工程光學(xué)基礎(chǔ)

第一篇 光學(xué)工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練

第1 章 光學(xué)工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論………………………………………………………… 1

1. 1 光學(xué)工程學(xué)科簡(jiǎn)介………………………………………………………………… 1

1. 2 光學(xué)工程與學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………… 3

1. 3 學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究基本能力訓(xùn)練………………………………………… 9

第2 章 光學(xué)成像規(guī)律基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………… 12

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

2. 2 實(shí)驗(yàn)原理概述…………………………………………………………………… 13

2. 3 光具座使用基本要點(diǎn)…………………………………………………………… 15

2. 4 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 18

實(shí)驗(yàn)一 正透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)……………………………………………………… 18

實(shí)驗(yàn)二 負(fù)透鏡的成像規(guī)律………………………………………………………… 20

實(shí)驗(yàn)三 焦距儀的設(shè)計(jì)與透鏡焦距的測(cè)量…………………………………………… 23

實(shí)驗(yàn)四 組合光組設(shè)計(jì)與成像特性實(shí)驗(yàn)…………………………………………… 23

第3 章 物理光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………… 25

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

3. 2 光學(xué)工程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)與技能………………………………………………… 26

3. 3 光學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差分析…………………………………………………………… 30

3. 4 參考實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 36

實(shí)驗(yàn)一 楊氏干涉及條紋圖像接收處理技術(shù)………………………………………… 36

實(shí)驗(yàn)二 馬赫-澤德干涉…………………………………………………………… 39

實(shí)驗(yàn)三 用法布里-珀羅干涉儀測(cè)鈉黃光雙波長…………………………………… 41

實(shí)驗(yàn)四 夫瑯和費(fèi)衍射及光電接收處理技術(shù)………………………………………… 43

實(shí)驗(yàn)五 衍射光柵………………………………………………………………… 45

實(shí)驗(yàn)六 偏振光特性的研究………………………………………………………… 46

實(shí)驗(yàn)七 1/4 波片位相延遲角檢測(cè)………………………………………………… 49

第4 章 目視光學(xué)儀器測(cè)量基礎(chǔ)訓(xùn)練………………………………………………… 51

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

4. 2 目視光學(xué)儀器測(cè)量入門知識(shí)…………………………………………………… 52

4. 3 實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述…………………………………………………………………… 58

4. 4 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 60

第二篇 精密儀器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練

第5 章 精密儀器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)訓(xùn)練………………………………………………………… 62

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

5. 2 儀器結(jié)構(gòu)中的常用傳動(dòng)形式…………………………………………………… 62

5. 3 儀器結(jié)構(gòu)中的常用支承及連接………………………………………………… 67

5. 4 儀器結(jié)構(gòu)中的常用零件及裝置………………………………………………… 70

5. 5 典型儀器結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)……………………………………………………………… 73

5. 6 精密儀器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)訓(xùn)練………………………………………………………… 78

實(shí)驗(yàn)一 鬧鐘機(jī)構(gòu)拆裝實(shí)驗(yàn)………………………………………………………… 78

實(shí)驗(yàn)二 圓柱形螺旋彈簧特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)…………………………………………… 80

實(shí)驗(yàn)三 望遠(yuǎn)鏡裝調(diào)實(shí)踐訓(xùn)練……………………………………………………… 82

第6 章 傳感器應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練…………………………………………………… 87

6. 1 傳感器技術(shù)概述………………………………………………………………… 87

6. 2 傳感器的分類…………………………………………………………………… 88

6. 3 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定和靜態(tài)特性………………………………………………… 92

6. 4 傳感器的動(dòng)態(tài)特性概述………………………………………………………… 96

6. 5 參考實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 96

實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片………………………………………………………… 100

實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器……………………………………………………………… 102

實(shí)驗(yàn)三 霍耳式傳感器…………………………………………………………… 104

實(shí)驗(yàn)四 其他傳感器及測(cè)試電路介紹……………………………………………… 106

實(shí)驗(yàn)五 移相器實(shí)驗(yàn)……………………………………………………………… 108

第7 章 自動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………… 110

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

7. 2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制…………………………………………………………… 111

7. 3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)…………………………………………………… 113

7. 4 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 114

實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的模擬研究…………………………………………………… 114

實(shí)驗(yàn)二 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性………………………………………… 118

