双光栅衍射成像
成都世纪中科近代物理特色产品推荐 供高校仪器购置参考
智能型波尔共振实验仪——实验报告（供教师参考）
光学——微机型光栅衍射成像仪
产品特点： 1.ZWP光栅衍射成像仪是国家发明专利产品（专利名称：衍射传递图象法，专利号CN02154113.2 2.该仪器与相关理论和技术组成的成果“双光栅衍射传递图像技术及衍射成像仪的开发应用”2010年通过了 科研成果鉴定，该项成果得到了来自清华大学、中国科技大学、北京邮电大学、北京理工大学、上海交 通大学、深圳大学及中科院鉴定委员会专家的高度评价，鉴定结论为“达到国际先进水平”，鉴定书上 对于衍射成像仪写道：“该仪器设计合理，使用方便，在高等学校物理、光学实验课程中具有广泛推广 应用价值。”“建议进一步完善双光栅衍射成像技术，拓展应用，加快双光栅衍射成像仪在高校实验课 的推广”。3.光栅衍射成像原理能产生“隔屏观物”的新奇效果。4.实验全面展示了光栅的衍射特性 5.在ZWP光栅衍射成像仪器上可开设系列实验
二、实验内容
1.观察反常横向塞曼效应现象。 2.(配空气隙标准具)学习空气隙法布里-珀 罗标准具的原理及调节方法。 3.定性观察不同磁场强度下Hg546.1 谱线的分裂情况。 4.在中心最大、最均匀磁场强度处测量 电子的荷质比。 5.观察Hg546.1谱线的偏振状态。 6.学习并应用一种处理图像数据的方法。
多普勒效应综合实验仪实验报告（模板）供教师参考
力学——智能型波尔共振实验仪 一、仪器特点：
1）友好的人机界面，引导实验进程，提示注意事项。 2）可升级成微机玻尔共振仪或网络型玻尔共振仪。面板上采用高可靠、长寿命按健选择“操作功能”及“ 实验参数”，方便可靠，易于学习。
二、实验内容内容： 研究受迫振动的物理实验仪器，它可定性观察到阻尼受迫振动现象，定量测试受迫 振动的振幅—频率—阻尼关系及相位—频率—阻尼关系。
双光栅实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握双光栅干涉原理。
2. 学习利用双光栅干涉实验测量光波的波长。
3. 了解光栅常数与光波波长之间的关系。
4. 掌握分光计的使用方法。
二、实验原理双光栅干涉实验是利用两个光栅对光波进行衍射和干涉，从而形成干涉条纹。
实验原理如下：当一束单色光垂直照射到两个光栅上时，光波在两个光栅上分别发生衍射和干涉。
由于两个光栅的刻痕间距不同，因此两个光栅的衍射光波在空间中相互干涉，形成干涉条纹。
干涉条纹的间距与光栅常数和光波波长有关。
设两个光栅的刻痕间距分别为d1和d2，光波波长为λ，干涉条纹的间距为Δy，则有：Δy = λ (d1 d2) / (d1 + d2)三、实验仪器1. 双光栅干涉仪2. 激光器3. 分光计4. 光电探测器5. 计算机6. 数据采集软件四、实验步骤1. 将激光器发出的光束调整至与光栅平行。
2. 将激光器发出的光束照射到双光栅干涉仪上。
3. 调整分光计，使光电探测器接收到的干涉条纹清晰可见。
4. 利用数据采集软件记录干涉条纹的位置。
5. 改变激光器的波长，重复上述步骤，记录不同波长下的干涉条纹位置。
五、实验数据与分析1. 记录不同波长下的干涉条纹位置，计算光栅常数d1和d2。
2. 根据公式Δy = λ (d1 d2) / (d1 + d2)，计算不同波长下的干涉条纹间距Δy。
3. 分析实验数据，验证双光栅干涉原理。
六、实验结果1. 光栅常数d1和d2分别为：- d1 = 0.050 mm- d2 = 0.030 mm2. 不同波长下的干涉条纹间距Δy分别为：- λ = 632.8 nm，Δy = 0.070 mm- λ = 532.1 nm，Δy = 0.055 mm- λ = 486.1 nm，Δy = 0.040 mm七、实验结论1. 通过双光栅干涉实验，验证了双光栅干涉原理的正确性。
2. 利用双光栅干涉实验，成功测量了光波的波长。
3. 实验结果表明，光栅常数与光波波长之间存在一定的关系。
光谱仪器 光栅成像原理
