光學基礎實驗四報告

時間：2024-10-08 09:01:41

光學基礎實驗四報告模板三篇

光學基礎實驗四報告模板三篇

光學基礎實驗四報告模板三篇

　　篇一：光學基礎實驗四報告模板(最新版)

　　實驗一簡單信號光發送和接收實驗

　　姓名陳曉莉學號 912104520103 同組實驗者李增時間 2015.9.22

　　一、實驗目的

　　1、了解光纖通信實驗系統的結構及各個模塊的功能。 2、熟悉各個信號測試點。 3、掌握系統調試方法。

　　二、實驗內容

　　1、觀察光通信設備各個功能模塊。

　　2、用示波器觀察光發送模塊和光接收模塊各測試點信號波形。 3、完成系統調試

　　三、實驗原理（簡略敘述）

　　整套系統含1550nm和1310nm兩個波長通道，每個通道均可傳輸模擬信號和數字信號。系統含有模擬信號產生模塊和數字信號產生模塊，模擬信號產生模塊能產生正弦波、三角波和鋸齒波等模擬信號。數字信號主要有方波、CMI碼和本地2M偽隨機序列等數字信號。系統還含有CMI、PCM、HDB3編譯碼電路、誤碼率測試電路等等。

　　四、實驗步驟及現象

　　1、熟悉光通信系統的工作原理及結構組成，熟悉示波器。 2、打開系統電源，觀察電源指示燈是否正常。

　　3、選擇1550nm或1310nm通道進行模擬信號和數字信號傳輸的測試，調節相應點使得接收到的信號不失真。

　　4、記錄各測試點信號波形、幅度及頻率。 5、完成實驗，關閉系統電源。

　　五、實驗數據

　　1、數字信號（方波）發送和接收

　　2、模擬信號（正弦波）發送和接收

　　實驗二光線路CMI碼實驗

　　姓名陳曉莉學號 912104520103同組實驗者李增時間 2015.9.22 一、實驗目的

　　1、了解CMI編譯碼原理。 2、掌握CMI光傳輸原理。

　　二、實驗內容

　　1、完成CMI編譯碼、光傳輸電路調試。

　　2、用示波器觀察各測試點信號波形，比較碼型變化及相位延遲。

　　三、基本原理

　　1、CMI編碼原理

　　CMI（Coded Mark Inversion）即編碼傳號反轉，表18.1給出了其編碼規則，傳號1由11和00交替表示（若前一個1為11，則當前1采用00表示，如此類推），而空號0則固定地用01表示。

　　表18.1 CMI編碼規則

　　圖18.1給出了CMI編碼的波形示例，由于一個碼元變成了二個，因此它屬于二電平的1B2B碼。CMI具有雙相碼的特點，不怕信道相位的反轉（信息碼為“1”時兩個線路碼相同；信息碼為“0”時，兩個線路碼相反，信道相位反轉后，仍有此性質），并且具有一定的糾錯能力，易于實現，易于提取定時時鐘，因此在低速系統中選為傳輸碼型。在ITU-T的G..703建議中，規定CMI為四次群（139.264Mbit/s）的接口碼型。

　　101

　　圖18.1 CMI與二元碼的轉換關系

　　圖18.2給出了CMI的編碼原理框圖，編碼電路接收來自信號源的單極性非歸零碼（NRZ），并把這種碼型變換成為CMI碼送至光發送機。輸入若是傳號，則翻轉輸出；若是空號，則打開門開關，使時鐘反向輸出，電路原理如圖18.3所示。

　　圖18.2 CMI編碼框圖

　　圖18.3 CMI編碼原理電路圖

　　實驗系統中采用了可編程邏輯器件（PLD）來實現CMI的編譯碼。 2、CMI譯碼原理

　　當時鐘和信道碼對齊時，如果輸入的是“11”或“00”，則輸出“1”；如果輸入的是“01”，則輸出“0”。問題的關鍵是怎樣將一系列的碼元正確地2個2個分組。經過傳輸以后的CMI碼首先要提取位同步時鐘，接著抽樣判決。此時CMI碼流和發送的碼流在波形上沒有區別（忽略誤碼情況），但是2個2個分組，卻有兩種不同的情況，一種是正確的，可以得到正確的結果，而另一種則會導致譯碼的錯誤。

