北航_仪器光电综合实验报告_变形衍射测量及散斑测量实验
布拉格衍射实验和微波分光仪改进探究-北航物理实验研究性报告
北航物理实验研究性报告布拉格衍射实验和微波分光仪改进探究第一作者：学号：班级：第二作者：学号：班级：目录摘要 (3)一实验目的 (4)二实验原理 (4)三实验仪器 (7)四实验内容 (8)五、注意事项 (9)六、实验数据处理 (9)七．误差分析 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
八、实验改进 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
九实验总结与感想 .................................................................................. 错误!未定义书签。
摘要本实验用一束波长为3.202cm 的微波代替 X 射线，观察微波照射到人工制作的晶体模型时发生的衍射现象，并验证著名的布拉格公式。
通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论的理解。
本文对微波实验和布拉格衍射的原理、步骤、仪器进行了简要介绍，在此基础上用图表法，列表法及一元线性回归法进行数据处理和误差分析，并且在最后提出和验证了对于实验仪器方面的几点改进方案。
关键字：微波的布拉格衍射单缝衍射迈克尔逊干涉晶体结构一 实验目的1. 了解微波的特点，学习微波器件的使用；2. 了解布拉格衍射原理，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微波的波长；3. 通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验加深对波动理论的理解。
二 实验原理1. 晶体结构晶体中的原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。
最简单的晶格是所谓的简单立方晶格，它由沿3个垂直方向x 、y 、z 等距排列的格点所组成。
北航_仪器光电综合实验报告_变形衍射测量及散斑测量实验
仪器科学与光电工程学院仪器光电综合实验实验报告变形衍射测量及散斑测量实验2012/5/23实验一变形的全场衍射测量一、 实验目的：用光衍射方法测量全场的变形二、 实验原理：当激光衍射不仅发生在一点上，而发生在被激光照明的狭缝全长上，就可测定全长上的变形量，因此，激光衍射是一种有效的全场测量。
变形的衍射全场测量是一种设备简单，技术可靠的方法，其原理如图所示。
当柱体试样没有承载受力时，衍射条纹是近于平行的直线，当加载后，得到反映柱体变形的二维衍射条纹。
测量条纹的形变就获得精密的一个截面上的变形量，转动试样并作连续记录就可测定试件的三维变形。
因此，可以快速精密测量直线性、平行度、表面平整度等各种计量指标。
三、 实验步骤：按照图示安排光路并调整：Figure 2系统光路调整步骤： 1、 激光不扩束；2、 移入移动反射镜4，并在玻璃棒架上装上玻璃棒，将试件夹19换成全场衍射试件。
3、 将分光镜14转90º,然后使得光通过定向孔11后对准玻璃棒,这时可以看出通Figure 1变形衍射参考图过玻璃棒以后的光变成了一条竖直均匀的光(通过调节达到该效果)。
4、调节平面镜12、13和分光镜14，使得上一步骤调出的竖直光均匀的射到全场衍射试件的狭缝中（稍微偏下侧的橡皮处）。
5、调节透镜20、全场衍射试件及分光镜14使得光射到CCD23上，然后锁定CCD。
6、调节全场衍射试件上的螺旋测微器，观察图象。
四、实验结果及思考题回答：1、实测未加压前衍射效果图：Figure 3实测衍射效果2、实测未加压前不同高度处横截面灰度值分布曲线：Figure 4纵轴坐标1Figure 5纵轴坐标2Figure 6纵轴坐标3Figure 7纵轴坐标4实测实验数据：表格1实测条纹宽度实验数据对比加压前后的条纹宽度数据可以看到，加压后条纹宽度比加压前宽，相当于实验中狭缝变窄，衍射现象更加明显，该实测数据符合理论预期。
课后思考题：1、本方法可应用于哪些科研和生产场合，有什么优点？答：具体应用如工件表面的变形测量；材料力学实验中，材料受压变形以后形变的测量等。
北航工光实验
实验四 He－Ne 激光器与激光谐振腔
00 模
