实验六： CCD多道光强分布测量
光强分布测量实验报告
光强分布测量实验报告引言光强分布测量是光学实验中常用的一种手段。
通过测量光强的分布情况，可以了解光源的亮度、方向性以及光束的聚焦情况等信息。
本实验旨在通过测量不同光源的光强分布情况，并分析实验结果，探究光源的特性和光学仪器的使用方法。
实验材料和仪器- 可调节的光源- 光强分布测量仪器- 数据记录仪- 角度测量仪器实验步骤1. 将光源置于适当的位置，并调节光源的亮度。
2. 将光强分布测量仪器置于光源的前方适当位置，并将其与数据记录仪连接好。
3. 启动数据记录仪，并进行初始校准，以确保测量结果的准确性。
4. 选取适当的测量位置，将角度测量仪器与光强分布测量仪器进行配合，测量不同角度下的光强。
5. 重复步骤4，测量不同位置下的光强分布情况，并记录数据。
6. 根据实验数据，绘制光强分布曲线，并分析实验结果。
实验结果和分析经过实验测量，我们获得了不同角度和位置下的光强分布数据。
根据测量数据，我们绘制了光强分布曲线，并对实验结果进行了分析。
首先，我们可以观察到在光源正前方的位置，光强最强，随着角度的增加，光强逐渐减小。
这一结果符合我们的预期，说明光源辐射光的方向性较强。
其次，我们可以观察到在离光源较远的位置，光强分布呈现出较为均匀的趋势。
而在离光源较近的位置，光强分布不均匀，呈现出中央亮度高、周围亮度较低的特点。
这一现象说明光源的聚焦效果不佳，光线难以有效地集中在一点上。
此外，我们还观察到在不同光源下，光强分布曲线呈现出一定的差异。
不同光源在亮度和方向性上的差异会直接影响到光强的分布情况，从而导致光强分布曲线的差异。
因此，在进行光强分布测量时，需要对不同光源进行适当的选择和调整。
结论通过光强分布测量实验，我们得出以下结论：1. 光源的亮度和方向性对光强分布有重要影响，光源辐射的方向性越强，光强分布曲线的形状越明显。
2. 光源的聚焦效果直接影响光强分布的均匀性，较好的聚焦效果能够使光强分布更加均匀。
3. 不同光源的光强分布曲线存在差异，根据实际需要选择合适的光源进行测量。
光强分布的测量实验报告
光强分布的测量实验报告光强分布的测量实验报告引言光是我们日常生活中不可或缺的一部分，而了解光的特性对于很多科学研究和技术应用都至关重要。
光强分布是指光在空间中的强度变化情况，它对于光的传播和衍射现象有着重要影响。
本实验旨在通过测量光强分布，深入了解光的特性，并探索光在不同介质中的传播规律。
实验方法1. 实验器材准备为了测量光强分布，我们需要准备以下器材：激光器、光电二极管、光屏、光强测量仪等。
2. 实验设置将激光器置于实验室中央，调整其位置和角度，使得激光束尽可能垂直地照射到光屏上。
在激光束出射方向上放置光电二极管，并将其连接到光强测量仪上。
3. 实验步骤a. 打开激光器，并调整其功率，使得激光束的强度适中。
b. 将光屏放置在激光束的传播路径上，确保激光束能够均匀地照射到光屏上。
c. 将光电二极管放置在离光屏一定距离的位置上，并将其与光强测量仪连接好。
d. 打开光强测量仪，并进行校准。
e. 将光电二极管沿着光屏上的一条直线移动，同时记录下每个位置对应的光强数值。
f. 重复以上步骤，改变光屏和光电二极管的相对位置，测量不同条件下的光强分布。
实验结果与讨论通过实验测量，我们得到了不同位置处的光强数值，并绘制出了光强分布曲线。
在理想情况下，我们预期光强应该呈现出中心亮度高、向周围逐渐减弱的分布形态。
然而，在实际测量中，我们发现光强分布曲线并不完全符合这一预期。
首先，我们观察到在光束中心位置，光强确实较高，符合我们的预期。
然而，随着距离光束中心的远离，光强并没有像预期的那样逐渐减弱。
相反，我们观察到在一定距离后，光强开始出现周期性的变化。
这种现象可以解释为光的衍射现象，即光波在通过障碍物或边缘时发生弯曲和扩散。
此外，我们还发现光强分布曲线的形状与光屏和光电二极管的相对位置有关。
当光电二极管与光屏的距离较近时，我们观察到光强分布曲线更加集中，而距离较远时，曲线更加扩散。
这说明光在不同介质中的传播会受到介质的影响，光的传播路径会发生变化。
用CCD光强分布测量仪观测光的夫琅和费衍射
用CCD光强分布测量仪观测光的夫琅和费衍射摘要：本实验以观察衍射现象和研究衍射的光强分布情况为目的，探讨光栅衍射现象的利用问题。
我们通过CCD光强分布测量仪观察光强分布，并利用夫琅和费衍射的分布规律实现微小长度的测量。
在精心的实验后我们根据测得的光栅图样及数据结果，测出了缝的宽度和入射波长。
