北航_研究性实验报告_全息照相与全息干涉法实验的误差分析与改进方法
北航物理实验研究性报告
全息照相与全息干涉法实验的误差
分析与改进方法
第一作者：陈子涵学号：10141020
第二作者：白春磊学号：10141009
目录
摘要 (3)
一、实验目的 (3)
二、实验原理 (3)
1. 全息照相： (3)
（1）透射式全息照相 (4)
（2）反射式全息照相 (6)
2. 两次曝光法测定金属的弹性模量： (7)
三、实验仪器 (9)
注意事项： (9)
四、实验步骤 (10)
1、全息照片的拍摄和全息像的再现 (10)
2、二次曝光法测定铝板的杨氏模量 (11)
五、数据记录与处理 (11)
1、原始数据记录 (11)
2、数据处理 (11)
六、结果分析 (14)
1、误差分析 (14)
2、改进建议 (17)
3、感想体会 (18)
七、参考资料 (20)
摘要
本报告对全息照相和全息干涉法实验的原理、步骤、仪器进行了简要的介绍，并对实验数据进行处理以及误差估算。通过分析实验室条件下误差产生的原因并进行精确计算，探究如何更好地完成本实验，使之呈现更加清晰的图像以及提高精度的方法，从而深入理解实验，最后说明实验的收获与感想。
一、实验目的
1、了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相与透射式全息照相的基
本技术和方法；
2、掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能；
3、学习用二次曝光法进行全息干涉测量，并以此测定铝板的弹性模量；
4、通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基础知识。
二、实验原理
1.全息照相：
全息照相所记录和再现的是包括物光波前的振幅和位相在内的全部信息。但是，感光乳胶和一切光敏元件都只对光强敏感，不能直接记录相位，从而借助一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光之间的干涉条纹，间接记录下物光的振幅和位相信息，然后使照明光按一定方向照射到全息图上，通过全息图的衍射再现物光波前，这时人眼便能看到物体的立体像。
根据记录光路的不同，全息照相又分为透射式全息和反射式全息，若物光和参考光位于记录介质（干板）的同侧，则称为透射全息；若物光和参考光位于记录介质的异侧，则称为反射全息。
（1） 透射式全息照相
1) 投射全息的记录
两束平行光的干涉
将感光板垂直于纸面放置，两书相干平行光o 、r 按照图1所示方向入射到感光板上，他们与感光板法向夹角分别为o ?和r ?，并且o 光中的两条光线1、2与r 光中的两条光线'1和'2在A 、O 两点相遇并相干，于是在垂直于纸面方向产生平行的明暗相间的干涉条纹，亦即在感光板上形成一个光栅。
设A 、O 两点为相邻明条纹，则条纹间距 d =OA ,如图1，其光程差为波长λ。光线'1与'2之间光程差为r d ?sin ，光线1与2之间的光程差为o d ?sin ，又由于光线2与'2等光程，所以光线1与'1间的光程差为)sin (sin o r d ??+，以感光板法线为基准，逆时针转至入射光线（不大于90°）的入射角为正，反之为负。
所以干涉条纹间距为：
r o d ??λ
sin sin -=（1）
图1图2
单色发散球面波的干涉
而在通常全息照相中，物光与参考光都是发散球面波。将感光板至于直角坐标系OXY 平面上，如图2，物光光线1、2与参考光线'1、'2。在A 、O 两点处相遇并相干。在O 点附近微小区域，可将这些光线视为一束细小的平行光，两束光在感光板上相遇并干涉，形成与Y 轴方向平行的，间距为d o 的明暗条纹，结合式（1）有：
sin sin O oO rO d λ
φφ=-（2.1）
同理，在A 点附近的微小区域内，条纹间距：
sin sin A oO rO d λφφ=
- （2.2）
2) 投射全息的再现 全息图是以干涉条纹形式记录的物光波，相当于一块有复杂光栅结构的衍射屏，必须用参考光照射才能在光栅的衍射光波中得到原来的物光，从而使物体得到再现。
以光栅发现为基准，逆时针转至入（衍）射光线的入（衍）射角为正，则光栅方程为：
(sin sin )d k θ?λ-=0,1,2,k =±± (3)
其中θ为衍射角，?为入射角。
由相关理论可知，灰度呈正弦分布的光栅结构，其衍射级只能取1±。所以，让与参考光r 完全相同的再现光照射到全息图上，就会在原物处看到与其等大的三维像，实现全息像的再现。
（2） 反射式全息照相
反射式全息照相利用相干光记录全息图，但可以用“白光”照明得到再现像。因为眼睛可以在室内可见光环境中方便地看到原物的虚像，本实验中采用此方法制作全息像,也是用该方法进行二次曝光法测量相关数据。
物光与参考光从底片的正反两面分别引入并在底片介质中形成驻波，在平板乳胶面中形成平行于乳胶面的多层干涉面，由于物光与参考光之间的夹角接近于o 180，故两相邻干涉面间的距离近似为：
2)2/180sin 2λ
λ
=≈o d （(4)
当用波长为632.8nm 的激光作为光源时，这一距离约为0.32微米，会在厚度约为25微米的光致聚合物底板上形成约60-80层干涉面（布拉格面），因而全息图是一个具有三维结构的衍射物体，再现光在这三维物体上的衍射极大值必须满足下列条件：
