工程光学基础

第一篇 光学工程基础实验与训练

第1 章 光学工程基础实验导论………………………………………………………… 1

1. 1 光学工程学科简介………………………………………………………………… 1

1. 2 光学工程与学科基础实验………………………………………………………… 3

1. 3 学科基础实验与科学研究基本能力训练………………………………………… 9

第2 章 光学成像规律基础实验……………………………………………………… 12

2. 1 概述……………………………………………………………………………… 12

2. 2 实验原理概述…………………………………………………………………… 13

2. 3 光具座使用基本要点…………………………………………………………… 15

2. 4 基础实验………………………………………………………………………… 18

实验一 正透镜成像规律实验……………………………………………………… 18

实验二 负透镜的成像规律………………………………………………………… 20

实验三 焦距仪的设计与透镜焦距的测量…………………………………………… 23

实验四 组合光组设计与成像特性实验…………………………………………… 23

第3 章 物理光学基础实验…………………………………………………………… 25

3. 1 概述……………………………………………………………………………… 25

3. 2 光学工程实验基础知识与技能………………………………………………… 26

3. 3 光学实验中误差分析…………………………………………………………… 30

3. 4 参考实验………………………………………………………………………… 36

实验一 杨氏干涉及条纹图像接收处理技术………………………………………… 36

实验二 马赫-泽德干涉…………………………………………………………… 39

实验三 用法布里-珀罗干涉仪测钠黄光双波长…………………………………… 41

实验四 夫琅和费衍射及光电接收处理技术………………………………………… 43

实验五 衍射光栅………………………………………………………………… 45

实验六 偏振光特性的研究………………………………………………………… 46

实验七 1/4 波片位相延迟角检测………………………………………………… 49

第4 章 目视光学仪器测量基础训练………………………………………………… 51

4. 1 概述……………………………………………………………………………… 51

4. 2 目视光学仪器测量入门知识…………………………………………………… 52

4. 3 实验原理简述…………………………………………………………………… 58

4. 4 基础实验………………………………………………………………………… 60

第二篇 精密仪器基础实验与训练

第5 章 精密仪器结构基础训练………………………………………………………… 62

5. 1 概述……………………………………………………………………………… 62

5. 2 仪器结构中的常用传动形式…………………………………………………… 62

5. 3 仪器结构中的常用支承及连接………………………………………………… 67

5. 4 仪器结构中的常用零件及装置………………………………………………… 70

5. 5 典型仪器结构认识……………………………………………………………… 73

5. 6 精密仪器结构基础训练………………………………………………………… 78

实验一 闹钟机构拆装实验………………………………………………………… 78

实验二 圆柱形螺旋弹簧特性测试实验…………………………………………… 80

实验三 望远镜装调实践训练……………………………………………………… 82

第6 章 传感器应用基础实验与训练…………………………………………………… 87

6. 1 传感器技术概述………………………………………………………………… 87

6. 2 传感器的分类…………………………………………………………………… 88

6. 3 传感器的静态标定和静态特性………………………………………………… 92

6. 4 传感器的动态特性概述………………………………………………………… 96

6. 5 参考实验………………………………………………………………………… 96

实验一 金属箔式应变片………………………………………………………… 100

实验二 差动变压器……………………………………………………………… 102

实验三 霍耳式传感器…………………………………………………………… 104

实验四 其他传感器及测试电路介绍……………………………………………… 106

实验五 移相器实验……………………………………………………………… 108

第7 章 自动控制技术基础实验………………………………………………………… 110

7. 1 概述……………………………………………………………………………… 110

7. 2 开环控制和闭环控制…………………………………………………………… 111

7. 3 自动控制系统的分析和设计…………………………………………………… 113

7. 4 基础实验………………………………………………………………………… 114

实验一 典型环节的模拟研究…………………………………………………… 114

实验二 典型二阶系统瞬态响应和稳定性………………………………………… 118

实验三 系统校正………………………………………………………………… 121

实验四 模/数、数/模转换实验…………………………………………………… 123

实验五 数字PID 控制…………………………………………………………… 127

实验六 电烤箱闭环控制实验…………………………………………………… 139

第三篇 光电基础实验与应用

第8 章 光电器件基础实验……………………………………………………………… 151

8. 1 光电检测器件与热电检测器件………………………………………………… 151

8. 2 光电效应及器件特性…………………………………………………………… 152

8. 3 光电检测器件的基本特性参数………………………………………………… 156

8. 4 光电探测器参数设计计算步骤………………………………………………… 159

8. 5 光电检测中的常用光源………………………………………………………… 160

8. 6 各种光电检测器件的性能比较和应用选择…………………………………… 164

8. 7 参考实验………………………………………………………………………… 166

实验一 光敏电阻应用实验---暗光亮灯电路…………………………………… 167

实验二 光电二极管响应时间测量………………………………………………… 169

实验三 光电池应用---光强计………………………………………………… 172

实验四 光耦合器件---光断续器测量电机转速………………………………… 173

第9 章 全息光学实验技术基础………………………………………………………… 175

9. 1 概述……………………………………………………………………………… 175

9. 2 全息光学实验的基础知识与技能……………………………………………… 176

9. 3 参考实验………………………………………………………………………… 198

实验一 全息光栅………………………………………………………………… 198

实验二 同轴全息透镜…………………………………………………………… 201

实验三 三维物体的菲涅耳全息图………………………………………………… 204

实验四 二步彩虹全息图………………………………………………………… 206

实验五 傅里叶频谱和频谱分析………………………………………………… 208

实验六 阿贝-波特实验………………………………………………………… 211

实验七 卷积定理的光学模拟…………………………………………………… 213

实验八 激光散斑测量横向微小位移……………………………………………… 215

实验九 光栅法图像相减………………………………………………………… 217

实验十 光学图像识别…………………………………………………………… 219

实验十一 兹调制法空间假彩色编码……………………………………………… 225

实验十二 液晶光阀用于光学图像的实时相减和实时微分………………………… 226

第10 章 光电检测系统综合训练……………………………………………………… 229

10. 1 光电检测系统概述…………………………………………………………… 229

10. 2 光电检测系统综合实验……………………………………………………… 231

实验一 光控自动照明应急灯制作………………………………………………… 231

实验二 远距离红外报警器制作………………………………………………… 233

实验三 数字显示光功率计制作………………………………………………… 235

参考文献…………………………………………………………………………………… 240

《光学工程基础实验》以光电仪器设计基础知识理论体系为主线，从工程化应用基础训练角度出发，主要内容按照光学工程学科基础内容设置，包括光学技术基础、光电技术基础、光学测试技术基础和精密仪器基础等方面的基础实验技能训练。侧重于工程实践基础训练，重点是训练学生操作使用基本仪器设备和工具的能力，培养学生自己动手设计实验的能力，使学生能够设计简单的光电测试系统，初步了解光学工程学科内涵。

《光学工程基础实验》旨在为从工程化角度进行系统实验教学的相关人员提供一本教材，可以用于光学工程、精密仪器相关专业的大专院校教学，也可以作为从事光学工程领域工作人员的入门培训教材。