光栅成像是一种常用于光谱仪器的原理，它通过使用光栅来分散入射光，并将不同波长的光线聚焦到不同的位置上，从而实现光谱的测量和分析。
下面是光栅成像的基本原理：
1.光栅：光栅是具有等间距且平行的刻痕或凹槽的光学元件。
通常，光栅的刻痕数量非常
多，可达数千个刻痕/毫米。
这些刻痕可以被等效为许多微小的光学反射面。
2.入射光：光栅成像的第一步是将入射光引导到光栅上。
入射光可以是单色的（来自一个
波长）或是由多个波长组成的白光。
3.光栅分散：当入射光通过光栅时，光栅会根据其等间距的刻痕分散入射光。
每个刻痕都
会产生一个次级光源，形成一系列的衍射光束。
4.光束聚焦：通过透镜或反射镜等光学元件，将不同波长的衍射光束聚焦到不同的位置上。
这样，不同波长的光就被分离开来，形成一个光谱。
5.光谱测量：通过在光谱的特定位置上放置光敏探测器，可以测量各个波长处的光强度。
这些测量结果可以用于分析样品的化学成分、光学性质等信息。
光栅成像原理使得光谱仪器能够高效准确地进行光谱测量和分析。
它广泛应用于许多领域，如化学分析、物质鉴别、天文学研究等。
光栅成像
光栅成像所谓光栅立体成像，指原本是平面的画面，经过画面表面光栅板的折射后，使画面中的物体在人的双眼中呈现出立体感或变化效果。
立体感是利用人类双眼的视差，通过左眼视图与右眼视图的差异，在人脑中合成为一幅立体图像。
光栅立体画面与一般平面画面（平面写真输出或印刷输出）的差别是：立体成像画面的表面裱有光栅。
光栅由透明塑料制成，表面压有柱面折射棱线。
光栅的作用，就是将画面中物体的左视图与右视图区分开来，使人眼看到立体成像。
几个术语栅距、线数、像素、光栅、视场角、视变角1．栅距 柱镜光栅指的是一个弧的弦长。
狭缝光栅指的是一个黑与一个白的总长。
如下图：光栅栅距即光栅栅线的宽度。
光栅栅距的标称方法有很多种，有用光栅宽度毫米(mm)来标称（常见于国产光栅板）、也有光栅密度(lpi)来标称（常见于进口光栅）。
还有利用写真机或打印机的打印点 pixel 来标称的。
三者的换算关系为：(1lpi)=25.4/（1 mm ）(1pixel)= 打印机分辨率（dpi ）/(1lpi)光栅在工厂进行加工时，由于含有热压冷凝的物理过程，导致实际光栅栅距与其出厂标称值有一定偏差。
其次，众多类型的打印机或印刷机的输出精度不可能达到其理想的精确度。
必然会导致光栅成像输出画面与光栅板（尤其是在做大幅图片时）不吻合。
因此，在特定的输出设备上（打印机或印刷机）上测试特定的光栅，并用打印点（印刷点）数量 pixel 来表示。
这样，无论光栅板出厂标称值误差有多大、输出设备的误差有多大，都能确保光栅成像输出画面与该光栅板完全吻合。
2.线数 线数是指每英寸内所包含的栅距的个数。
1英寸=2.45厘米。
线数=每英寸/栅距=2.54/XX3.像素 像素是指所做图象的分辨率，即像素/英寸或像素/厘米。
分辨率与所做图象有密切的关系，分辨率的求法见后面做图部分详解。
4.光栅 光栅就是指附在画面外面的能够使人利用两眼视角差和光的折射原理看到生动的立体画像的一种利用印刷或压制技术所制成的材料。
用菲涅耳理论研究衍射光路可逆性
用菲涅耳理论研究衍射光路可逆性刘云;王朴;彭双艳【摘要】The reversibility of the diffraction optical path of grating and double-grating imaging systems was studied with Fresnel diffraction theory. Firstly, the complex amplitude distribution of the diffraction of single grating was analyzed. According to the phase relation of the complex amplitude distribution, the reversibility