（1） 光从衍射面上反射时，反射角等于入射角；
（2） 相邻两干涉层之间的反射光光程差必须是λ，如图3，即有布拉格条
件：
2cos L nd θλ?== （5）
式中n 是感光板的折射率。
图3
2. 两次曝光法测定金属的弹性模量：
两次曝光法干涉图要求在同一记录介质上制作两个全息图，它将物体在两次曝光之间的形状改变永久地记录下来。
材料力学相关理论可知，悬臂梁自由端受到集中载荷y F 作用时，梁的中心线（x 轴）上各点，沿x 方向和z 方向的变形略去不计，沿着y 方向位移量按照挠度变形分布理论为：
)3(62
x L EJ x F dy y -=（6）
式中L 为梁的长度，E 为材料的弹性模量，3/12J
bh =为横截面的惯性矩，x 为待测点位置坐标。
按照图4所示的光路图（L 为扩束镜，M 1、M 2为平面镜，H 为干板，P 为铝板，G 为加力装置）组装实验仪器。
悬臂梁未受力时作第一次曝光，则记录下了悬臂梁处于原始状态时的的全息图。第二次曝光记录下加力后悬臂梁的全息图。
再现时，同时复现悬臂梁两个状态下的物光波前，这两个波前发生干涉，得到一簇等光程差的干涉条纹。如图5。
由图5知，梁上某点A ，变形后到达'A 点，位移方向垂直于梁表面，位移量为dy ，两点发出的光波之间的光程差为：
)cos (cos βαδ+=dy （7）
图 4
图 5
根据干涉原理，明纹与暗纹处的位移量分别为：
β
αλcos cos +=k dy （明纹）（8） βαλcos cos )12(+-=k dy （暗纹）（9）
将式（8）与式（6）联立，变形可得弹性模量的表达式：
)cos )(cos 3(62βαλ+-=
x L Jk x F E y （10） 式中3121bh J =
,
b 为梁的宽度，h 为梁的厚度，所以：
明纹处： )cos )(cos 3(232βαλ+-=
x L bh k x F E y （11）
暗纹处： )cos )(cos 3()12(232
βαλ+--=x L bh k x F E y （12）
本实验中α与β近似为零，因此只需要测出b 、h 、y F 以及某一明纹（或暗
纹）沿着梁轴向的位置坐标x ，就可以测出弹性模量E 。
三、 实验仪器
氦氖激光器及电源一套、分束镜一块、平面镜3面、被摄物一个、砝码加载器及待测铝板、载物台、底板架1个、扩束镜2块、透镜1块，白屏1块，纯净水以及质量分数分别为40%，60%，80%，100%的异丙醇溶液若干，竹夹一个，RSP —1型红敏光聚合物全息干板。
注意事项：
1．全息干板必须夹牢固，最好不要有自由端。特别是全息干板面积比较大
时，需要固定自由端以避免震振动；当面积较小时，可以只夹住一端。
2．全息干板必须夹牢固后，应该等待几分钟再拍摄相片，以释放干板的夹
持应力，提高再现像的质量；
3．拍摄光路上的光学元件必须用磁性表座固定，不用的仪器不要放在全息
台上；
4．尽量避免在较大噪声的环境中曝光；
5．曝光时间内，不要在室内走动或者敲击全息台，以免振动影响干涉条纹的质量；
四、实验步骤
1、全息照片的拍摄和全息像的再现
（1）反射式全息照相
按照6所示光路组装反射全息记录光路，OH之间的距离控制在1cm以内，尽量使物体平面平行于H。光路调整好后，遮挡激光安防感光板，H的乳胶面应当正对物体，随后去除遮挡，曝光10—20秒。
图6
（2）冲洗底板
a)将曝光后的感光板用竹夹夹住，放在纯净水中浸泡10s后取出，滤尽水。
b)将感光板依次放入质量分数为40%，60%，80%的异丙醇溶液中各脱水10
—15s后取出，每次进入相邻溶液后，都需将干板上的溶液滤尽。
c)将感光板放入质量分数100%的异丙醇溶液中脱水，直至感光板呈现红色
或黄绿色。
d)滤尽干板上的溶液，迅速将干板用吹风机吹干。
（3）再现像的观察
经吹洗风干的反射全息图在白光下即可看到原物的虚像。
2、 二次曝光法测定铝板的杨氏模量
⑴按照图4所示组装实验光路图，注意铝板与感光板距离尽可能小，感光板的乳胶面要朝向铝板。
⑵物体静止时进行第一次曝光，时间约10s 。随后用砝码加载器给悬臂梁自由端施加适当大小的力y F ，稳定1min 后，进行第二次曝光，时间约15s 。
注意施力方向要与铝板垂直，加力过程动作要轻，不要有振动。然后按照上文所述的方法冲洗底板，之后可以在白光下直接看到干涉条纹，取级数不同的明纹或暗纹，测量条纹所在处x 坐标，然后测定铝板的长度、宽度、厚度，按照式
（11）与（12）计算弹性模量。
五、 数据记录与处理
1、 原始数据记录
铝板参数：长度L=70.1mm ，宽度b=40.5mm ，厚度h=1.7mm ，质量m=15.5g ，632.8nm λ=，0.1519y F mg N ==
2、 数据处理
对于这11组数据，现选取明纹处，使用一元线性回归的方法计算：
根据上述公式：)cos )(cos 3(232βαλ+-=x L bh k x F E
y
此时可以简化为
21134(3)y F x E L x k bh λ=
- 令21
1(3)y x L x =-
0k k N =+，N x =，其中N 为级数 3
4y
E bh B
F λ= 0A Bk =
所以
y A Bx =+
各数据列表如下，表中最后一行代表各项平均值
由一元线性回归知识知： 522 1.3910xy xy
B x x --==?-
所以3
51.3910
4y E bh B F λ-==?
