福建师大2014-12级光信息综合实验讲义-最终稿

福建师范大学光电与信息工程学院光信息综合实I2014年9月福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义目录《光信息综合实验》教学大纲......................................................................................................I实验一PSD传感器实验.............................................................................................................5实验二光纤位移传感器实验...................................................................................................10实验三光纤压力传感系统特性实验.......................................................................................14实验四彩色编码摄影及光学/数字彩色图像解码实验..........................................................17实验五菲涅耳全息的记录与再现...........................................................................................24实验六像面全息图的记录与再现...........................................................................................30实验七一步彩虹全息...............................................................................................................33实验八晶体电光调制实验.........................................................................................................37实验九晶体声光调制实验.........................................................................................................41实验十磁光调制实验...............................................................................................................44实验十一基于液晶光阀的光学信息处理...............................................................................48实验十二光的干涉和衍射实验...............................................................................................63实验十三计算全息光学实验.................................................................................................766实验十四全息图衍射效率的测量实验.................................................................................772实验十五可调氦氖多谱线激光器实验...................................................................................79实验十六激光器偏振、纵模和模竞争实验...........................................................................95实验十七激光高斯光束变换与测量.....................................................................................105福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义I/111《光信息综合实验》教学大纲一、实验目的与基本要求《光信息综合实验》是为光信息科学与技术专业和信息工程专业开设的，是一门与讲授课程同样重要的独立课程。通过实验，可以学习和掌握基本的实验技能、实验原理和实验方法，训练综合运用各课知识，培养独立思考、分析问题、解决问题的能力，同时培养促进知识创新和拓展的能力。实验教学是人才培养的重要环节，并且实验课程所具有的独特的教学内容、教学方式和教学目的是不能用理论思维能力来代替的。通过本实验课程的系统学习，使学生融会贯通所学知识，深入理解工程光学的基本原理和基本应用；进一步拓宽现代光学的知识面；掌握基本的实验方法、实验技术及工程应用；熟悉常用光学和电子器件的配置、调整、组合等实验技术，并能对结果进行综合分析和评价；提高用实验方法综合研究光学问题的能力。《光信息综合实验》课程要求分以下三个阶段。（1）预习。这是实验前的课前准备阶段。根据实验目的，学习实验指导书中的实验原理和书本有关内容，参考指导书中的实验方法，拟出实验方案，列出实验步骤，画好实验数据的记录表格。（2）实验。首先按照实验方案选取安装与调整仪器及部件，这是实验的关键。