實驗報告-格式參考

電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)實驗報告（實驗）課程名稱信息光學(xué)綜合平臺實驗電子科技大學(xué)教務(wù)處制表電子科技大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：學(xué)號： 指導(dǎo)教師:實驗地點： 實驗時間：一、 實驗室名稱：沙河校區(qū)主樓東115室二、 實驗項目名稱：光場的波前檢測系統(tǒng)三、 實驗學(xué)時：6學(xué)時四、 實驗原理：徑向剪切干涉技術(shù)是采用被檢波面本身形成的兩個徑向上錯位的波面產(chǎn)生干涉，不需引入外來參考光。實驗采用的徑向剪切干涉光路如圖2.1所示，呈四邊形結(jié)構(gòu)，與通常采用的三角形光路不同。傳統(tǒng)的三角形光路中反射鏡與水平方向呈不規(guī)則角度，不好調(diào)整，且光束經(jīng)反射鏡反射后，光斑形狀會發(fā)生變化，不便于調(diào)節(jié)和觀察。改成四邊形光路后，光路結(jié)構(gòu)較為對稱，反射鏡都與水平方向成45°角，光路調(diào)節(jié)難度降低，可以減小調(diào)整誤差，而且經(jīng)45°擺放的反射鏡反射后光斑不會變形，易于調(diào)節(jié)和操作。光路由一個分束棱鏡BS,三個反射鏡M1、M2、M3及一個開普勒望遠系統(tǒng)構(gòu)成。望遠系統(tǒng)由兩個凸透鏡L1和L2組成，兩個透鏡分別位于四邊形光路的兩個相對支路中（任意一對支路都可）。設(shè)兩個凸透鏡的焦距分別為f1和f2，它們的比值M=f1/f2<1稱為徑向剪切比。入射光束經(jīng)分束鏡后分成兩路，反射光（用虛線表示）經(jīng)凸透鏡1后由反射鏡1和2反射，射入凸透鏡2得到擴束1/M倍的光束，再經(jīng)反射鏡3和分束鏡反射射出；透射光（用實線表示）經(jīng)反射鏡3射入凸透鏡1，再由反射鏡2和1反射進凸透鏡1得到縮束1/M倍的光束，從分束片透射而出，擴束光束和縮束光束在空中重疊產(chǎn)生剪切干涉條紋，經(jīng)可變光闌濾除未重疊部分后，由面陣CCD相機采集干涉圖樣送入計算機進行處理。為得到對比度鮮明的干涉條紋，分束棱鏡分束比為反射能量:透射能量=（f2/f1）2：1時最合適。為便于信息的提取、抑制噪聲，通常把干涉條紋圖調(diào)制到載波上?？臻g域的相位調(diào)制技術(shù)一般用將波面傾斜的方法對干涉場引入線性載波調(diào)制，可以通過把分束棱鏡旋轉(zhuǎn)一個很小的角度得到。由得到的剪切干涉條紋圖，經(jīng)過特殊的波前重構(gòu)算法就可得出待測光束的波前相位分布。五、 實驗?zāi)康模海?） 了解徑向剪切干涉法測量波前的原理；（2） 了解四邊形徑向剪切干涉法的光路特點和調(diào)節(jié)要素；（3） 調(diào)節(jié)輸入準(zhǔn)平行光、擴束光和略微會聚的光束，測試光波波前分布；六、 實驗內(nèi)容：（1） 熟悉光學(xué)器件調(diào)節(jié)，設(shè)置適當(dāng)光路，獲得準(zhǔn)平行光、擴束光和略微會聚的平行光;（2） 觀察四邊形徑向剪切干涉光路，觀察光束傳播中光斑的變化；（3） 調(diào)節(jié)CCD位置，拍攝不同光束時的干涉圖樣；（4） 對不同光束的干涉圖樣進行計算，獲得光束波前分布。七、 實驗器材（設(shè)備、元器件）：He-Ne激光器一臺（含電源），四邊形徑向剪切干涉光路系統(tǒng)一套，其它光學(xué)元件若干，光學(xué)CCD一個，實驗用微機一套（含自編控制和數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)一套）。八、實驗步驟：（一） 熟悉四邊形環(huán)形剪切干涉光路系統(tǒng)四邊形徑向剪切干涉測試系統(tǒng)的實際光路如圖1所示°He-Ne激光器發(fā)出的細激光束經(jīng)A、L2擴束后，經(jīng)反射鏡M］入射到四邊形環(huán)形剪切干涉系統(tǒng)中，其中L3和乙4位置可變，形成平行出射的擴束光束和縮束光束，在CCD面上形成環(huán)形剪切干涉條紋。圖中L5可以調(diào)節(jié)采集圖像的成像放大率，選用。實驗前，需要調(diào)節(jié)L1和乙2，先輸出近平行光束，用白屏在四邊形光路中觀察擴束光束和縮束光束的形貌和光強，然后輸出擴束光束和略微會聚的平行光束進行觀察。（二） 熟悉系統(tǒng)處理軟件操作設(shè)置適當(dāng)?shù)钠毓鈺r間和對比度后，觀察條紋是否清晰；清晰后對標(biāo)準(zhǔn)平行光入射時的圖樣進行采集（由教師設(shè)置或由平行光標(biāo)準(zhǔn)具測量精確），然后對學(xué)生自行設(shè)置的光束圖樣進行采集。在采集完圖像進入處理界面，處理界面左右兩面分別是參考圖和待測圖的顯示窗口。用鼠標(biāo)在左側(cè)窗口拖動就可以畫出一個紅色的矩形區(qū)域，此區(qū)域以圖像對角線交點為中心，