因此3467.2y BF E Gpa bh
λ==
0.993xy x y r -==
说明线性相关性很好
7() 6.0610a u B -===?
34()() 2.9y
a a F u E u B Gpa
bh λ==
mm 5.0=?仪
()10.288675mm
b u x ?==
(
)211133112412E ()0.00205y y b b F x L F x E E u u x Gpa x x k bh k bh λλ???==?=-=??
合成不确定度
() 2.9u E Gpa ===
所以最终表达式为()(673)E u E Gpa ±=±
六、 结果分析
1、误差分析
对于“全息照片的拍摄和全息像的再现”实验，观察一元硬币和小型玩具的全息成像效果，发现各像整体轮廓基本可以看清，但是细节处清晰度欠佳，经分析，其主要原因有：
（1） 系统稳定性对实验结果的影响：由于全息图上所记录的是参考光
和物光的干涉条纹，而这些条纹非常细，在曝光过程中，极小的振
动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清，甚至使干涉条纹完全不能
记录下来。实验中难以保证完全的无振动，因此微小的振动、噪音
都会影响光路系统的稳定性。
（2） 光线漫反射的影响：光线照射到硬币和玩具表面发生漫反射，所
以由部分物光并未和参考光发生干涉，因此丢失这些光的信息，未
完全记录下物体的表面信息
（3） 实验使用镜片的影响：由于实验使用的各个镜片实验前均没有清
洗，扩束镜、平面镜的镜面可能沾有微小的灰尘、污渍，从而影响参考光的传输和照射的均匀性；
（4） 参考光和物光的光强比的影响：全
息照相是物光与参考光的双光束干涉。
对于一般双光束干涉来说，如果12I I =，干涉条纹可得到最大的对
比度，即条纹最低强度为零。当两光同位相时最大强度为4I ，这
对一般线性接受元件是合适的。而对全息照相的记录介质来说，曝
光量和振幅透过率的特性曲线是非线性的，在曲线两端发生奇变（如
右图所示），产生较高阶的衍射光，使衍射效率降低。
另一方面，如果物光比参考光强，斑纹比较显著，产生较大量
的晕轮光围绕零级衍射光，降低了成像的光通量，致使效率降低。
（5） 显影时间的影响：若显影时间太长，会使全息干板发黑，影响再
现效果；若显影时间太短，干板上条纹不易出现，无法显示干涉条
纹。
（6） 显影液的影响：显影液（异丙醇溶液）由于多次使用，质量分数
会有一定量的下降，并且实验是将显影液放在透明烧杯中使用，对
显影液损害较大。
对于“二次曝光法测铝板的弹性模量”实验，资料表明，铝合金板的弹性模量约为72Gpa ，对比实验结果67Gpa ，误差较小，其误差来源有一下几项：
（1）数据测量的误差：
1、 系统误差：
① 实验中要求使用钢尺测量，鉴于钢尺精度较低，很难满足对光学实
验的精度要求，故产生一定的仪器误差。
实验使用的钢尺仪器误差限mm 5.0=?仪，对应的B 类不确定度为
()
10.288675mm b u x ?==
② 本次实验时，鉴于教室温度较低，由于温度的影响，钢尺在使用中
会产生一定的变形而产生误差。本实验钢尺长20cm ，钢尺的线膨胀
系数为51.2510m /m K -? ，室温为9.1
，资料表明，在温度的影
响下，钢尺长t l 满足一下方程：
000)(l t t l l l t -+?+=α
式中0l 为钢尺名义长度，l ?为尺长改正数，α为线膨胀系数，t 与0t 为钢尺检定时温度和测量时温度，0t 为20度，由上式计算出钢尺由于温差引起的B 类
不确定度为51.2510(209.1)0.210000.0157328mm -??-??=
计算可知由于温度的影响而对尺长产生的误差很小。此误差作用到各个刻度上，则引起的误差更小，可以忽略。
2、 偶然误差：
本实验要求测量各级明纹的中心处坐标，而由于人的视觉的局限，做到
完全测量精准十分困难，因此存在不少的偶然误差。也是本实验最重要
的误差来源。
对于测量误差，可以使用多次测量取平均值的方法减小误差。
（2）理论公式近似误差。 理论计算中，对于表达式)cos )(cos 3(62
βαλ+-=x L Jk x F E y ，
α、β均以
近似为0计算。这就产生了一定的系统误差。实际上α、β均不为零，只是由于二者值极小，取0近似计算时产生的误差不大。
从分析的角度看，一般α、β的值不超过2度，那么公式引起的误差约为（令3αβθ?=?=?= ）：
2
34(3)sin 0.056949y F x E E L x Gpa k bh θθθθλ??=?=-?=?