實(shí)驗(yàn)三 系統(tǒng)校正………………………………………………………………… 121

實(shí)驗(yàn)四 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)…………………………………………………… 123

實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字PID 控制…………………………………………………………… 127

實(shí)驗(yàn)六 電烤箱閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)…………………………………………………… 139

第三篇 光電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

第8 章 光電器件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)……………………………………………………………… 151

8. 1 光電檢測(cè)器件與熱電檢測(cè)器件………………………………………………… 151

8. 2 光電效應(yīng)及器件特性…………………………………………………………… 152

8. 3 光電檢測(cè)器件的基本特性參數(shù)………………………………………………… 156

8. 4 光電探測(cè)器參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟………………………………………………… 159

8. 5 光電檢測(cè)中的常用光源………………………………………………………… 160

8. 6 各種光電檢測(cè)器件的性能比較和應(yīng)用選擇…………………………………… 164

8. 7 參考實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 166

實(shí)驗(yàn)一 光敏電阻應(yīng)用實(shí)驗(yàn)---暗光亮燈電路…………………………………… 167

實(shí)驗(yàn)二 光電二極管響應(yīng)時(shí)間測(cè)量………………………………………………… 169

實(shí)驗(yàn)三 光電池應(yīng)用---光強(qiáng)計(jì)………………………………………………… 172

實(shí)驗(yàn)四 光耦合器件---光斷續(xù)器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速………………………………… 173

第9 章 全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)………………………………………………………… 175

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

9. 2 全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)與技能……………………………………………… 176

9. 3 參考實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………… 198

實(shí)驗(yàn)一 全息光柵………………………………………………………………… 198

實(shí)驗(yàn)二 同軸全息透鏡…………………………………………………………… 201

實(shí)驗(yàn)三 三維物體的菲涅耳全息圖………………………………………………… 204

實(shí)驗(yàn)四 二步彩虹全息圖………………………………………………………… 206

實(shí)驗(yàn)五 傅里葉頻譜和頻譜分析………………………………………………… 208

實(shí)驗(yàn)六 阿貝-波特實(shí)驗(yàn)………………………………………………………… 211

實(shí)驗(yàn)七 卷積定理的光學(xué)模擬…………………………………………………… 213

實(shí)驗(yàn)八 激光散斑測(cè)量橫向微小位移……………………………………………… 215

實(shí)驗(yàn)九 光柵法圖像相減………………………………………………………… 217

實(shí)驗(yàn)十 光學(xué)圖像識(shí)別…………………………………………………………… 219

實(shí)驗(yàn)十一 茲調(diào)制法空間假彩色編碼……………………………………………… 225

實(shí)驗(yàn)十二 液晶光閥用于光學(xué)圖像的實(shí)時(shí)相減和實(shí)時(shí)微分………………………… 226

第10 章 光電檢測(cè)系統(tǒng)綜合訓(xùn)練……………………………………………………… 229

10. 1 光電檢測(cè)系統(tǒng)概述…………………………………………………………… 229

10. 2 光電檢測(cè)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)……………………………………………………… 231

實(shí)驗(yàn)一 光控自動(dòng)照明應(yīng)急燈制作………………………………………………… 231

實(shí)驗(yàn)二 遠(yuǎn)距離紅外報(bào)警器制作………………………………………………… 233

實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字顯示光功率計(jì)制作………………………………………………… 235

參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………… 240

《光學(xué)工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》以光電儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)理論體系為主線，從工程化應(yīng)用基礎(chǔ)訓(xùn)練角度出發(fā)，主要內(nèi)容按照光學(xué)工程學(xué)科基礎(chǔ)內(nèi)容設(shè)置，包括光學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)、光電技術(shù)基礎(chǔ)、光學(xué)測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)和精密儀器基礎(chǔ)等方面的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。側(cè)重于工程實(shí)踐基礎(chǔ)訓(xùn)練，重點(diǎn)是訓(xùn)練學(xué)生操作使用基本儀器設(shè)備和工具的能力，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，使學(xué)生能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的光電測(cè)試系統(tǒng)，初步了解光學(xué)工程學(xué)科內(nèi)涵。

《光學(xué)工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》旨在為從工程化角度進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)人員提供一本教材，可以用于光學(xué)工程、精密儀器相關(guān)專業(yè)的大專院校教學(xué)，也可以作為從事光學(xué)工程領(lǐng)域工作人員的入門培訓(xùn)教材。