能判定: (1)光学系统的共轴性(2)球差(3)位置色差(4)慧差(5)像散(6)其它工艺疪病-6--7-四．分辨率检测分辨率检测可给出像质的数字指标，容易测量与比较。
光学工程专业考研科目
光学工程专业考研科目一、导论光学工程专业是指以光学基础理论和技术为基础，研究和应用光与物质的相互作用，并解决与光相关的问题的学科。
作为一门交叉学科，光学工程涉及光学原理、光学器件、光学系统设计等多个方面内容。
考研科目是专业考研的基础，下面将介绍光学工程专业考研的科目。
二、光学基础光学基础是光学工程专业考研的核心科目之一。
通过学习光学基础，可以了解光的本质和基本特性，掌握光的传播、干涉、衍射等基本原理。
光学基础内容包括光的波动性、光的衍射和干涉、光的偏振、光的干涉与衍射仪器、光的非线性光学、激光等。
三、光学器件与技术光学器件与技术是光学工程专业考研的另一个重要科目。
光学器件是指用于控制和改善光的特性的设备，例如透镜、棱镜、滤光片等，而光学技术则是指利用这些器件进行光学系统设计和实验。
学习光学器件与技术可以掌握光学器件的原理、性能以及在实际应用中的设计和调整方法。
四、光学系统设计光学系统设计是光学工程专业考研的另一个重点科目。
光学系统设计专注于通过组合多个光学元件构建功能完整的光学系统。
光学系统设计需要综合考虑光学元件的特性、系统光学方法和实际应用需求。
学习光学系统设计，可以掌握光学系统的设计原理和方法，了解不同光学元件组合的特点，并能够根据要求进行系统调优和分析。
五、光学测量与检测技术光学测量与检测技术是光学工程专业考研的一部分内容。
光学测量与检测技术是指利用光学原理和技术手段，对物体的形态、位置、尺寸、颜色等进行测量和检测的方法和装置。
学习光学测量与检测技术，可以掌握常用的光学测量方法、仪器和原理，了解测量误差的来源和影响因素，并能够进行测量数据的分析和处理。
六、光学微纳加工技术光学微纳加工技术是光学工程专业考研的一项重要内容。
光学微纳加工技术是指利用光学原理和技术手段，对材料进行微米或纳米级别的加工和处理。
学习光学微纳加工技术，可以了解不同的光学加工方法及其原理，掌握光刻、光刻胶、半导体器件制作等相关技术，了解微纳加工过程中的各种实用技巧和注意事项。
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参考文献单元1 原子物理1.1 弗兰克-赫兹实验1．当内容1中温度条件满足时，记录的K G P 2~V I 曲线应具有什么特征？影响此曲线的因素是哪些？为什么温度低时充汞F-H 管的P I 很大？ 2．实验内容2(2)中取不同的灯丝电压时，曲线K G P 2~V I 应有何变化？为什么？3．实验内容2(3)中取加热炉的几个不同温度时，曲线K G P 2~V I 有何变化？为什么？是否出现了电离现象？4．在原有实验装置的基础上，要用光谱实验方法测算汞的第一激发态和基态间的能量差，如何改进现在装置，并配置什么设备才能完成实验？5．在F-H 管的K G P 2~V I 曲线上第一个峰的位置，是否对应于汞原子的第一激发电位？为什么?1.2 氢与氘原子光谱1．在拍摄所得的光谱底片上如何判别波长短的方向？2．在实验中你应怎样判别各线系的谱线以及各谱线所对应的主量子数？ 1.3 钠原子光谱1．加上电压后，油滴在电容器内可能出现哪些运动？请分别说明原因．2．为什么不挑选带电量很大的油滴测量？1.4 塞曼效应1.请注意546.1nm 谱线在加磁场后能级的分裂及光谱线的分裂和光强分布，裂距的大小与什么有关？谱线的偏振状态如何？2．本实验所用光源比较弱，应该怎样优化光路来提高谱线的亮度？3.已知F-P 标准具二平行玻璃板内表面之间的间距d=5mm ，本实验怎样得到磁感应强度B ？这样做科学吗？如果不科学，那么科学的办法是什么？4. 为了求电子的荷质比，你应该测量记录哪些量?1.5 拉曼光谱1．应该怎样调节外光路？2．如何判断激光束照射4C C l 样品处于最佳位置？3. 如何判断记录的C C l拉曼光谱已达满意状态？