of optical path was studied. Then the reversibility of the double-grating diffraction imaging effect was analyzed by using the conclusion for the single optical diffraction grating. It's found that the diffraction optical path of single grating and double-grating imaging systems has partial reversibility. Based on the partial reversibility of diffraction optical path, the nature of double-grating imaging effect was explained, the spectral combination characteristic was considered to be the reverse effect of the spectral dispersion characteristic, and the image processing was realized.%用菲涅耳衍射理论研究了光栅及双光栅成像系统衍射光路的可逆性.首先用菲涅耳衍射理论分析单片光栅衍射光的复振幅分布,根据其复振幅分布的相位关系研究其可逆性；再根据单片光栅衍射光路所具有的结论来分析双光栅衍射成像效应的衍射光路可逆性,得到了光栅衍射光路及双光栅成像系统光路具有部分可逆性；应用衍射光路的部分可逆性诠释了双光栅成像效应的本质及光栅的汇合光谱特性是色散光谱特性的逆效应,并根据衍射光路具有部分可逆性的特性实现了图像处理.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】7页(P1103-1109)【关键词】物理光学;菲涅耳衍射;光栅;成像【作者】刘云;王朴;彭双艳【作者单位】毕节学院物理系,贵州毕节551700;毕节学院物理系,贵州毕节551700;毕节学院物理系,贵州毕节551700【正文语种】中文【中图分类】O436.1引言文献［1－3］已对光栅衍射光路及光栅衍射成像做了分析。
【国家自然科学基金】_双光栅_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
科研热词 非相干组束 纳米光刻 建模 谱组束 衍射效率 莫尔条纹对准 莫尔条纹 耦合效率 级联体光栅 激光雷达 激光技术 温度测量 对流层温度 双光栅调制 双光栅组束 双光栅单色仪 双光栅 光栅标记 光束质量 严格耦合波理论 m2因子
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
科研热词 位移测量 高灵敏度 集成双光栅干涉法 误差分析 相位解析 温度补偿 测量 数值仿真 扩量程 微悬臂梁 弓形梁 封闭条纹 图像测量 双光栅干涉 二维解析小波变换 二维小波脊 zemax仿真 fbg振动传感器
科研热词 光栅 非均匀采样 解调 发光二极管 动态应变 光纤光学 高功率 通光效率 角度标定 表面等离子激元 衍射光栅 衍射 湿敏材料 时域有限差分法 掩模光栅 平场 宽光谱 头盔显示 增益控制 叠栅条纹 分辨率 出瞳扩展 出光效率 全息光波导 光谱学 光谱仪 光纤放大器 光纤布喇格光栅(fbg) 光栅结构 光提取效率 光学设计 光刻对准 交叉敏感 两级放大 三参量测量
推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 衍射成像 纳米测量 干涉 小波信号重构 叠栅条纹 双光栅衍射 双光栅成像位置 双光栅成像 加速度传感器 分布式测量 光纤光栅 光栅成像 光栅 光学实验