从结果看，此误差很小，对实验结果影响不大，可以忽略。
（3）铝板安装的方位误差。 实验要求铝板竖直放置，并且要求施力方向与梁轴线方向垂直，但实际上很难严格控制，加载时难免有些许偏差，这样梁实际上处于弯压组合变形状态，实际给悬臂梁垂直于轴线方向的力为θcos y F ，假设加力方向有2度偏角，如果继续按照经典梁位移公式计算，则引起的误差约为：
2
3
4(3)(1cos 2)(1cos 2)0.040936y F x E L x E Gpa k bh λ?=--=-= 此误差同样相对较小，实验时尽量做到安装合适即可。
（4）理论误差。
实验中将铝板作为梁，并用梁的相关公式计算结果。
材料力学中，对梁的定义是主要承受弯矩，且轴向尺寸远大于截面尺寸的受力构件，梁可以用二维模型描述。
本实验中所用的铝合金板底面尺寸远大于其厚度（宽度b=40.5mm ，厚度
h=1.7mm ，20b h >），从材料力学角度，本铝板应该算作板而不是梁，对其精确求解应使用板壳理论或有限元理论，而本实验中仍然采用经典梁位移公式，会引入一定的误差。
此处可以使用有autoCAD 对实验用铝板进行简单建模分析。
由软件分析计算可知自由端处位移值最大，为0.0147mm ，按照经典梁位移公式计算出的最大位移为：
335max 390.15190.070112 1.4815100.01481533710.04050.001710
PL y m m mm EI -??===?=????二者之间的相对误差约0.78%。
从软件分析结果看，端部应力最大，产生应力集中，对于全息干涉图的条纹会产生影响，在autoCAD 中可以读出最大应力为560.131kPa ，按照悬臂梁公式，最大正应力为
320.15190.0701610545.8410.04050.0017
m z PL kPa kPa W σ-??==?=? 二者之间的相对误差为2.5%。
由仿真模拟可知，在本次小载荷作用下，本实验使用梁弯曲的公式计算会产生误差，但是误差不大。
2、 改进建议
1) 由上述误差分析可知，本实验最大的误差来源是测量产生的偶然误差，但是
实验中并未要求使用多次测量取平均值的方法减小此误差，而且本实验完成较快，应该在测量中对各级条纹采用多次测量，并且取平均值。
2)保证拍摄系统的稳定性。
在曝光过程中，必须保证拍摄系统的移动不得超过干涉条纹间距的1/4，全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台钢板上，实验中我们发现，当把所有的镜片固定到工作台上之后，上部可调节镜片座固定不牢，螺丝容易松动，此处应更换部分损坏仪器，并且使用更加牢固的镜座。
同时尽量使用底盘较重的工作台以便减少教室同学走动带来的晃动影响。
将各光学元件夹持稳定，将被照物体粘牢在载物台上或夹紧在架上，将曝光定时器离开全息台放置。由于气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化，因此，在准备拍摄前必须远离全息台，保持安静，静止2min 以上再启动曝光定时器，并且在曝光期间尽量不讲话、走动和发出任何声响，保证环境稳定，曝光后再静等20s以上，才能取下干板。
固定被摄物，做到拍摄过程中被摄物没有转动和平移。由于被摄物为小玩具，无法用螺钉等固定，因此利用双面胶、橡皮泥将被摄物与载物台粘接牢固，载物台通过磁力光具座固定在实验平台上，可以有效防止被摄物震动。
3)加强干涉效果。
本实验使用的一元硬币和小玩具，而光线在两者表面均发生漫反射，从而和参考光相干涉的物光就很少。而使用荧光系列的玩具，当光线照射到其表面时，能够将光线均匀的射出，并且荧光物体一般会全身被照亮，从而可以得到更多可以和参考光相干涉的物光，从而记录更多物体表面信息，得到更好的全息图像。
4)保证显影试剂效果。
本实验曝光效果直接影响实验效果，在显影时，实验室中显影液放在日光灯下，此处应使显影液远离光源，甚至用遮光设备遮挡灯光。
3、感想体会
这次实验给我的感触颇深，不仅仅让我学到了关于全息照相的相关知识，同时也让我对于一些精密仪器的调试有了更深远的进步。另外，这次实验也让我对
于实验的态度有了很大的转变。作为工科的大学生，我们很大程度上要具有相当高的动手能力，而这种能力或许比我们的知识能力更重要。这次实验是老师先给我们演示一遍，然后自己动手去做，我在看的时候感觉很简单，但是真正动手的时候却很难顺利的完成实验，这说明看着容易的事情真正实践起来是不那么容易的，这次实验就是一个例子。
另外，全息实验是一个典型的理论联系实践的例子，虽然在很多物理实验中我们只是复现课堂上所学理论知识的原理与结果，但这一过程与物理家进行研究分子和物质变化的科学研究中的物理实验是一致的。在物理实验中，影响物理实验现象的因素很多，产生的物理实验现象也错综复杂。老师们通过精心设计实验方案，严格控制实验条件等多种途径，以最佳的实验方式呈现物理问题，使我们通过努力能够顺利地解决物理实验呈现的问题，考验了我们的实际动手能力和分析解决问题的综合能力，加深了我们对有关物理知识的理解。通过这一节课的学习,我学到了很多东西。物理学是一门与实践息息相关的学科，我们在掌握知识的同时更要去学会如何运用知识。现代的大学生缺少的就是一种将理论运用到实践中的能力，所以通过这次实验，我认识到了这种能力的重要性，而在今后的学习中，我所重点培养的就是这种能力。
在实验层面上，我们要想成功的把一个实验做好，不仅仅需要课上认真的听讲，认真的观察老师的操作。很重要的一部分是我们自己的预习工作，我觉得预习工作真的很重要，没有之前的认真准备，无论怎样的聪明也是无济于事的，机会总是留给又准备的人就是这个意思。而在操作过程中要严格按照实验仪器的操作要求来操作，所有仪器要调整到正确的位置和稳定的状态，在安装和调整仪器时还不能使用书本这些本身就不稳定的物品做垫块，否则容易造成测量数据的分散性,影响实验质量，并且容易在成实验仪器的损坏。在的过程中，经常会出现一些故障或观察到的实验现象与理论上的现象不符，首先应认真思考并检查实验仪器使用是否正确，不正确的及时进行改正,若自己不能解决，应及时请老师来指导，切不可敷衍过关，草草了事，还有读数，需要有足够的耐心和细心，尤其是对一些精度比较高的仪器，读数一定要按照正确的读数方法并且一定要细心。
除了仪器的认识和学习外，我了解到通过全息照相，测量数值是今后工程测量的一个发展方向。在我们专业来说，分析、设计和检测各种器件的可靠性时，
需要做大量的环境试验，而许多试验都是又别的器械测量数据，相对光学来说，精度有所不足，在材料力学类的试验中，有损检测是普遍存在的，而通过全息的干涉测量，很大程度上能保存物体原装，加载较小，受损较小。
本次实验时老师的讲解非常详细，虽然先演示了一遍，但是对于我们实验中出现的问题，老师耐心解答，讲解透彻，在实验碰到的问题上，徐老师能够讲解实验之外的理论，让我们了解到一些实验现象的具体原因。
七、参考资料
《基础物理实验》北京航空航天大学出版社李朝荣徐平唐芳王慕冰
《物理实验教程》湖北科学技术出版社陈国杰谢嘉宁
《对提高激光全息照片质量的研究》潍坊学院学报高金光
《对激光全息照相实验的研究》张潞英，谢嘉宁，伍贤栋，赵慧民
《近代物理实验教程》北京科学出版社木欣熊予莹高长连
完整word版,全息照相实验报告
全息照相实验报告 学院土环学院班级采矿1502 学号41501556 姓名殷苑文 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1.了解全息照相的基本原理； 2.掌握全息照相方法及底片冲洗方法； 3.观察物象再现。 实验仪器 激光器，成套全息照相光具原件及隔振光学平台，白屏，硅光电池及电压表，全息干板，被照物体，显影液和定影液等。 二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 全息记录 由光的波动理论知道，光波是电磁波。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加。因此，任何一定频率的光波都包含着振幅和位相两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图1所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。