4单元2 原子核物理2.1 盖革—弥勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律1．计数管在什么情况下出现连续放电？出现连续放电时应怎样处理？如何延长计数管的使用寿命？2．G-M计数管的计数与哪些因素有关？能否用它来测量能量和区分射线种类？3．分辨时间的存在对计数有什么影响？能否克服？4．放射性测量中的统计误差由什么决定？有哪些途径可以减小统计误差？5．测量β射线的吸收系数时，为什么选用钟罩形G-M计数管？计算u值时，为什么不用知道计数管入射窗的厚度？2.2 γ能谱的测量1．用闪烁γ能谱仪测量单能γ射线的能谱，为什么呈连续的分布？2．反散射峰是怎样形成的？如何从实验上减小这一效应？3．能量分辨率产生的原因是什么？4．为什么要测谱仪的线性？谱仪线性主要与哪些量有关？线性的好坏对我们有何意义？如何测谱仪的线性？5．能量刻度测量60Co 和137Cs的能谱时，其工作条件不同行不行？为什么？6．若有一能量为1.9MeV的单能γ射线源，请预言其谱形．2.3 符合测量1．若所测放射源的活度约为10 mCi，要求真偶符合比nc/ noc≥5，符合装置的分辨时间应如何选择？为什么要先测定符合分辨时间？2．如果让探测器分别测量两个独立的放射源来求符合电路的符合分辨时间，具体实验方法如何？3．137Cs 源可否作为偶然符合源？（参考137Cs的衰变纲图，注意其激发态寿命．）4. 试讨论哪一个物理量的测量对活度A的相对标准差影响最大？2.4 用快速电子验证相对论效应1. 为什么本实验要测量0.5MeV以上的β粒子？2. 为什么用γ放射源进行能量定标的闪烁探测器可以直接用来测量β粒子的能量？3.试计算90Sr —90Y放射源能量为0.5~1.9MeVβ粒子的速度与光速的比值v/c．假如要用速度为光速的85％的快速粒子做相对论实验，其β粒子能量至少是多少？4.实验是否可以在非真空状态下进行？需要注意什么问题？单元３激光、光信息处理和光学测量3.1 激光器特性及其参数的测量1．放电电流和气压保持时，激光器的输出功率存在小的起伏，原因何在？2．用光点法测量光斑半径时，怎样判断光阑在扫描时通过光斑中心？3．比较光阑法和光点法测量光斑半径的优缺点．4．自由振荡固体激光器输出激光脉冲的特点，为什么？5．怎样调整Y AG激光器的谐振腔？3.2 He-Ne激光器纵模间隔测量1．什么是激光纵模？试估算腔长L=250 m m He-Ne激光器发射的632.3 n m激光可能有的最大纵模数（He-Ne激光器荧光线宽约为1500MHz）．2．如何判断实验光路中各元件是否同轴？3．用扫描干涉仪能测量激光谱线的线宽吗？3.3 全息技术１．如何理解一般全息图每点上均记录了物体各点的完全信息？试分析像面全息是否也是这样吗？为什么？２．拍摄全息图时，光路布置要注意些什么？3.4 光学信息处理1. 如何较精确判断一束光为平行光？2. 怎样利用图像相加减来实现图像对比度反转？3. 相衬法与暗场法实现位相物体成像的差别在哪里？3. 如何从波前变换及频谱分析这两方面来理解空间滤波器的意义？3.5 椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率1．椭偏测厚仪设计的基本思想是什么?各主要光学部件的作用是什么?2．试列举椭偏法测量中可能的误差来源，并分析它们对测量结果的影响．3.6 光拍法测量光的速度1．用米尺测量光程差相对误差是多少？误差大吗？X、x的相对误差是多少？怎样做可以尽量减小误差？2. 如何将上式变形得到反射镜位置和波形位置的线性关系，使光速出现在斜率中，从而可以通过对多组反射镜位置和波形位置进行数据拟和，得到光速．比较一下，这种方法有什么优点．单元4 真空技术4.1 高真空的获得与测量1．机械泵的极限真空度是如何产生的？能否克服？2．油扩散泵为何要在预备真空状态下工作？预备真空度至少应为多少？3．用热偶规测高真空、用电离规测低真空行不行？为什么？如何知道电离规已被烧坏？怎样避免？4．