实验报告

光学实验平台的设计

姓名:王坚凯

学号:12274018

班级:光科1202

北京交通大学

20##年12月

摘  要

光学平台广泛应用于光学、电子、精密机械制造、冶金、航天、航空、航海、精密化工和无损检测等领域，以及其他机械行业的精密试验仪器、设备振动隔离的关键装置中。    

菲涅耳衍射是光源—障碍物和障碍物—接收屏的距离中至少有一个是有限远的衍射。

目录

摘  要... ii

1               设计概述... 1

1.1         背景... 1

1.2         目标... 1

2               实验内容... 2

2.1         菲涅耳单缝和圆孔衍射... 2

2.2         直边菲涅耳衍射... 5

2.3         平台参数... 6

3               总结与展望... 7

3.1         论文小结... 7

3.2         展望... 7

参考文献... 8

1    设计概述

1.1  背景

当今科学界的科学实验需要越来越精密的计算和测量，因此一个能与外界环境和干扰相对隔离的设备仪器对实验的结果测量时非常重要的。能够固定各种光学元件以及显微镜成像设备等的光学平台也成为科研实验中必备的产品。光学平台最主要的一个目标是消除平台上任意两个以上部件之间的相对位移。

光学平台广泛应用于光学、电子、精密机械制造、冶金、航天、航空、航海、精密化工和无损检测等领域，以及其他机械行业的精密试验仪器、设备振动隔离的关键装置中。

1.2  目标

设计光学实验平台包括菲涅耳单缝和圆孔衍射、直边菲涅耳衍射等光学波动实验，所有实验均在一个平台上实现。

2    实验内容

2.1  菲涅耳单缝和圆孔衍射

实验目的：

1、加深对菲涅耳衍射半波带的理解； 

2、研究菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的条件。  

实验原理：

利用惠更斯原理，可以定性地从某时刻的已知波阵面位置求出后面另一时刻的波阵面位置。但惠更斯原理的子波假设不涉及子波的强度和相位，因而无法解释衍射图样中的光强分布。菲涅耳在惠更斯的子波假设基础上，提出了子波相干叠加的思想，从而建立了反映光的衍射规律的惠更斯－菲涅耳原理： 波阵面前方空间某点处的光振动取决于到达该点的所有子波的相干叠加。在此原理的基础上，我们得到了菲涅耳衍射积分公式，并在不同近似下，归纳出在两类不同的衍射现象。菲涅耳衍射是光源—障碍物和障碍物—接收屏的距离中至少有一个是有限远的衍射。

菲涅耳衍射的一般装置如图所示，其中S是点光源，K是开有某种形状孔径的衍射屏（或不透明屏），P是观察屏，且在距离衍射屏不太远的地方。（通常光源离衍射屏的距离都要比衍射屏上的孔径大得多，为简单起见可以认为光源发出的光波垂直照射在衍射屏上，即只要观察屏离衍射屏不远，也可以用平行光照明。）

 

   

               图1  菲涅耳衍射的一般装置

S^/ 点合振幅的大小取决于露出的半波带数

由上式可知，对于圆孔中心和光源的直线S S^/上的不同点所露出的半波带数目亦不相同，因而在这条直线上移动观察屏时会发现，某些点的光强最大，而另一些点的光强为最小。另一方面，R和R_o不变时，改变圆孔半径ρ也会使考察点的光强度有明暗交替的变化。

由菲涅耳衍射原理：

当观察屏不动时，改变缝宽d，半波带的数目改变；当半波带数为奇数时屏中央出现亮纹；当半波带数为偶数时屏中央出现暗纹。

当缝宽d不变时，移动屏，当半波带数为偶数时，屏中央为暗纹；当半波带数为奇数时屏中央为亮纹。

当缝宽改变到很小时或屏较远时，菲涅耳衍射转化为夫琅和费衍射。

实验装置：

单缝衍射：

1：激光器架（SZ-42）                          7：白屏 （SZ-13）

2：He-Ne激光器 (GY-10)                       8：通用底座（SZ-04）

3：扩束器（T-GSZ-A02, f′= 6.2）                 9：二维平移底座（SZ-02）

4：透镜架（SZ-08）                             10：二维平移底座（SZ-02）

5：透镜架（SZ-08）                            11：通用底座（SZ-04）

6：测微狭缝 (SZ-27B)   

圆孔衍射：

1：激光器架（SZ-42）                        7：白屏（SZ-13）

2：He-Ne激光器 (GY-10)                      8：通用底座（SZ-04）

3：扩束器（T-GSZ-A02, f  = 6.2）               9：二维平移底座（SZ-02）

4：透镜架 (SZ-08)                            10：二维平移底座（SZ-02）

5：多孔板（SZ-23A，φ1.5 mm）               11：通用底座（SZ-04）

6：透镜架（SZ-08）

 实验内容和步骤：

1、调整光路。  

2、改变缝宽，观察衍射结果，并分析。  

3、改变观察屏，观察衍射结果，并分析。  

4、观察菲涅耳衍射、夫琅和费衍射的转化，并与理论分析进行比较。  

5、使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。

调节与观察

使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。

在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。

6、将实验装置中的狭缝换成φ1.5 mm的圆孔，并调整光路。

调节与观察

使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮—暗—亮的变化。图样中心的亮或暗，取决于点光源与圆孔的距离、圆孔的半径和圆孔到观察屏的距离。