北航基础物理实验研究性实验报告_分光仪的调整及应用
北京航空航天大学物理研究性实验报告 分光仪的调整及其应用 第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：
目录 目录 一.报告简介 (1) 二.实验原理 (1) 实验一.分光仪的调整 (1) 实验二.三棱镜顶角的测量 (3) 实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1) 二．实验仪器 (1) 三.实验主要步骤 (2) 实验1.分光仪的调整 (2) 1.调整方法 (2) 2.要求 (4) 实验2.三棱镜顶角的测量 (4) 1.调整要求 (4) 2.实验操作 (5) 实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6) 四.实验数据记录 (6) 五.数据处理 (7) 实验2.反射法测三棱镜顶角 (7) 实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7) 六.误差分析 (8) 七.分析总结 (8) 八.实验改进 (9) 九.实验感想 (10) 十.参考文献及图片附件： (11)
一.报告简介 本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。 二.实验原理 实验一.分光仪的调整 分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。 1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-
全息照相实验报告标准范本
编号：QC/RE-KA5121 全息照相实验报告标准范本 The new situation in operation, especially the emergency, makes the information open and transparent by reporting the details, and then forms a closer cooperative relationship. （工作汇报示范文本） 编订：________________________ 审批：________________________ 工作单位：________________________
全息照相实验报告标准范本 使用指南：本报告文件适合在为规范管理，让所有人员增强自身的执行力，避免自身发展与集体的工作规划相违背，按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度，快速掌握所需了解情况的效果。文件可用word任意修改，可根据自己的情况编辑。 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相
是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个
全息照相实验实验报告
物理与光电工程学院 光电信息技术实验报告 姓名：张皓景 学号： 班级：光信息科学与技术专业2011级2班实验名称：全息照相实验 任课教师：裴世鑫
一、实验目的 1．了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。 2．学习全息照相的拍摄方法和实验技术。 3．了解全息照相再现物像的性质、观察方法。 二、实验仪器 三、实验装置示意图 5底片 图1 全息照相光路 四、实验原理 全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明，利用干涉原理，把物体
在感光材料（全息干版）处的光波波前纪录下来，称为全息图。第二步利用衍射原理，按一定条件用光照射全息图，原先被纪录的物体光波的波前，就会重新激活出来在全息图后继续传播，就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体，而是与原物完全相同的一个三维像。 1．全息照相的纪录——光的干涉 由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可表示为： 2cos(t )r x A πω?λ=+- （1） 式中，A 为振幅，ω 为圆频率，λ 为波长，φ 为波源的初相位。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加： 12cos(t )n i i i i i r x A πω?λ==+- ∑ （2） 因此，任何一定频率的光波都包含着振幅（A ）和位相（ωt+φ-2πr/λ）两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图（1）所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射(或透射)后照射到感光底片(全息干版)上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。 2．全息照相的再现——光的衍射 由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象，而是复杂的干涉条纹，因此全息照片实际上相当于一个衍射光栅，物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像，必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片，这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中，用参考光波照射全息片时，经过底片衍射后有三部分光波射出。 0 级衍射光——它是入射再现光波的衰减。 +1 级衍射光——它是发散光，将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收，就等于接收了原被摄物发出的光波，因而能看到原物体的再现像。
北航实验报告实验实验
实验三UC-OS移植实验 一、实验目的 在内核移植了uCOS-II 的处理器上创建任务。 二、实验内容 1．运行实验十，在超级终端上观察四个任务的切换。 2. 任务1~3，每个控制“红”、“绿”、“蓝”一种颜色的显示，适当增加OSTimeDly()的时间，且优先级高的任务延时时间加长，以便看清三种颜色。 3.引入一个全局变量BOOLEAN ac_key，解决完整刷屏问题。 4. #define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000010) #define RdURXH0（）(*(volatile unsigned char *)0x50000024) 当键盘有输入时在超级终端上显示相应的字符。 三、实验设备 硬件：ARM嵌入式开发平台、用于ARM920T的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。 软件：PC机操作系统Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。 四、实验原理 所谓移植，指的是一个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运行。虽然uCOS-II的大部分源代码是用C语言写成的，仍需要用C语言和汇编语言完成一些与处理器相关的代码。比如:uCOS-II在读写处理器、寄存器时只能通过汇编语言来实现。因为uCOS-II在设计的时候就己经充分考虑了可移植性，所以，uCOS-II的移植还是比较容易的。 要使uCOS一工工可以正常工作，处理器必须满足以下要求: 1）处理器的C编译器能产生可重入代码。 2）在程序中可以打开或者关闭中断。 3）处理器支持中断，并A能产生定时中断(通常在10Hz}1000Hz之间)。 4）处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈。 5）处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器存储和读出到堆栈(或者内存)的指