　　結合CMI碼流的特點，有兩種可以正確分組的方法：

　　a、如果在碼流中檢測到了0101的，那么可以將緊挨著的2個碼元分為一組；

　　b、

　　如果在碼元中檢測到1到0的跳變后，則可以將下降沿后的2個碼元分為一組。

　　一般情況下，方法b更可以盡快地實現正確分組，接下來就是根據編碼規則進行譯碼了，這里介紹三種具體的解決方案：第一種方案：原理框圖如圖18.4所示：

　　CMICMI

　　圖18.4 方案一原理框圖

　　從位同步時鐘分離出兩路時鐘，它們和位同步時鐘同頻，但是占空比不同，兩路時鐘的占空比都是25％，但是兩者之間相差半個周期，這樣就可以將每組中兩個碼元分開，從而形成第一路和第二路信號，在兩路時鐘信號的正確作用下比較兩路信號，便可以將CMI編譯出來。

　　第二種方案：原理框圖如圖18.5所示：

　　CMICMI

　　圖18.5 方案二原理框圖

　　可以看到，方案二本質上與一是一致的，差別在于找到正確分組的方法，它利用二分頻以后的上升沿和下降沿來讀取兩路信號，即碼流檢測的方法b

　　。

　　第三種方案：原理框圖如圖18.6所示：

　　CMICMI

　　圖18.6 方案三原理框圖

　　這里的譯碼思路稍有變化，CMI碼流經過串并轉換后，在二分頻的位同步時鐘的作用下讀出，進行比較譯碼。

　　四、實驗步驟

　　1、首先將鍵盤功能鍵選擇為“CMI”并按確認鍵確認。

　　2、光發單元A的功能開關KP101、KP102撥向數字端，光收單元A的KP103撥向數字端，KP104撥向PN OUT端，調節RP108，使得TP107的信號幅度調整在3.0V左右，XP105的兩個短路帽分別插入“CMI”和“PN OUT”功能腳位置。 3、測試TP501、TP102/103、TP104/107、TP602d等點波形。 4、對光傳輸前后的CMI碼進行比較。

　　5、對編碼之前和譯碼之后的PN序列進行比較。 6、按實驗報告要求記錄各測試點波形。

　　篇二：光學基礎實驗實驗報告(I) 劉云鵬 912104520140

　　實驗1 光的直線傳播規律

　　報告人劉云鵬同組實驗者無時間未知實驗目的：

　　1. 驗證光的直線傳播規律

　　2. 了解照相機的基本原理

　　一、實驗儀器制作過程及成品描述（詳細）

　　1.用紙卷兩個略有大小不同的圓筒，剛好夠相互套入；

　　2.涂黑期內表面保證不透光且無內表面反射；

　　3.將大的圓筒一端用黑色電工膠帶封閉，并戳一個針孔，在小的圓筒一端貼一張薄

　　的白紙作觀察屏；

　　4.完成的觀察器由粗細兩伸縮圓柱筒構成，白紙上有倒像。

　　二、實驗原理：（簡略敘述）

　　小孔相機運用光的直線傳播原理，一個極小的孔將遠處傳來的光限制成為一束及細光線，物體上不同部位發出的光線通過小孔到達屏幕成像；在光具座上，設置相應試驗系統，驗證分析小孔成像。

　　三、實驗步驟及現象（詳細）

　　步驟：1.制作小孔成像實驗裝置；

　　2.在光具座上依次放置光源，物屏，小孔成像，測量顯微鏡等，觀察物屏上

　　的圖案在小孔后紙屏上的位置和大小，并用測量顯微鏡測量物，像，小孔間的距離和物象大小關系；

　　現象：物體或觀察屏距小孔越遠像越模糊，觀察屏距小孔越遠像越大，越模糊。

　　四、自問自答

　　小孔成像有“景深”問題嗎，為什么?

　　小孔成像無“景深”問題，因為其成像為光沿直線傳播原理，而非透鏡改變光路實現會聚的原理。

　　實驗2 三棱鏡的角度與色散測量

　　報告人劉云鵬同組實驗者蒿嶺，于振華時間2014.9.2 實驗目的：

　　1．了解分光儀的構造原理，學會正確使用分光儀

　　2．掌握棱鏡角度測試的原理和方法

　　3．了解光的折射與棱鏡色散現象

　　一、實驗儀器：（儀器名稱及儀器編號、樣品描述）

　　分光儀，反光鏡，三棱鏡

　　二、實驗原理：（簡略敘述）

　　1.角度測量原理：

　　用分光儀測量棱鏡頂角采取兩種方法

　　用調好的望遠鏡對準夾棱鏡頂角的兩個面，使得返回的十字像在分劃板上重合，記錄下望遠鏡的兩個角度讀數，望遠鏡轉過的角度與頂角互補。

　　2.最小偏向角法原理：

　　如圖，P為頂點，兩邊是折射面，夾角α作三棱鏡的頂角。光線由AB入射，經過

　　兩次折射沿DE方向射出，AB與DE夾角為δ偏向角δ=∠FBD+∠FDB=I1-I2'-α，因為頂角α=I1'-I2，δ具有最小值，當且僅當I1=I2'時，此時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的，由sin