11 模
10 模
01 模
物理光学实验报告
实验一、用组合干涉仪进行干涉条纹的观察 和一些物理量的测量
画出条纹移动的数目与气室压强的变化的关系曲线： 条纹移动的数目 气室的压强
1 2 3 4 5 6 5 10 15 20 25 30 46 85 121 176 228 283
画关系曲线：
300 250 200 150 100 50 0 5 10 15 20 25 30
实验二衍射现象的观察
观察到正确的单缝条纹。
实验三偏振光的检测
小实验 1 验证马吕斯定理
次数 距离 (cm) 功率 （μ W） 1 4.782 0.1 2 4.800 0.5 3 4.850 2.2 4 4.900 22 5 4.950 .6 6 5.000 7.8 7 5.050 4.2 8 5.100 1.6 9 5.150 0.1 10 5.200 0
图表如下
1400 1200 1000 800 功率/μW 600 400 200 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
角度
由图可知光强分布与波长和缝参数的关系基本符合马吕斯定律I = ������0 (cos ������)2
小实验 2 观察四分之一波片
检偏器消光位置 33.5 度对应光强 560μW，波片旋转 45 度后对应消光光强 513μW，近似圆 偏振光
小实验 3 半导体激光器
最大值 1830μW，对应 210 度；最小值 172μW，对应 121 度。偏振度ε =0.914
小实验 4 物质的旋光特性
检偏器起始角度 1 2 3 4 已知旋光晶体厚度 l＝ 1mm 求晶体的旋光率α ＝θ /l＝15 306 203 157 69 检偏器消光位置角度 293 288 140 55
激光散斑实验报告
激光散斑实验报告激光散斑实验报告引言：激光散斑实验是一种常见的物理实验，通过激光光束通过光学系统后在屏幕上出现的散斑图案，可以帮助我们了解光的干涉和衍射现象。
本实验旨在通过观察和分析散斑图案，探索光的波动性质以及光学现象。
一、实验目的本实验的目的是通过观察激光散斑图案，了解光的干涉和衍射现象，以及利用散斑图案进行光学测量。
二、实验材料和仪器1. 激光器：用于产生高强度、单色、相干的激光光束。
2. 光学系统：包括凸透镜、平行光管、狭缝等，用于调节和控制激光光束的传播。
3. 屏幕：用于观察和记录散斑图案。
三、实验原理1. 光的干涉现象：当两束相干光叠加时，会产生干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种形式。
激光散斑实验中的干涉现象主要是构造干涉，即光波的相位差导致光强的增强或减弱。
2. 光的衍射现象：当光通过狭缝或物体边缘时，会产生衍射现象。
衍射导致光波的传播方向改变，形成散斑图案。
四、实验步骤1. 将激光器放置在适当位置，调整光路，使激光光束通过光学系统。
2. 调节凸透镜和平行光管，使激光光束呈平行光束。
3. 在光路上设置狭缝，控制光的传播范围。
4. 将屏幕放置在适当位置，观察和记录散斑图案。
五、实验结果与分析通过实验观察和记录，可以得到不同形状和大小的散斑图案。
散斑图案的特点是中央亮斑周围环绕着一系列暗斑和亮斑。
这种图案的形成是由于激光光束经过光学系统后，光波的相位差和衍射现象导致的。
散斑图案的大小和形状与光学系统的参数有关。
如果调节凸透镜的焦距或改变狭缝的大小，可以观察到散斑图案的变化。
通过对散斑图案的分析，可以计算出光的波长、光学系统的参数等。
六、实验应用1. 光学测量：利用散斑图案进行光学测量是激光散斑实验的重要应用之一。
通过测量散斑的尺寸和形状，可以计算出被测物体的尺寸、形状等信息。
2. 光学显微镜：激光散斑实验的原理也可以应用于光学显微镜中。
通过在显微镜中加入特定的光学系统，可以观察到更加清晰的显微图像。
散斑生成的原理实验报告
散斑生成的原理实验报告
一、实验目的：
研究散斑生成的原理。
二、实验原理：
散斑是由光线经过不同介质的扰动引起的光场干涉现象，其产生的原因是由于光线在传播过程中经历的相位差引起的。
当平行入射的光线通过透明介质时，由于介质中存在微小的不均匀性，如密度、厚度或折射率的变化，这些微小的不均匀性能够引起光线的相位差，从而使光波发生干涉。
三、实验仪器：
1. 激光器：用于产生单色、高亮度的激光光源。