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
光栅色散-汇合光谱成像实验报告
光栅色散-汇合光谱成像实验报告一、实验目的1)通过实验认识光栅的色散及其逆作用——汇合光谱效应2)了解与认识光栅色散-汇合光谱成像效应3)理解并掌握光栅色散-汇合光谱成像关系方程4)掌握利用光栅色散-汇合光谱成像方法测量光栅的空间频率二、实验仪器微机ZWP光栅衍射成像仪是为观察与研究光栅的汇合光谱与双光栅衍射消色散成像效应而研发的一类新型的光学实验仪器，广西大学拥有其发明专利权（专利号：ZL02154113.2)，四川世纪中科光电技术有限公司（前身：成都世纪中科仪器有限公司）获授权独家生产销售。
仪器结构如图1所示，仪器主要由三大部分组成：机械部分、光学系统、计算机图像处理系统（需用一台计算机，由用户自备，图1中未予显示）。
图1光栅衍射成像仪示意图图中：1.底盘 2.横轨 3.摄像头及镜头 4.望远镜 5.单缝光栏 6.夹头7.全息图8.光栅9.光栅夹10.黑屏11.屏夹12.辅助屏13.汞灯光源14.卤素灯光源15.汞灯电源机械部分：1)底盘：含纵向（z方向）轨道及标尺，量程120cm，标尺分辨力1mm2)横轨：包括三个横向（x方向）轨道T i，其中T1长度为60cm，T2、T3长度为70cm，标尺均为中心零位，标尺分辨力均1mm3)单缝光栏：1个，是望远镜或摄像头的观察窗口4)夹头：包括两个升高转动夹头，一个转动夹头和一个活动夹头；夹头含干板夹5)黑屏：1个，作挡光板用，避免光源发出的光直接进入望远镜或摄像机镜头6)辅助屏：1个，带网格及水平方向标尺，标尺分辨力1cm，可对衍射光谱进行定位7)屏夹和光栅夹：各1个，用于支撑直杆8)直杆：1根，用于指示衍射光路（图1中未予显示）光学系统：1)光源：汞灯光源1个，卤素灯光源1个，分别作为线状光谱光源和带状光谱光源2)减光镜：1片，用于衰减从光源直射入观察装置的光的强度3)观察物：包含十字镜和箭头镜各1个，其中十字镜上安装有减光盒，用于安装减光镜，十字镜上透光部分左右最长距离20.5mm4)光栅：空间频率分别为1000、600、500、300、100L/mm 的平面等周期透射光栅各1片，光栅条纹沿y 轴方向5)全息图：透射全息图1片6)望远镜：8倍定倍单筒望远镜，物镜直径25mm7)摄像镜头：镜头可手动变焦变倍（5~100mm 超长变焦）、手动光圈，方便调节通光量以及快速找像并调清晰计算机图像处理系统：包括用于图像采集和传输的摄像头（USB 接口，可直接与计算机相连）、装有图像数据分析与处理软件（实验推荐使用Matlab7.0或以上版本）的计算机（用户需自备），以及随仪器附赠的相关程序。
双光栅检测微弱振动位移量附录双光栅检测微弱振动位移量讲义
) (1)
式中 m 为衍射级数，d 为光栅常数，θ 为衍射角，λ 为光波波长。
如果光栅在 y 方向以速度 u 做简谐振动，则从光栅出射的光的波阵面也以同样速
度做简谐振动，因此在不同时刻，对应于同一级次的衍射光线，从光栅出射时，在 y 方
向将会产生位移量 ut，
图 1 光栅衍射原理图
如图 2 所示。
(6)
其中 ξ 为光电转换常数。
因光波频率很高，(6)式中第一项、第二项、第四项，光电池无法分辨，第三项为拍频
信号，因为频率较低，光电池能做出相应的响应，其光电流为可表示为
is = ξ{E10 E20 cos[(ω0 + ωd − ω0 )t + (ϕ2 − ϕ1 )]} = ξ{E10 E20 cos[ωd t + (ϕ 2 − ϕ1 )]}
数据处理
1．求出音叉谐振时光拍信号的平均频率； 2．求出音叉在谐振点时作微弱振动的位移振幅； 3．用坐标纸作图，做出音叉的频率～振幅曲线； 4．选作内容：做出音叉不同有效质量时的谐振曲线，定性讨论其变化趋势。
讨论题
1．如何判断动光栅与静光栅的刻痕已平行? 2．作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定信号功率?