全息照相实验的报告材料
全息照相实验报告 程子豪 2010035012 少年班01 一、实验目的： 1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2．学习全息照相的操作技术； 3．观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图—全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。
光全息照相实验报告
实验报告实验三十四全息照相 物理学院1300061311 二下 6 组 03 号 2015.4.15 一. 实验目的 1?了解全息照相的基本原理； 2?学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图; 3 ?了解摄影暗室技术. 二. 实验仪器 光学平台，He-Ne 激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和 分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备. 三. 实验原理 全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全 息照相名称的山来?但是，感光乳胶和一切光敬元件都是“相位盲S 不能直接记 录相位?必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接 记录下物光的振幅和相位?直接观察拍好的全息图，看不到像?只有照明光按一定 方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立 体像?故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。下面是透射式全息照 相原理。 1?全息记录 如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了底片所在位 置物光波前的振幅和相位 物光一点发出的球面波波前： 〃0（如刃=人（忑y ）exp ［诫）（兀y ）］ 参考光波前： 则底片上总复振幅: 光强分布： Ig) = UU 感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图?适当控制曝光 量及显影条件，可以使全息图的振幅透过率:与曝光量E （正比于光强1）成线性关 系，即 心,刃=山一例（九y ） ? 2兀 匕(兀 y) = A r exp[/ — ysina] Ug y) = U Q (x.y)+U r (x, y)
北航17系光电子实验报告实验5讲解
光电子技术实验报告
实验五光电池特性实验 一．实验目的： 1．学习掌握硅光电池的工作原理。 2．学习掌握硅光电池的基本特性。 3．掌握硅光电池基本特性测试方法。 二．实验原理： 光电池是一种不需要加偏置电压就能把光能直接转换成电能的ＰＮ结光电器件，按光电池的功用可将其分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池，本仪器用的是测量用的硅光电池，其主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号。 图（20）图（21）如图（20）所示为2DR型硅光电池的结构，它是以P型硅为衬底（即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等），然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光面。如图（21）所示当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合电路中将产生输出电流IL,且负载电阻RL上产生电压降为U。显然，PN结获得的偏置电压U与光电池输出电流IL与负载电阻RL有关，即U=IL?RL，当以输出电流的IL为电流和电压的正方向时，可以得到如图（22）所示的伏安特性曲线。
图（22）图（23）光电池在不同的光强照射下可以产生不同的光电流和光生电动势，硅光电池的光照特性曲线如图（23）所示，短路电流在很大范围内与光强成线性关系，开路电压随光强变化是非线性的，并且当照度在2000lx时就趋于饱和，因此，把光电池作为测量元件时，应把它当作电流源来使用，不宜用作电压源。 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图（25）所示，不同的光电池其光谱峰值的位置不同，硅光电池的在800nm附近，硒光电池的在540nm附近，硅光电池的光谱范围很广，在450～1100nm之间，硒光电池的光谱范围为340～750nm。 图（24）图（25）光电池的温度特性主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况，由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，光电池的温度特性如图（24）所示。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加，因此，当使用光电池作为测量元件时，在系统设计中应考虑到温度的漂移，并采取相应的措施进行补偿。 三．实验所需部件： 两种光电池、各类光源、实验选配单元、数字电压表(4 1/2位)自备、微安表（毫安表）、激光器、照度计（用户选配）。
全息照相实验报告(完全版).docx
实验5.5 全息照相 实验分析： 在这次光学实验中，拍出来的全息照片图像模糊，而且曝光范围小，基本算失败，对此我觉得我们必然在某处有错误，或者是由于实验仪器造成，因此我展开分析，实验失败原因可能有： 1.在曝光过程中有振动或位移，由于全息图上所记录的是参考光 和物光的干涉条纹, 而这些条纹非常细, 在曝光过程中, 极 小的振动和位移都会引起干涉条纹的模糊不清, 甚至使干涉 条纹完全不能记录下来。 2.没有更好的调整好参考光和物光的光程差。参考光和物光的光 程差不能太大也不能太小, 不能大于所用激光的相干长度, 否则两者不能相干, 无法在全息干板上获得干涉条纹。 3.没有更好的调整好参考光和物光的夹角。假设全息干板上干涉 条纹的间距为d, 光源波长为λ。根据干涉原理, d 与参考光 和物光之间的夹角θ关系为, 而干板分辨率 η 与d 的关系为。可以看出, θ愈大, 所记录的干涉条纹就越细, 对干板的分辨率要求越高,故夹角 θ不能太大。而夹角θ对全息图再现像时的观察窗(视角) 有 影响, 夹角大, 可在较大范围内从不同角度观察物象, 反之, 观察窗则小, 因此夹角θ也不能太小。 4.光路中使用过多反光镜导致光强过小，从而影响干涉效果。