关机时为何要将大气放入机械泵？4.2 真空镀膜1．要进行真空镀膜为什么要求有一定的真空度？如达不到要求的真空度可能会出现什么问题？2．镀膜前为什么要对基片进行认真清洗？为了使膜层比较牢固，可以怎样对基片进行处理？3．蒸发速率对所形成膜的质量有什么影响？蒸发速率受哪些因素的影响？4．为什么油扩散泵必须在一定的预真空条件下才能工作？油扩散泵的冷却水起什么作用？5．调整干涉显微镜应注意那些要领？为什么用彩色条纹测量？测量时如何读数？6．为什么用干涉显微镜可以测量薄膜厚度？若用测量显微镜按图4.2.3的光路测量，还应做哪些准备工作？若用单色光源测量，使铝反射膜的台阶处缓慢过渡，有什么好处？单元5 X射线衍射技术5.1 立方晶系点阵常数的测定1．表5.1.1告知面心立方点阵、体心立方点阵与金刚石型点阵的h，k，l三者的关系各是什么关系?2．为什么说衍射仪法正逐渐代替德拜相法?德拜相法至今仍有用的原因何在?3．如何确定德拜相中的高低角位置?4．当仪器设备选定后如何提高用线对法测定晶体点阵常数的准确度?试举一例．5.2 立方晶系点阵常数的测定1．透射劳厄相的椭圆、背射劳厄相的双曲线与直线是如何形成的?为什么位于同一双曲线上的斑点，其极射赤面投影点必定落在乌氏网的同一条经线上?2．测定单晶某一晶带轴与外坐标轴之间的夹角有什么实际意义?如何测定?3．按指导老师的要求，测定或计算立方晶系样品某一晶轴与样品的[100]、[001]、[111]等基本晶轴之夹角．单元6 低温和固体物理6.1 电阻温度关系和减压降温技术1.为什么铂金属可作为13.8~630.74K 温区的基准温度计？其材料纯度有什么要求？2.在减压降温过程如何判断样品温度与液池温度达到热平衡？3.为什么进行减压抽气时，先开真空泵抽气然后打开K 4､K 3和K 9后才封闭排气口和充液口？而停止抽气时却是相反顺序？4.为什么测量样品电阻要采用四引线法？测量回路为什么要采用小测量电流？5.为什么加热升温时，热开关K 8要脱离热接触？6.2高温超导体基本特性的测量1．在零电阻实验中应该如何确定测量电流的大小？如果测量信号太小，能否用增大电流的方法来增大测量的信号？2．在零电阻实验中应如何判断样品是否进入超导态？3．在磁悬浮现象实验中，如果有两个大小相同而超导品质不同的样品，能否通过实验判断哪一个质量更佳，为什么？6.3用电容－电压法测半导体杂质浓度分布1．半导体的能带和原子的能级有何联系和不同？为什么常温下本征半导体也具有一定的导电能力？2．若A N ，D N 相差不大，用电容-电压法能测出杂质浓度分布吗？为什么？6.4霍耳效应1.怎样确定样品材料的导电类型？2.在本实验的条件下，如何减少测量中的误差？3.从实验曲线如何确定样品散射机理和确定(μH／μn)比值？4.如何计算出样品载流子浓度n和迁移率μH？5.如何求得样品的杂质电离能E i？6.5铁电体电滞回线及居里温度的测量1．什么是铁电体？铁电体的主要特征是什么？如何判断一种晶体是否是铁电体？2．什么是铁电畴？什么是单畴？什么是多畴？3．本实验中居里温度的测量根据什么原理？4．为什么要用升温和降温曲线的T和T的平均值作为居里温度T C ？6.6 扫描隧道显微镜实验1.隧道电流的大小与哪些因素有关？2.恒流和恒高模式各有什么特点？各用于什么情况？3.为了得到清晰的图像，应注意哪些方面？4.针尖的形状和大小对实验结果有什么影响？5.隧道电流的大小应该在什么量级？针尖和样品之间所加的偏压在什么量级？估计针尖和样品间的电场强度在什么量级？6.为了得到原子分辨的图像，扫描范围应在什么量级？扫描时间应该怎样相应地调整？7.STM所测图像是否为真正的表面原子位置的排布？8.高序石墨的原子排列为六角密排，六个碳原子构成一个六边形，但实验结果只能显示出3个碳原子（参见图6.6.9），为什么？单元7 声学7.1超声探伤和超声速测量１．纵波超声波入射界面会出现哪些现象？２．缺陷定量有哪几种方法？各方法如何进行？３．声程是几何距离吗？为什么？7.2噪声测量和频谱分析1．什么是计权声级、背景声级和累积百分声级？