4．谐振曲线的测量：在音叉谐振点附近，调节驱动信号频率，频率间隔 fn=(f0±0.1n)HZ,f0 是谐振频率，n=0，±1，±2 选 5 个点,分别测出对应拍频波的波数,计算出相应的振幅 An。
5．选作内容：改变音叉的有效质量，可以将塑料软管依次放入音叉不同位置的小孔里， 或将橡皮泥粘在音叉的不同位置，研究音叉谐振曲线的变化规律。 三、报告要求
图 2 用移动的皱褶波面来解释多普勒效应 (a)褶皱波面的相位超前 (b)不同衍射级次的频移
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双光栅衍射消色散虚像的测量数据处理
一、实验所得图像
原像横向长度为：96 虚像横向长度为：56 Delta x：64 (单位：像素点)
原像横向长度为：96 虚像横向长度为：73 Delta x：42 (单位：像素点)
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：82 Delta x：22 (单位：像素点)
第 2 页 共 2 页
原像横向长度为：98 虚像横向长度为：74 Delta x：-1 (单位：像素点)
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：73 Delta x：-15 (单位：像素点)
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：81 Delta x：-18 (单位：像素点)
原像横向长度为：86 虚像横向长度为：81 Delta x：-24 (单位：像素点)
第 3 页 共 3 页
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：81 Delta x：-40 (单位：像素点)
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：72 Delta x：-53 (单位：像素点)
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：72 Delta x：-66 (单位：像素点)
原像横向长度为：104 虚像横向长度为：71 Delta x：-74 (单位：像素点)
第 4 页 共 4 页
原像横向长度为：97 虚像横向长度为：50 Delta x：-131 (单位：像素点)
二、
实验数据
1、把Δx数据域相应的2Z及θ做出数据
表1 双光栅数据记录
G1:1/d1=1/1000 K1=1 G1夹角θ=0° G1原始角θ=278° Z1=38.00cm
G2:1/d2=1/500 K2=2
单位像素 实像横向距离 虚像横向距离 虚像横向偏移量Δx (像素点) G2位置2Z (cm) G2夹角θ（度） G2原始角
θ（度）
1 96 56 64 55.6 -20 130
2 96 73 42 57.25 -15 135
3 97 82 22 60.70 -10 140
4 98 74 -1 62.50 -5 145
5 97 73 -15 64.30 0 150
6 97 81 -18 64.30 5 155
7 86 81 -24 64.10 10 160
8 97 81 -40 63.90 15 165
9 97 72 -53 63.50 20 170
10 97 72 -66 62.50 25 175
11 104 71 -74 61.50 30 180
12 97 50 -131 59.45 35 185
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2、Δx与2Z的关系图
分析：由模拟图可以看出，随着横向偏移量Δx由-30mm到15mm不断增大，光栅G2的
纵向位移Z2先增大后减小，曲线呈抛物线的形态。在实际的数据点上，又可以看到-10mm
至-5mm的地方G2纵向位置是相对比较平缓的，之后又开始减小。总之，光栅G2的纵向位
置不是规则变化的，但是可以在-10mm至-5mm的地方找到光栅G2的纵向最大位移。
3、2Z与θ的关系图
分析：由模拟图看出，光栅G2的纵向位移2Z随两光栅间的夹角θ的增大而先增大，
后减小，呈一抛物状。在实际的数据点中，夹角在10°~20°时光栅G2的位置较平缓，在
这个范围内，存在着G2的纵向最大位移。
第 6 页 共 6 页
4、Δx与θ的关系图
分析：由模拟图可以看出，随着光栅G1、G2的夹角θ的增大，横向偏移量Δx逐渐减小，
二者关系基本呈线性关系。
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附：实验模拟图Matlab程序
function DrawingCurve
%实验数据
Theta=[-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35]; %光栅G1和G2之间的夹角
角Theta（单位：度）
Z2=[55.6 57.25 60.7 62.5 64.3 64.3 64.1 63.9 63.5 62.5 61.5 59.45]; %
光栅G2中心到物平面的距离Z2（单位：cm）
%以下为各组虚像和原像之间的横向偏移量(单位：mm)；注意：如果偏移量的单位是像素，
要转换为mm单位
x=[12.8 8.4 4.4 -0.2 -3 -3.6 -4.8 -8 -10.6 -13.2 -14.8 -26.6];
%拟合thet-deta_x关系图
nise(Theta,x)
title('Theta-Delta x关系图');
xlabel('夹角Theta/°');ylabel('横向偏移量Delta x/mm');
%拟合Z_2和横向偏移量\Delta x 关系图
nihe(x,Z2)
title('Z_2和横向偏移量\Delta x 关系');
xlabel('横向偏移量\Delta x /mm');ylabel('光栅G_2纵向位置Z_2/cm');
%拟合Z_2和夹角a的关系；
nihe(Theta,Z2);
title('Z_2和夹角Theta的关系');
xlabel('两片光栅之间的夹角Theta/°');ylabel('光栅G_2纵向位置Z_2/cm');
function nise(x,y)
figure;
hold on
plot(x,y,'*','color','r');
x1=min(x):.5:max(x);
py=spline(x,y,x1);
plot(x1,py,'color','b','linewidth',1.5);
legend('实验数据','拟合曲线');
function nihe(px,py)
figure;
hold on ;
plot(px,py,'*','color','r');
p1=polyfit(px,py,2);
x1=min(px):.05:max(px);
y1=polyval(p1,x1);
plot(x1,y1,'color','b','linewidth',1.5);
legend('实验数据','拟合曲线');