5.曝光时间没有控制得很好，曝光时间太长, 导致干板太黑, 光 线的透过率降低。 C C 6.在用清水清洗干版时水温没有严格控制在30-32，影响 实验结果。 7.在显影定影时，冲洗时间不够，导致成像范围过小，成像不清 晰。 实验结论： 实验中获得清晰的再现像的关键是要选用具有良好的相干性和稳定性的激光作为光源。光路的调整更是至关重要的。一个好的光路，既要使物光和参考光能够发生干涉，还要保证干涉条纹间隔清晰，反差合适。所以要首先调整好物光和参考光的光程，以保证干涉能够发生，然后再调整物光与参考光束之间的夹角及物光和参考光的光强比， 保证全息照片的清晰度和反差。另外，在曝光时系统要稳定。
北航数字图象处理实验报告
数字图像处理实验报告 实验二图像变换实验 1．实验目的 学会对图像进行傅立叶等变换，在频谱上对图像进行分析，增进对图像频域上的感性认识，并用图像变换进行压缩。 2．实验内容 对Lena或cameraman图像进行傅立叶、离散余弦、哈达玛变换。在频域，对比他们的变换后系数矩阵的频谱情况，进一步，通过逆变换观察不同变换下的图像重建质量情况。 3. 实验要求 实验采用获取的图像，为灰度图像，该图像每象素由8比特表示。具体要求如下： （1）输入图像采用实验1所获取的图像（Lena、Cameraman）； （2）对图像进行傅立叶变换、获得变换后的系数矩阵； （3）将傅立叶变换后系数矩阵的频谱用图像输出，观察频谱； （4）通过设定门限，将系数矩阵中95%的（小值）系数置为0，对图像进行反变换，获得逆变换后图像； （5）观察逆变换后图像质量，并比较原始图像与逆变后的峰值信噪比（PSNR）。 （6）对输入图像进行离散余弦、哈达玛变换，重复步骤1-5； （7）比较三种变换的频谱情况、以及逆变换后图像的质量（PSNR）。 4. 实验结果 1. DFT的源程序及结果 J=imread('10021033.bmp'); P=fft2(J); for i=0:size(P,1)-1 for j=1:size(P,2) G(i*size(P,2)+j)=P(i+1,j); end end Q=sort(G); for i=1:size(Q,2) if (i 全息照相实验报告 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示： 感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 I(OR)(O*R*)OO*RR*OR*O*RIOIROR*O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t=透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 tt0KI (式3) 北航物理研究性实验报告 专题：模拟示波器的使用及其应用 学号：10151192 班级：101517 姓名：王波 目录 目录 (2) 摘要 (3) 一．实验目的 (3) 二．实验原理 (3) 1.模拟示波器简介 (3) 2.示波器的应用 (6) 三．实验仪器 (6) 四．实验步骤 (7) 1.模拟示波器的使用 (7) 2.声速测量 (8) 五．数据记录与处理 (8) 六．讨论 (10) 摘要 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能直观、动态地显示电压信号随时间变化的波形，便于人们研究各种电现象的变化过程，并可直接测量信号的幅度、频率以及信号之间相位关系等各种参数。示波器是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果的重要仪器，也是调试、检验、修理和制作各种电子仪表、设备时不可或缺的工具。 一．实验目的 1.了解示波器的主要结构和波形显示及参数测量的基本原理，掌握 示波器、信号发生器的使用方法； 2.学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法； 3.学会用连续波方法测量空气速度，加深对共振、相位等概念的理 解； 4.用示波器研究电信号谐振频率、二极管的伏安特性曲线、同轴电 缆中电信号传播速度等测量方法。 二．实验原理 1.模拟示波器简介 模拟示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由阴极射线示波管，扫描、触发系统，放大系统，电源系统四部分组成。 示波管结构图 （1）工作原理 模拟示波器的基本工作原理是：被测信号经Y轴衰减后送至Y1放大器，经延迟级后到Y2放大器，信号放大后加到示波管的Y轴偏转板上。 若Y轴所加信号为图所示的正弦信号，X输入开关S切换到“外”输入，且X轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着Y轴方向信号的提高，由于视觉暂留，在荧光屏上显示一条竖直扫描线。同理，如在X轴所加信号为锯齿波信号，且Y轴没有输入信号，则光点在荧光屏上显示一条水平直线。 基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 全息照相实验报告 班级：XXX ：XXX 学号：XXX 时间：XXX 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、曝光定时器及快门、扩束透镜（两个）、分束器、反射镜（两个）、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波（即物体上各点发出的光波的叠加），借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相（周相）分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示： 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O 表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R 表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R ，如图从而底板上各点的发光强度分布为 ********()()O R I O R O R OO RR OR O R I I OR O R =++=+++=+++ （式1） 式子中，O*与R*分别是O 和R 的共轭量；I 。，IR 分别为物光波和参考光波独立照射底版时 感光底板 光学全息照相实验报告 实验II 光学全息照相 光学全息照相是利用光波的干涉现象，以干涉条纹的形式，把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来，它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏（D.Gabor）即就已提出来了，但直到1960年，随着激光器的出现，获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛，另外还相应出现了微波全息，X光全息和超声全息等新技术，全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。 本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像，了解全息照相的基本原理及特点，学习拍摄方法和操作技术，为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。 实验目的 了解光学全息照相的基本原理和主要特点； 学习静态光学全息照相的实验技术； 观察和分析全息全图的成像特性。 仪器用具 全息台、He —Ne 激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。 