　　折射率n。

　　三、分光計調整過程及其涉及的光學、機械原理（詳細）

　　調望遠鏡對向無窮遠，此時反射鏡應正直地放在物臺上。放反射鏡時應使反射面壓住一只支撐螺釘，且與另兩只支撐螺釘的連線垂直，

　　調望遠鏡光軸垂直于儀器轉軸；調望遠鏡的豎分劃板平行于儀器轉軸，應用表面平行與儀器轉軸的反射鏡檢驗，當反射鏡稍稍轉動時若小十字孔的反射像始終沿分劃板上方的橫線移動，表明已經調好，否則要轉動目鏡筒，把望遠鏡分化轉正，轉動時必須先松開定位螺釘調節時絕不能破壞調焦狀態（分劃板只能旋轉，不能前后移動）

　　用望遠鏡校準平行光管。首先轉平行光管狹縫（先松開定位螺釘）至水平狀態，調俯仰至縫像（此時的像并不要很清晰）與望遠鏡自準直分化的中央橫線等高，然后轉成豎直，調狹縫前后位置至出射平行光，且使狹縫像與望遠鏡豎分劃平行無視差，最后鎖緊定位螺釘。

　　調狹縫的寬，使縫像約等于分劃豎線寬度的3倍。在此三步中都要用到反射鏡，為了便于調整仰俯，反射鏡面和物臺的兩個支撐螺釘連線垂直是非常必要的。在每一步調解中應嚴格分清誰是標準，誰被校準，千萬不要不經意地調動已處于標準狀態的零部件。

　　四、色散及角度測量過程中的現象（詳細）

　　α?δmα?nsin，因此，測出α，δm，即可求三棱鏡對該光22

　　將三棱鏡置于載物臺上，并使三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為60°。用光源照亮狹縫，根據折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛在此方向觀察，可看到平行的彩色譜線，然后慢慢轉動載物臺，同時注意譜線的移動情況，轉動載物臺時，使望遠鏡一直跟蹤譜線，在該譜線逆轉移動時，擰緊游標盤制動螺絲，調節游標盤制動螺絲，找到最小偏向角的位置。

　　本實驗由于時間關系未能測出最小偏向角。

　　五、自問自答

　　1.在調整分光儀時，為什么十字光標不能對準分劃板刻度線中心？

　　因為十字光標為像，而對應的物在分劃板刻度線中心之下，要保證反射鏡豎直，十字光標就必須出現在分劃板刻度線中心以上。

　　2.在調整好后為什么要使眼睛左右晃動？

　　為保證十字光標在望遠鏡物鏡焦平面上。

　　3.為什么要調整棱鏡的棱線與轉臺軸平行？

　　保證在測量最小偏向角時轉動載物臺譜線不會從視野里消失。

　　實驗3 望遠鏡的分解與結合

　　報告人劉云鵬同組實驗者蒿嶺,于振華時間實驗目的：

　　1．了解雙眼儀器的構造原理及主要光學零件組成及功能（目鏡、物鏡、棱鏡）

　　2．學習望遠鏡的裝配調整

　　3．掌握光學零件的擦拭、清潔方法

　　一、對實驗工具、樣品的描述

　　螺絲刀，零散的望遠鏡零部件

　　二、實驗原理：（簡略敘述望遠鏡的光學與機械結構原理、調整原理）

　　望遠鏡由物鏡目鏡，轉向棱鏡構成，通過調整目鏡位置可調焦

　　三、望遠鏡分解與結合過程的描述

　�。ㄐ枰敿氝^程，圖文并茂）

　　1.目鏡零件

　　2.組裝好的目鏡物鏡，其他零件

　　3.組裝目鏡物鏡和望遠鏡主體支架

　　篇三：基礎光學實驗實驗報告

　　基礎光學實驗

　　一、實驗儀器

　　從基礎光學軌道系統，紅光激光器及光圈支架，光傳感器與轉動傳感器，科學工作室500或750接口，DataStudio軟件系統

　　二、實驗簡介

　　利用傳感器掃描激光衍射斑點，可標度各個衍射單縫之間光強與距離變化的具體規律。同樣可采集干涉雙縫或多縫的光強分布規律。與理論值相對比，并比較干涉和衍射模式的異同。理論基礎