以邊長作為參數(shù)傳遞給波前重構(gòu)算法。計算完成后，輸出的波前檢測結(jié)果。圖1四邊形徑向剪切干涉測試系統(tǒng)光路示意圖以邊長作為參數(shù)傳遞給波前重構(gòu)算法。計算完成后，輸出的波前檢測結(jié)果。圖1四邊形徑向剪切干涉測試系統(tǒng)光路示意圖九、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析:1.干涉條紋圖樣的獲取結(jié)果設(shè)置光路后，分別記錄平行光的參考干涉條紋圖樣和待測波前的干涉條紋圖樣，如圖2(a,b),使用系統(tǒng)計算獲得波前的相位分布，如圖2(c)。結(jié)果顯示波前為一個中間高，兩端低的相位分布，符合我們的測試使用的相位板特征。(a)參考干涉條紋圖樣(b)待測波前干涉條紋圖樣(a)參考干涉條紋圖樣(b)待測波前干涉條紋圖樣(c)計算獲得的波前

圖2波前檢測結(jié)果【思考題】（1） 分析系統(tǒng)，說明光束波前測試的誤差主要由哪些引起。答：根據(jù)環(huán)形剪切干涉法的測量原理可知，光束波前測試的誤差應(yīng)主要由下列的誤差構(gòu)成：作為標(biāo)準(zhǔn)的平行光自身的平行度誤差；CCD獲得條紋時的本底噪聲；CCD讀取條紋時的位數(shù)誤差；其它的測試誤差，如系統(tǒng)的振動等。（2） 當(dāng)系統(tǒng)確定后，是否還可以提高系統(tǒng)的條紋對比度？答：系統(tǒng)確定一般是指硬件系統(tǒng)確定，因此可以從以下的方便提高系統(tǒng)的條紋對比度:在盡量安靜的環(huán)境中測試，減小環(huán)境的振動帶來的條紋模糊；使用軟件算法，對CCD讀出的條紋進行預(yù)處理，消除圖片的本底灰度，提高條紋的相對對比度；使用軟件算法，對干涉條紋圖片的對比度進行拉伸；換用低噪聲的CCD，消除圖像采集時的噪聲。（3） 系統(tǒng)的測試精度主要由哪些因素決定？答：系統(tǒng)測試精度主要由以下因素決定：作為標(biāo)準(zhǔn)的平行光標(biāo)準(zhǔn)具的測量精度和人員的測試精度；CCD的噪聲大小和位數(shù)精度；光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；光學(xué)元件表面的清潔，減少圖片上的衍射噪聲。十、實驗結(jié)論：通過實驗測試可以確認，使用環(huán)形剪切干涉系統(tǒng)可以有效地測試光場波前的相位。十一、總結(jié)及心得體會：（1） 加深了我對干涉理論在測試方面的應(yīng)用理解。（2） 加深了我對光路調(diào)節(jié)的認識，以及對使用算法