基本原理 全息照片的拍摄 全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波，现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示，一列波函数为t i ae y πυ21=、振幅为a 、频率为υ、波长为λ 的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为t i r T t i Be be y πυλπ222==??? ??-的相 干平面单色光波从物体出发，称为物光，以入射角θ同时入射到感光板上，物光与参考光产生干涉，在感光板上形成的光强分布为 ax ab b a I cos 222++= (1) 目录 实验一 (2) 实验二 (8) 实验三 (14) 实验四 (27) 实验一 实验目的：熟悉硬件开发流程，掌握Modelsim设计与仿真环境，学会简单组合逻辑电路、简单时序逻辑电路设计，不要求掌握综合和综合后仿真。 实验内容：必做实验：练习一、简单的组合逻辑设计 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 选做实验：选做一、练习一的练习题 选做二、7段数码管译码电路 练习一、简单的组合逻辑设计 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验代码： 模块源代码： module compare(equal,a,b); input a,b; output equal; assign equal=(a==b)?1:0; endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/1ns `include "./compare.v" module t; reg a,b; wire equal; initial begin a=0; b=0; #100 a=0;b=1; #100 a=1;b=1; #100 a=1;b=0; #100 a=0;b=0; #100 $stop; end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验波形 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验代码： 模块源代码： module halfclk(reset,clkin,clkout); input clkin,reset; output clkout; reg clkout; always@(posedge clkin) begin if(!reset) clkout=0; else clkout=~clkout; end endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/100ps `define clkcycle 50 module tt; reg clkin,reset; wire clkout; always#`clkcycle clkin=~clkin; initial begin clkin=0; reset=1; #10 reset=0; #110 reset=1; #100000 $stop; end halfclk m0(.reset(reset),.clkin(clkin),.clkout(clkout)); endmodule 全息照相实验报告 全息照相实验报告 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示： 感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 I(O R)(O*R*)OO*RR*OR*O*R IO IR OR*O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t=透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 t t0KI (式3) 物象再现是用光照射已经摄制好的全息照片并观察透过光。这个过程称为波 实 验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日 实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目得 通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。 四、实验原理 1.陀螺仪原理 陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为: (1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为 (１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值: (1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即： （１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且 (１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。 五、陀螺仪测试实验步骤 1)标度因数与零偏测试实验 ａ、接通电源，预热一定时间; b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据; 全息照相实验报告 程子豪2010035012 少年班01 一、实验目的： 1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2．学习全息照相的操作技术； 3．观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图—全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。 一、实验目的与实验仪器 实验目的： 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相的方法和冲洗底片的方法 3.观察物像再现 实验仪器： 1.氦氖激光灯，成套全息照相工具元件及防振装置 2.曝光定时器，光点检流计，硅光电池，全息底片 3.被照物体，显影液，定影液等 二、实验原理 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分布，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波（即物体上各点发出的光波的叠加），借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相（周相）分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 相关原理图： （1）实验光路图 物象再现原理 干涉方法制作光栅方法： 三、实验步骤 1.预热激光源，调整光源 各元件大致摆放到各自的相应位臵上, 调整各元件, 使各光束都与台面平行且与各元件中心重合, 开始时不要加扩束镜，测量物光与参考光的光程, 从分束镜开始, 沿着光束的前进方向量至全息干板为止, 按等光程按排光路为好, 光程差不得大于1 cm。 2.检验光照强度，确定曝光时间 3.感光片曝光 将激光器出射的激光遮挡住，装夹好全息干板，使乳胶面向着被拍摄的物体，静置几分钟使防震台不震动后取消遮挡，激光曝光10-20s。特别要注意再曝光过程中绝对不要触及防震台【实验报告】全息照相实验报告
北航物理研究性实验报告——示波器
北航惯性导航综合实验四实验报告
全息照相实验报告
光学全息照相实验报告
北航verilog实验报告(全)
全息照相实验报告
北航惯性导航综合实验一实验报告
全息照相实验报告
全息照相实验报告