2．在稳态噪声源附近某一点的开机噪声80.0dB，关机背景噪声79.0dB，计算开机噪声源实际贡献噪声值有多大？3．倍频程和三分之一倍频程滤波器有哪些特点？4．测量噪声能量的频率分布有何作用？单元8 微波技术8.1 微波的传输特性和基本测量1．驻波测量线的调节应注意哪些问题？2．驻波测量线测定波导波长的方法．波导波长λ与自由空间波长λ的大小关系如何？g3．为什么有时晶体检波器在速调管和检波二极管都完好的情况下，会出现输出信号很小的现象，如何调节？8．2 微波介质特性的测量1．如何改变微波信号频率使反射式谐振腔发生谐振？2．影响测量介电常数和介电损耗角精确度的因素有哪些？单元9磁共振技术9.1 核磁共振的稳态吸收1．观测NMR吸收信号时要提供哪几种磁场?各起什么作用?各有什么要求?2．NMR稳态吸收有哪两个物理过程?实验中怎样才能避免饱和现象出现?3．一台氢核共振频率为600MHz的NMR谱仪，由超导磁场提供的0B值等于多少?若已知13C磁场在1T时共振频率为10.7054MHz，问该谱仪在检测13C的NMR信号时共振频率等于多少?9.2 脉冲核磁共振法测量弛豫时间1.瞬态NMR实验对射频场的要求跟稳态NMR的有什么不同?2.何谓射频脉冲? 90射频脉冲和180射频脉冲的FID 信号幅值是怎样的?为什么?3.何谓90180τ--脉冲序列和18090τ--脉冲序列?这些脉冲的参数,,p t T τ等要满足什么要求?为什么?4．磁场不均匀对FID 信号和自旋回波有何影响?利用它们来测1T 和2T 值是否受到磁场不均匀的影响?9.3 电子自旋共振1．ESR 的基本原理是怎样的?2．在射频段ESR 实验中，为什么必须消除地磁场的影响?如何消除?3．在微波段ESR 实验中，应怎样调节微波系统才能搜索到共振信号?为什么?9.4 光泵磁共振1.为什么要滤去2D 光?用π光为什么不能实现光抽运?用1D σ-光照射85R b 将如何?2.铷原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振信号是用什么方法检测的?实验过程中如何区分87R b 和85R b 的磁共振信号?3.试计算出87R b 和85R b 的F g 因子理论值．4.你测定F g 因子的方法是否受到地磁场和扫场直流分量的影响?为什么?5.请用式子表明测量地磁场的方法．9.5 核磁共振成像1．z 方向选层的基本原理是什么？选层位置和厚度和哪些因素有关？为何要用软脉冲来激发样品？2．梯度场编码脉冲序列成像时，梯度回波是如何形成的？为何在采集数据时，只加入x 方向的梯度场？3. 相位编码是如何实现的？为何需要每次采样都要步进相位编码方向梯度场？4．频率编码方向和相位编码方向的视野分别与哪些因素相关？5．在医学成像中，肿瘤组织和正常组织是通过什么成像方法区分出来的？原理是什么？单元10 计算机模拟和微弱信号检测技术10.1 计算机数值模拟实验1．试说明数值模拟方法的特点. 它与理论研究、实验研究有什么关系？2．从混沌系统的基本特征出发，联系天气预报系统，说明蝴蝶效应的意义．10.2 锁相放大实验1．锁相放大器为什么可以检测微弱信号？2．输入锁相放大器的待测信号和参考信号间的相位关系对检测结果有何影响？怎样调节两信号间的相差？3．滤波器时间常数的选择对检测有什么影响？10.3 信号取样平均实验1．信号取样平均技术的基本思想是怎样的? n 次取样平均结果对信噪比有何改善?2．在使用Boxcar 取样平均器时，应如何选择门宽g T ，时基宽度b T ，积分时间常数c T 和慢扫描时间s T ，以提高信噪比?3．如何理解信号取样平均器的工作过程?10.4 单光子计数实验1．影响光子计数系统的测量动态范围的主要因素是什么?2．怎样分别确定光子计数系统的三种甄别方式(单电平、窗式和校正)的最佳工作电平?3．试问在输入光强为1510-W(波长为76.310-⨯m)的情况下，能否用测量光电倍增管阳极电流方法进行测量?而当光强为810-W 时，能否用光子计数的方法进行测量?。