2. 透明介质：如玻璃板、水晶板等。
3. 平行光束成形器：用于将激光束变为平行光束。
4. 平行光束分束器：用于将平行光束分成两束，以形成干涉。
5. 探测器：用于检测干涉图案。
四、实验步骤：
1. 将激光器打开，使其发出激光光束。
2. 通过平行光束成形器将激光束变为平行光束。
3. 将平行光束经过平行光束分束器，使其分成两束。
4. 一束平行光束直接射向探测器作为参考光，另一束平行光束经过透明介质后
射向探测器。
5. 观察探测器上形成的干涉图案，其中的散斑即为干涉的结果。
五、实验结果与分析：
观察实验结果可发现，在探测器上形成了一系列的亮暗交替的环形和条纹。
这些散斑的形成是由于光波的干涉引起的。
由于透明介质中存在微小的不均匀性，这些不均匀性能够引起光线的相位差，从而导致干涉。
六、实验结论：
散斑是由光线经过不同介质引起的干涉现象。
通过实验观察到的干涉图案，验证了散斑的产生原理。
散斑的研究在光学、物理等领域具有重要的意义，对于了解光的干涉现象以及介质的光学性质具有重要的参考价值。
声光衍射实验报告北航
一、实验目的1. 理解声光衍射的基本原理。
2. 掌握声光衍射实验的实验方法和步骤。
3. 通过实验验证声光衍射现象，加深对声光效应的理解。
4. 掌握声光衍射的测量方法，分析声光衍射的实验数据。
二、实验原理声光衍射是指当超声波在介质中传播时，会引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，导致介质的折射率也发生相应的变化。
当光束通过有超声波的介质后，就会产生衍射现象。
声光衍射的原理与光的衍射原理相似，可以类比分析。
三、实验仪器与设备1. 声光衍射实验装置：包括声光介质、声源、光电探测器、光源、光束控制器等。
2. 电脑：用于数据采集、处理和分析。
3. 光学显微镜：用于观察衍射光斑。
四、实验步骤1. 调整声光介质，使其满足实验要求。
2. 调整声源，产生稳定的超声波。
3. 调整光源，使其光束通过声光介质。
4. 调整光电探测器，接收衍射光。
5. 调整光束控制器，使光束在实验装置中传播。
6. 采集实验数据，分析声光衍射现象。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）通过调整声光介质、声源和光源，观察到衍射光斑的形状和大小。
（2）通过调整光电探测器，观察到衍射光斑的强度和位置。
（3）通过调整光束控制器，观察到衍射光斑的变化规律。
（2）实验数据分析1）衍射光斑的形状和大小通过实验，发现衍射光斑的形状与声光介质的折射率分布有关。
当声光介质的折射率分布均匀时，衍射光斑呈圆形；当声光介质的折射率分布不均匀时，衍射光斑呈椭圆形。
2）衍射光斑的强度和位置通过实验，发现衍射光斑的强度与声光介质的厚度、声源的频率和强度有关。
当声光介质的厚度增加、声源的频率和强度增加时，衍射光斑的强度增加。
3）衍射光斑的变化规律通过实验，发现衍射光斑的变化规律与声光介质的折射率分布、声源的频率和强度有关。
当声光介质的折射率分布不均匀、声源的频率和强度发生变化时，衍射光斑的位置和形状发生变化。
六、实验总结1. 通过声光衍射实验，加深了对声光效应的理解，验证了声光衍射现象。
北航_仪器光电综合实验报告_基于CVIPTOOLS的图像处理系列实验
仪器科学与光电工程学院仪器光电综合实验实验报告基于CVIPTOOLS的图像处理系列实验2012/5/21实验一熟悉CVIPtools 一、处理结果及问题回答：（1）将原图进行裁减旋转放大处理：Figure 1裁减旋转放大（２）将图像进行相加处理：左图为中间图像取反。
Figure 2图像相加（３）将图像进行相与处理：左图为中间图像取反。
Figure 3图像相与（４）低通滤波/histogram equalization进行增强，直方图均衡化。
左图为原图，中图为低通滤波后图形，右图为histogram equalization后图形。
有图像对比可以看出，低通滤波可以滤除图像中频率较大部分，滤除结果由滤波其参数决定，在世界结果是使图像变模糊，即细节部分被减少。
二、练习：Figure 4原图及处理后图像实验二边缘/线探测一、处理结果及问题回答：（１）边缘探测利用kirsch算法进行边缘提取Figure 5边缘提取效果较好，边缘得到很明显的提取。