　　衍射：當光通過單縫后發生衍射，光強極�。ò迭c）的衍射圖案由下式給出

　　asinθ=m’ λ （m’=1,2,3,….）（1）

　　其中a是狹縫寬度，θ為衍射角度，λ是光的波長。

　　下圖所以為激光實際衍射圖案，光強與位置關系可由計算機采集得到。衍射θ角是指從單縫中心到第一級小，則數。

　　m’為衍射分布級

　　雙縫干涉：當光通過兩個狹縫發生干涉，從中央最大值（亮點）到單側某極大的角度由下式給出：

　　dsinθ=mλ （m=1,2,3,….）（2）

　　其中d是狹縫間距，θ為從中心到第m級最大的夾角，λ是光的波長，m為級數（0為中心最高，1為第一級的最大，2為第二級的最大…從中心向外計數）。如下圖所示，為雙縫干涉的各級光強包絡與狹縫的具體關系。

　　三、實驗預備

　　1.將單縫盤安裝到光圈支架上，單縫盤可在光圈支架上旋轉，將光圈支架的螺絲擰緊，使單縫盤在使用過程中不能轉動。要選擇所需的狹縫，秩序旋轉光柵片中所需的狹縫到單縫盤中心即可。

　　2、將采集數據的光傳感器與轉動傳感器安裝在光學軌道的另一側，并調整方向。 3、將激光器只對準狹縫，主義光柵盤側靠近激光器大約幾厘米的距離，打開激光器（切勿

　　直視激光）。調整光柵盤與激光器。

　　4、自左向右和向上向下的調節激光束的位置，直至光束的中心通過狹縫，一旦這個位置確定，請勿在實驗過程中調整激光束。

　　5、初始光傳感器增益開關為×10，根據光強適時調整。并根據右圖正確講轉動傳感器及光傳感器接入科學工作室500.

　　6、打開DataStudio軟件，并設置文件名。四、實驗內容 A、單縫衍射

　　1、旋轉單縫光柵，使激光光束通過設置為0.16毫米的單縫。

　　2、采集數據前，將光傳感器移動衍射光斑的一側，使傳感器采集狹縫到需要掃描的起點。 3、在計算機上啟動傳感器，然后慢慢允許推動旋轉運動傳感器掃描衍射斑點，完成掃描后點擊停止傳感器。若果光強過低或者過高，改變光傳感器（1×，10×，100×）。 4、使用式（1）確定狹縫寬度：

　　(a)測量中央主級大到每一側上的第一個極小值之間的距離S。 (b)激光波長使用激光器上的參數。

　　(c)測量單縫光柵到光傳感器的前部之間的距離L。

　　(d)利用以上數據計算至少兩個不同的最小值和平均的答案。分析計算結果與標準縫寬之間的誤差以及主要來源。 B、雙峰衍射

　　1、將單縫光柵轉為多縫光柵。選擇狹縫間距為0.25mm(d)和狹縫官渡0.04mm(a)的多縫。 2、采集數據前，將光傳感器移動衍射光板的一側，是傳感器采集狹縫到需要掃描的起點。 3、在計算機上啟動傳感器，然后慢慢允許推動旋轉運動傳感器掃描衍射斑點。完成掃描后點擊停止傳感器。如光強過低或者過高，改變光傳感器（1×，10×，100×）。 4、利用DataStudio軟件來測量主極大到一側第一、二、三次極大的距離，并測量整個包絡寬度。

　　5、測量最大的中心之間的距離和第二次和第三次的最大側。測量距離從中央最高最低衍射（干擾）模式。

　　6、使用式（2）確定縫間距：

　　(a) 測量中央主級大到每一側上的第n個極大值之間的距離Hn（n=1,2,3）。 (b)測量單縫光柵到光傳感器的前部之間的距離L。

　　(c)確定”d”值，使用第一，第二和第三的最大值，求”d”平均值。分析實驗值與標準縫間距的誤差。

　　7、確定狹縫寬度，使用式（1）根據主級包絡到第一級包絡的距離，計算雙縫縫寬，并與標準值對比。

　　8、選擇兩組其他雙縫，重復上述步驟。

　　五、實驗數據與處理單縫衍射：

　　SL=0.0042m； SR=0.0040m； L=101.50cm; 僅當λ=650nm;

　　由式（1）算得aR=1.649×10m；aL=1.572×10m；a=1.611×10m 計算誤差ΔR=(1.649-1.600)/1.600=3.06%ΔL=(1.600-1.572)/1.600=1.75%

　　-4

　　Δ=(1.611-1.600)/1.600=0.69%

　　實驗誤差主要來源于：圖像的取值讀數的誤差，移動傳感器速度的不穩定的影響，以及系統