2.2  直边菲涅耳衍射

实验原理：

将上实验中的狭缝换成刀片，即可发生直边衍射。

当平面波照射到直边上时，在直边后可观察到它的菲涅耳衍射，衍射结果如下图

即当观察点从几何阴影边界向外移动时，I/I₀是振荡的，但振幅逐渐减少，最后，正象从几何光学可以预期的那样，I/I₀渐渐地趋向于1。强度的最大值不是在几何阴影边上，而是在直接照明区稍为离开该边的地方。

实验装置：

1：激光器架（SZ-42）                           7：白屏 （SZ-13）

2：He-Ne激光器 (GY-10)                       8：通用底座（SZ-04）

3：透镜架（SZ-08）                           9：二维平移底座 （SZ-02）

4：扩束器（T-GSZ-A02, f′=6.2）                 10：二维平移底座 （SZ-02）

5：透镜架（SZ-08）                           11：通用底座（SZ-04）

6：刀片（GSZ-2B-06）

实验内容和步骤：

1、调整光路。

2、调整与观察

当观察点从几何阴影边界向外移动时，衍射光强有类似衰减振荡的分布，最后趋于无障碍的自然传播。强度的最大值并不在于几何阴影的交界处，而是在直接照明区稍靠外些的亮区内。在阴影区内，衍射条纹的光强单调地减弱，一直到零。

   

2.3  平台参数

隔震导磁台面不平度：＜0.05mm

3   总结与展望

3.1  论文小结

总的说来，本次平台设计学到了很多，丰富了光学设计的知识：光学衍射原理的进一步理解，光学平台的构成和意义，光学器件的参数选择与适配；同时更为重要的是要有耐心的态度，设计过程的复杂，优化时变量的选择等等都需要我们有良好的心态。

3.2  展望

本文需要改进和完善的问题如下：

数据测量不够多，需要加入更多测量性步骤，使实验内容更加具体丰富。

直边菲涅尔衍射对衍射图样的场强变化应有具体的测量仪器进行分析并输出。

更多实验细节的优化。

参考文献

[1] 程正维 牛原 大学物理实验 北京交通大学出版社

[2] 郁道银 工程光学 机械工业出版社．

[3] 天津港东科技发展股份有限公司．GSZ-2B型光学平台使用说明书

 

第二篇：开放性实验报告模板

机械工程实验教学中心

开放性实验报告

实验项目：

学生姓名

学 号

专业班级

指导教师

完成时间

1

目 录

1 实验说明 ....................................................................................................... 2

1.1 实验目的 ................................................................................................................. 2

1.1.1 .............................................................................. 2

1.1.2 .............................................................................. 2

1.1.3 .............................................................................. 2

1.2 实验要求 ................................................................................................................. 2

1.2.1 .............................................................................. 2

1.2.2 .............................................................................. 2

1.3 实验设备 ................................................................................................................. 2

1.3.1 实验场所.......................................................................................................................... 2

1.3.2 实验仪器.......................................................................................................................... 2

2 .................................................................... 3

2.1 ......................................................................... 3

2.1.1 .............................................................................. 3

2.1.2 .............................................................................. 3

2.2 ......................................................................... 3

2.2.1 .............................................................................. 3

2.2.2 .............................................................................. 3

2.3 ......................................................................... 3

2.3.1 .............................................................................. 3

2.3.2 .............................................................................. 3

2.4 ......................................................................... 3

2.4.1 .............................................................................. 3

2.4.2 .............................................................................. 3

3 总结 ............................................................................................................... 4 以下是说明文字，正式成文后请删除。

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1

机械工程实验教学中心 开放性实验报告

1 实验说明

1.1 实验目的

1.1.1 [单击此处添加三级标题]

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1.1.2 [单击此处添加三级标题]

[单击此处添加论文正文]

1.1.3 [单击此处添加三级标题]

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1.2 实验要求

1.2.1 [单击此处添加三级标题]

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1.2.2 [单击此处添加三级标题]

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1.3 实验设备

1.3.1 实验场所

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1.3.2 实验仪器

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2

机械工程实验教学中心 开放性实验报告 2 [单击此处添加一级标题]

2.1 [单击此处添加二级标题]

2.1.1 [单击此处添加三级标题]

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2.1.2 [单击此处添加三级标题]

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2.2 [单击此处添加二级标题]

2.2.1 [单击此处添加三级标题]

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2.2.2 [单击此处添加三级标题]

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2.3 [单击此处添加二级标题]

2.3.1 [单击此处添加三级标题]

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2.3.2 [单击此处添加三级标题]

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2.4 [单击此处添加二级标题]

2.4.1 [单击此处添加三级标题]

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2.4.2 [单击此处添加三级标题]

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3

机械工程实验教学中心 开放性实验报告

3 总结

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