关键词：CCD光强分布仪；夫琅和费衍射；测微0 引言的干涉和衍射现象，为光的波动学说提供了有力的证据。
特别是光的衍射，不仅为光的本性的研究提供了重要的实验依据，还深刻反映了光子（或电子等其他量子力学中的微观粒子）的运动受测不准关系的制约，也是光谱分析、晶体分析、全息技术、光学信息处理等近代光学技术的实验基础。
利用以CCD器件为核心构成的光电传感器观测光的衍射现象导致的光强在空间的分布变化情况，是近代技术中常用的方法之一。
因此我们为学习CCD光强分布仪的使用方法，加深对衍射现象的了解，设计并进行了本实验。
1 衍射现象衍射物与光源和接受屏的距离都是无穷远时，或者说照射到衍射物上的入射光和离开衍射物的衍射光都是平行光时的衍射称为夫琅和费衍射（远场衍射）。
在实验室条件下，用激光作为光源，将观察屏（或光电探测器）放在较远处，就可以满足夫琅和费衍射的远场条件。
缝的衍射分为单缝衍射、双缝衍射和多缝衍射，其衍射图样各有区别。
单缝衍射如图（1）所示，波长为λ的激光束垂直照射到宽度为a的狭缝上，则在与狭缝相距为L的观察屏上产生衍射图样。
光轴上是中央条纹的中心，其光强为I0。
光强分布有如下规律：○1衍射角α=0时，屏上的光强为最大值，称中央主极大。
○2衍射角满足a sinα=kλ(k ∈Z)时，光强为极小值，及屏上出现暗纹。
k为级次。
图（1）双缝衍射及多缝衍射如图（2）所示，双缝衍射的图样显示出干涉图样受衍射的调制的结果。
在sinθ=kλ/d时为干涉极大，干涉极大若出现在衍射极小的位置上时，合光强为零，干涉极大消失，出现缺级现象，缺级发生在(a+b)/a的整数倍级次上。
光强分布的测量
实验6－21 光强分布的测量实验目的⑴ 观察衍射、干涉、偏振光等现象。
⑵ 测量衍射、干涉、偏振光等的光强分布。
⑶ 验证马吕斯定律。
实验原理光的衍射现象是光的波动性的重要表现。
根据光源及观察衍射图象的屏幕（衍射屏）到产生衍射的障碍物的距离不同，分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种，前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射，即所谓近场衍射；后者则为无限远时的衍射，即所谓远场衍射。
于无限远），即要求照射到单缝上的入射光、衍射光都为平行光，屏应放到相当远处，在实验中只用两个透镜即可达到此要求。
实验光路如图1所示，与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0与光轴方向成φ角的衍射光束会聚于屏上P A 处，P A 的光强由计算可得：)sin (;sin 220λφπβββb I I A == （1）式中，b 为狭缝的宽度，λ波长，φ为衍射角，当φ=0时，I =I 0这就是平行于光轴的光汇聚处，亮条纹的中心点的光强，当β=K π，即：....3,2,1sin ±±±==k bKλφ（2时，I =0应的位置为暗条纹中心。
用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度b 一般很小，这样就可以不用透镜L 1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即D 远大于b ）则透镜L 2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图2，这时，D x /tan sin =≈≈φφφ （3）由（2）、（3）二式可得x D K b /λ= （由以上可见：⑴ 中央亮条纹的宽度被k =±1的衍射角所确定，即中央条纹的角宽度为：bλφ2=∆ （⑵衍射角φ与缝宽b 足够大时（b >>λ）可以忽略，从而可将光看作沿直线传播。
⑶对应任何两相邻暗条纹，Δφ=λ/b ，即暗条纹是以P 0右对称分布的。
⑷除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，他们的宽度是中央亮条纹宽度的二分之一，由数学计算可得出这些次极大的位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大的相对光强I/I 0依次为0.047，0.017，0.008，…夫琅禾费衍射的光强分布如图3所示。
06 CCD传感器工作原理及光强分布的测量
[3] 陈飞明, 曹万民, 韩 苏雷. 衍射光 强分布规 律的计算机 采 集与分析[ J] . 洛阳工学院学报, 2000, 21( 2) : 73276.