（２）改变Post-threshold parameter值Post-threshold值为６４：Figure 6改变Post-threshold parameter值相比于不改变改变Post-threshold parameter值，效果大大降低。
（３）加入噪声并处理，利用边缘提取算法利用gaussian1获得噪声提取效果如下：Figure 7噪声提取效果通过多次尝试，利用kirsch边缘算子进行提取时，采用gaussian1预滤波效果相对较好。
主要问题回答：（１）噪声在边缘提取算法中会产生什么效果？从结果能够看出“虚假”边缘？根据边缘提取原理，解释为什么含有噪声的图像会出现“虚假”边缘？答：从边缘提取实际结果可以看出，salt and pepper噪声会在边缘提取会产生“虚假”的边缘，即由于噪声改变了边缘附近的阈值，使边缘模糊，从而在提取的过程中就出现了“虚假”的边缘，并对最终提取效果带来较大影响。
衍射光强的测量实验报告
衍射光强的测量实验报告测量衍射光强的分布，了解衍射现象的特点。
实验原理：衍射是波的特性之一，当光通过一个小孔或绕过一个障碍物时，会发生衍射现象。
衍射现象产生的光强分布与光源和待衍射物体的性质有关。
在这个实验中，我们通过测量不同位置的衍射光强来研究光强的分布情况。
实验器材：1. 激光器2. 衍射光屏3. 光电二极管4. 光电二极管探测电路5. 光电二极管信号处理器6. 示波器7. 尺子实验步骤：1. 将激光器稳定地放置在实验台上，并调整光束的方向，使其尽可能垂直地照射到衍射光屏的小孔上。
2. 在光屏上选择一个合适的小孔，打开光电二极管探测电路和光电二极管信号处理器。
确保仪器正常工作。
3. 将光电二极管放置在距离衍射屏一定距离的位置上，并用尺子测量该距离。
4. 将示波器的时间标尺和电压标尺调节到适当的范围，以便观察波形。
5. 在示波器上观察到光电二极管输出的波形，调节电压标尺使波形范围最大化。
6. 通过调整衍射光屏的位置，使得在示波器上观察到最佳的波形。
7. 记录下示波器上波形的峰值和衍射光屏的位置。
实验结果：根据实验步骤得到了一系列的数据，包括光电二极管输出的波形峰值和衍射光屏的位置。
根据这些数据，我们可以绘制出衍射光强的分布图。
实验讨论：1. 根据实验结果，我们可以观察到衍射光强的分布是与衍射光屏的位置密切相关的。
当衍射光屏与光电二极管之间的距离增加时，衍射效应减弱，光强逐渐减小。
2. 实验中我们使用激光器作为光源，激光光线的单色性和平行性使得实验结果更加准确。
3. 在实验中需要调节光电二极管的位置和衍射光屏的位置来观察波形，这需要一定的技巧和耐心。
4. 实验结果可以与理论计算进行对比，以验证实验的准确性和可靠性。
实验结论：通过实验我们得到了衍射光强的测量结果，并绘制了衍射光强的分布图。
实验结果与理论计算接近，证明了实验的准确性和可靠性。
本实验对于理解衍射现象的特点和光的波动性质具有重要意义。
实验改进：1. 可以尝试改变光电二极管和衍射光屏的位置关系，研究其对衍射光强分布的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
仪器科学与光电工程学院
仪器光电综合实验实验
报告
变形衍射测量及散斑测量实验
2012/5/23
实验一变形的全场衍射测量
一、 实验目的：
用光衍射方法测量全场的变形
二、 实验原理：
当激光衍射不仅发生在一点上，而发生在被激光照明的狭缝全长上，就可测定全长上的变形量，因此，激光衍射是一种有效的全场测量。
变形的衍射全场测量是一种设备简单，技术可靠的方法，其原理如图所示。
当柱体试样没有承载受力时，衍射条纹是近于平行的直线，当加载后，得到反映柱体变形的二
维衍射条纹。
测量条纹的形变就获得精密的一个截面上的变形量，转动试样并作连续记录就可测定试件的三维变形。
因此，可以快速精密测量直线性、平行度、表面平整度等各种计量指标。
三、 实验步骤：
按照图示安排光路并调整：
Figure 2系统光路
调整步骤： 1、 激光不扩束；
2、 移入移动反射镜4，并在玻璃棒架上装上玻璃棒，将试件夹19换成全场衍射试件。
3、 将分光镜14转90º,然后使得光通过定向孔11后对准玻璃棒,
这时可以看出通
Figure 1变形衍射参考图
过玻璃棒以后的光变成了一条竖直均匀的光(通过调节达到该效果)。
4、调节平面镜12、13和分光镜14，使得上一步骤调出的竖直光均匀的射到全