实验过程中必须认真观察现象，及时发现问题，解决问题。测试时还需记录原始数据，若有可疑之处须反复测试，发现其规律。（3）撰写实验报告，撰写实验报告也是一种实验能力和科学总结能力的培养。二、实验项目内容与学时分配序号实验项目名称实验内容学时实验要求实验类型每组人数1PSD传感器实验1.测量PSD传感器位移值与输出电压值并分析其关系；2.学会利用PSD传感器测量微小位移。3必做验证2人2光纤位移传感器实验1.测量光纤位移传感器输出电压与位移数据，计算灵敏度并分析误差；2.作光纤位移传感器的位移特性曲线，学会利用光纤位移传感器测量微小位移。3选做验证2人福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义II/1113光纤压力传感系统特性实验1.了解光纤压力传感器的原理和应用。3选做验证2人4彩色编码摄影及光学/数字彩色图像解码实验1.通过彩色编码照相机，加深理解将彩色景物实时地编码记录在黑白编码片上；2.掌握光学彩色图像解码技术；3.掌握数字彩色图像解码技术。3必做验证2人5菲涅耳全息的记录与再现1.通过拍摄漫反射物体的透射全息图，加深对全息照相基本原理的理解；2.观察透射全息图的重现像，领会并总结全息照相的特点及其与普通照相的本质区别；3必做验证2人6像面全息图的记录与再现1.掌握像全息图的记录与重现原理；2.制作一张像面全息图，在白光下观察其重现像；3.比较像面全息图与透射全息图的不同之处。3必做验证2人7一步彩虹全息1.掌握制作一步彩虹全息图的原理和方法；2.在像全息图制作基础之上，制作一张一步彩虹全息图，在白光下观察其重现的准单色像。3选做验证2人8晶体电光调制实验1.掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2.学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数；3.观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象。3必做验证2人9晶体声光调制实验1.了解声光相互作用原理；2.观察布拉格衍射现象；3.研究声光调制和声光偏转的特性。3必做验证2人10磁光调制实验1.了解磁光效应，掌握光线偏振面旋转角度的测量方法；2.通过仪器实验，验证费尔德常数公式；3.对各种磁物质的费尔德常数进行测试。3必做验证2人11基于液晶光阀的光学信息处理1．加深对液晶的电光效应的理解。2．掌握利用LCD液晶光阀的响应曲线进行图像反转的工作原理及方法。3．了解液晶光阀的像素结构4．理解液晶屏自身结构对频谱的影响8必做综合2人福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义III/1115．了解衍射理论6．掌握光学傅立叶变换的性质及全息性质7．加深对卷积定理等的理解8．加深对全息成像原理的认识12光的干涉和衍射实验1.加深对光的干涉和衍射理论的认识。2.掌握干涉条纹和衍射条纹的特点。3必做验证2人13计算全息光学实验1.了解全息原理和计算全息的特性。2.进行全息图的光学再现。3必做验证2人14全息图衍射效率的测量实验1.了解全息图衍射效率的基本概念；2.掌握全息图的衍射效率的测量方法。3必做验证2人16可调氦氖多谱线激光器实验1.掌握He—Ne多谱线激光器的工作原理及腔型结构的特点；2.测量各条激光谱线的波长；3.测量各条谱线最大输出激光功率。3必做验证2人17激光器偏振、纵模和模竞争实验1.了解F-P扫描干涉仪的结构和性能，掌握其使用方法；2.了解激光器的偏振特性，掌握激光偏振测量方法；3.了解激光纵模正交偏振理论与模式竞争理论。3必做验证2人18激光高斯光束变换与测量1.掌握激光传播特性的主要参数的测量方法；2.理解激光光束特性，学会对高斯光束进行测量与变换；3.掌握光斑轮廓仪的使用和应用3必做验证2人三、实验成绩考核办法本课程总评成绩由期末考试和平时实验操作与实验报告两部分构成，采用百分制。期末考试成绩占总评成绩的50%，平时成绩占总评成绩的50%。期末考试形式:笔试和操作。操作是以抽签的形式现场完成一个实验操作，根据完成情况给出成绩。平时成绩包括：1.课前预习（占10%）：教师通过检查预习报告或提问方式，考核学生预习情况，福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义IV/111给出成绩。2.实验操作（占20%）：教师通过检查学生各个操作环节和实验结果对学生给出综合实验操作成绩。3.实验报告（占20%）：教师通过检查实验报告的完整性、正确性及对实验结果的分析给出实验报告成绩。四、实验教材和参考书教材：《光信息综合实验讲义》参考书：谈恒英编：《光信息综合实验》，浙江大学出版社，2003年版。王仕璠编：《现代光学实验教程》。北京邮电大学出版社，2004年版。五、主要使用的仪器设备1.全息照相系列：天津港东科技发展有限公司XGZ-3型全息照相系列实验装置。主要仪器设备：He-Ne激光器、反射镜、透镜、全息干版、曝光定时器、可调狭缝等。2.彩色编码摄影及光学/数字彩色图像解码实验：天津市港东科技发展有限公司XGB-1型彩色编码摄影及光学/数字彩色图像信息处理。主要仪器设备：135彩色编码照相机、白光光源、小孔滤波器、反射镜、透镜、CCD彩色摄像机、彩色监视器等。3.晶体电光/声光调制实验：长春时代光学仪器公司。主要仪器设备：铌酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，双踪示波器。4.光信息综合实验：杭州三花科特公司。主要仪器设备：激光器、液晶显示、光学再现系统、CCD图像采集与显示、光强探测器、计算机。5.CSY2000G光电传感器实验仪。6.激光原理与技术实验：北京杏林睿光科技有线公司。主要仪器：氦氖激光器、激光功率计、紫外可见光栅单色仪、扫描干涉仪、光斑轮廓仪、显示器和计算机等。福建师大光电与信息工程学院信息技术基础课实验教学中心－－光信息实验平台讲义5/111实验一PSD传感器实验【实验目的】了解PSD光电位置敏感器件的原理与应用。【