1责任编辑 强志军2
式中l为细缝到接收光敏元件的距离k为入射激光波长为被测细缝直径由式知暗条纹是以中央明纹为对称轴等间隔左右对称分布的任意两条相邻暗纹间的宽度ka所以中央明纹宽度式及husinhd3为k采光窗外减小减光器的减光量让更多暗纹出现在数显示波器上
第 34 卷 专辑 2006 年 6 月
陕西师范大学学报( 自然科学版) Journal of Shaanxi Normal U niversity ( Natural Science Edit ion)
尽区将进一步向半导体内延伸. 将半导体电子吸引 到表面, 形成一层极薄( 约 10- 2Lm) 但电荷浓度很 高的反型层. CCD 中电荷从一个位置转移到另一个 位置, 在开始时刻, 有一些电荷存储在偏压为 10 V 的第一个电极下的势阱中, 其它电极上均加有大于 阈值的较低电压. 经过 t 1 时刻后, 各电极上的电压 发生变化, 电荷包向右移动. 将按一定规则变化的电 压( 如外部的时钟电压) 加到 CCD 各电极上, 电极下 的电荷包就沿 半导体表面按一定方向 转移到输出 端, 实现图像的自扫描, 从而将照射在 CCD 上的光 学图像转换成电信号图像, 直接显示图像全貌.
的衍射角, 由此决定了中央明纹的宽度 $ H= 2aK, 其 余相邻各级暗纹宽度 $ Hk = aK, 所以中央明纹宽度 是其它各级暗纹宽度的 2 倍.
212 缝宽测量原理
用激光衍射细缝时会产生衍射图样, 用阵列光
电转换器件对衍射图样进行接收, 展示光强分布全
貌, 可测出暗纹的间距, 从而计算出细缝的宽度.
光强分布的测量
光强分布的测量实验一、实验目的１．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
２．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
３．学会用衍射法测量微小量。
4．验证马吕斯定律。
二、实验原理如图1所示，图1 夫琅禾费单缝衍射光路图与狭缝E 垂直的衍射光束会聚于屏上P 0处，是中央明纹的中心，光强最大，设为I 0，与光轴方向成Ф角的衍射光束会聚于屏上PA 处，PA 的光强由计算可得：式中，b 为狭缝的宽度，λ为单色光的波长，当0=β时，光强最大，称为主极大，主极大的强度决定于光强的强度和缝的宽度。
当πβk =，即：220sin ββI I A =)sin (λφπβb =bKλφ=sin ），，，⋅⋅⋅±±±=321(K时，出现暗条纹。
除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由数学计算可得出现这些次极大的位置在β=±1.43π，±2.46π，±3.47π，…，这些次极大的相对光强I/I0依次为0.047，0.017，0.008，…图2 夫琅禾费衍射的光强分布夫琅禾费衍射的光强分布如图2所示。
图3 夫琅禾费单缝衍射的简化装置用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度b 一般很小，这样就可以不用透镜L 1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即D 远大于b ）则透镜L2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图3，这时，由上二式可得三、实验装置激光器座、半导体激光器、导轨、二维调节架、一维光强测试装置、分划板、可调狭缝、平行光管、起偏检偏装置、光电探头、小孔屏、数字式检流计、专用测量线等。
Dx /ta n s i n =≈φφxD K b /λ=图4 衍射、干涉等一维光强分布的测试四、实验步骤1. 接上电源（要求交流稳压220V ±11V ，频率50H Z 输出），开机预热15分钟；2. 量程选择开关置于“1”档，衰减旋钮顺时针置底，调节调零旋钮，使数据显示为－.000； （一）单缝衍射一维光强分布的测试1、 按图4搭好实验装置。