场衍射试件的狭缝中（稍微偏下侧的橡皮处）。
5、调节透镜20、全场衍射试件及分光镜14使得光射到CCD23上，然后锁定CCD。
6、调节全场衍射试件上的螺旋测微器，观察图象。
四、实验结果及思考题回答：
1、实测未加压前衍射效果图：
Figure 3实测衍射效果
2、实测未加压前不同高度处横截面灰度值分布曲线：
Figure 4纵轴坐标1
Figure 5纵轴坐标2
Figure 6纵轴坐标3
Figure 7纵轴坐标4
实测实验数据：
表格1实测条纹宽度实验数据
对比加压前后的条纹宽度数据可以看到，加压后条纹宽度比加压前宽，相当于实验中狭缝变窄，衍射现象更加明显，该实测数据符合理论预期。
课后思考题：
1、本方法可应用于哪些科研和生产场合，有什么优点？
答：具体应用如工件表面的变形测量；材料力学实验中，材料受压变形以后形变的测量等。
具有微米量级的非接触尺寸测量特点，可以测量被侧物整个表面的变形量，测量精度高，数据处理量小，故相对速度较快，光路有一定复杂性，但相对其他高精度激光测试方法而言，光路相对简单。
2、本方法在应用上的限制是什么？
答：由于设备中用到大量光学仪器，故对实验设备的机械结构及稳定性都有较高的要求，需要在具有一定稳定度的平台上使用；
对光路调整精度要求较高，比如通过玻璃棒后的光，其光强分布应尽量均匀，从而才能获得较好的衍射效果；
3、被测量表面的粗糙度有什么影响，如何排除此影响？
答：表面粗糙度会对实际衍射效果造成较大影响，并影响测量得到的灰度分布曲
线，最终影响测量数据的准确性
数据端处理：结合数字图像处理技术，对用CCD采集到的图像，使用数字图像输出的方法，如低通滤波并锐化，或者低通滤波后进行边缘提取，滤去由表面粗糙引起的高频量，获得清晰的轮廓。
实验二光散斑的性质及测试方法
一、实验目的：
1、了解散斑的性质及特点
2、掌握散斑的测试方法
二、实验原理：
当一束激光射到物体的粗糙表面上时，在粗糙表面前面的空间将布满明暗相同的亮斑与暗斑，这些亮斑与暗斑的分布是杂乱的，故称为散斑（Speckle）。
借助于散斑不仅可研究粗糙表面本身，而且还可以研究它的形状与位置变化。
因此，把获取这些信息的各种实验技术称为散斑技术。
散斑是相干照明时，粗糙表面各个面积元上散射光波之间干涉在空间域内形成的颗粒状结构。
颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，而颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。
此值由产生散斑的激光波长λ及粗糙表面圆形照明区域对该散斑的孔径角u’所决定，即散斑平均直径
若经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，则
在散斑干涉技术中，常常应用成像散斑来进行测量。
散斑的基本性质：
1．散斑与均匀场的相干结合，散斑图与相应的单独散斑图分布差别不大，只是全暗光斑较少一些
2．散斑与均匀场的不相干叠加，没有全暗散斑
3．两个散斑场的相干相加，散斑的大小没有明显变化
4．两个散斑场的非相干相加，没有全暗光斑
三、实验步骤：
按照图示安排光路并调整：
Figure 8光路图
调整步骤：
1、将扩束用10×物镜换成20×物镜扩束；
2、观察相关或非相关散斑场叠加现象，先做表格中序号1所代表实验，以调试光路（步骤
3～6），并将钢片的散斑场叠加；
3、将透镜21移近透镜20，组成组合透镜；
4、移动可调光阑22至组合透镜的焦面上，滤波；
5、移动CCD23，使散斑图中标志图案清晰，锁定23（23距离透镜20即为像距ν，试件18
距离透镜20即为物距μ，μ、ν及组合透镜的焦距f满足高斯公式时成像最清晰）；
6、调节22，控制散斑大小，记录计算机屏上现象；
7、旋转偏振片，使干涉图样明暗对比度增加，记录现象；
8、切换试片，记录现象；
四、实验结果及思考题回答：
实际衍射效果截图：
Figure 9不挡光
对比两臂各分别挡光的条件下，某个位置分别为亮点，而该位置在两臂不挡光的条件下干涉
相消，在图上找出满足该条件的区域。
Figure 10只挡一臂光
在挡去一臂的情况下，找到亮点（区域），该区域在另一臂挡光的条件下依然为亮点，但两臂挡光时为暗点。
Figure 11只挡另一臂光
在挡去一臂的情况下，找到亮点（区域），该区域在另一臂挡光的条件下依然为亮点，但两臂挡光时为暗点。