CCD的性能测试实验报告
CCD的性能测试实验报告一．实验目的：测试CCD的性能参数（暗流，曝光时间和制冷温度）并找到它们的关系。
二．实验原理；CCD是电耦合器件：组成电荷耦合器件的基本元件(光敏元件)是电荷贮存电容器，它采用电荷耦合的方法将二维的信号输出CCD性能优良，这主要表现在：①量子效率高：这是它最大的优点，平均而言量子效率可达30%～50%，大约是一般照相底片的100倍；最高可达90%。
②分光相应范围宽：CCD的分光响应范围为400～1100nm，比一般照相乳剂的灵敏波段范围（350～700nm）向近红外波段延展了很多。
③线性好：成像强度与入射光流量成正比，而且有很好的线性关系。
④动态范围宽：动态范围是指可探测的最暗星与最亮星的星等差。
CCD的动态范围可达105，远远优于底片。
⑤分辨本领高。
像素的尺度越小分辨率越高。
目前生产的CCD其像素尺度为9～25μm ，这与细颗粒的底片分辨本领相当。
CCD使用中也存在一些需要注意解决的问题和困难：①CCD成像面积越大技术制造上越困难；采用小面积拼接的办法也需要尖端技术的支持。
②存在零秒曝光，即在不露光的情况下，由于栅偏压而引起的电子潜像也存在，这应在观测资料处理中加以扣除。
③CCD与光电倍增管一样也有暗流，即在无光照时也有输出。
暗流随温度而改变，一般每降低5～7℃，暗流就减小一半。
所以应将器件冷却到足够低的温度。
专业应用的CCD常用液氮（装在杜瓦瓶内）制冷，使温度低于 -110℃；业余观测使用的CCD系统，多采用半导体制冷。
观测时需要单独测定暗流，并在资料处理中加以扣除。
④CCD器件各个像素的量子效率不一，这种基底（也叫“平场”）的不均匀性会造成成像失真。
因此观测天体之后通常要测定平场，即利用一均匀光源照射或对天空背景进行单独观测，存储其图像，然后在资料处理中加以扣除掉（天体的图像除以平场）。
本实验主要对暗流拍摄和分析，使用ST7和ST9种型号。
三．实验步骤1.将CCD与计算机连接，将CCD连线连接在计算机的USB口上2.给CCD和计算机加电，启动CCD和计算机3.启动CCDops for Windows 软件。
CCD光电测量实验报告
CCD光电测量实验报告一、实验目的本次实验旨在利用CCD光电测量仪对光的强度进行测量，并探究光强与入射光源强度、光透过介质厚度之间的关系。
二、实验原理CCD光电测量仪是一种利用CCD传感器对光信号进行接收和处理的仪器。
在实验中，我们使用的CCD光电测量仪由一个光电二极管和一个CCD传感器组成。
当光线入射到光电二极管上时，产生的电流信号经过放大和数字化处理后，可以得到与光强相关的电压值。
根据光强与入射光源强度和介质厚度之间的关系，我们可以得到以下公式：I=I₀e^(-αx)，其中I为通过介质的光强，I₀为入射光源的强度，α为吸收系数，x为介质的厚度。
三、实验步骤1.将光源与CCD光电测量仪连接起来，确保光线可以正常射入光电二极管。
2.打开CCD光电测量仪的软件，将测量仪初始化，并进行预热。
3.调整光源的强度，使得在测量时可以得到较高的信号强度。
4.在CCD光电测量仪的软件中设置测量参数，包括采样频率和采样时间等。
5.将待测介质放置在光源和CCD光电测量仪之间，并调整介质的厚度。
6.开始测量，并记录测量结果。
四、实验结果和分析通过实验我们获得了一系列的测量数据，并利用这些数据绘制了光强随介质厚度变化的曲线图。
根据图中的曲线，我们可以看出光强随着介质的厚度增加而减小，符合指数衰减的规律。
同时，我们还可以利用测量的数据拟合出吸收系数α的取值。
通过进一步的分析，我们发现光强与入射光源强度之间的关系不是线性的，而是服从指数衰减的规律。
这是因为光在介质中会被吸收、散射等过程所影响，导致光的强度随着传播距离的增加而减小。
五、实验总结本次实验使用CCD光电测量仪对光强进行测量，得到了光强与入射光源强度、介质厚度之间的关系。
通过实验我们发现，光强随着介质厚度的增加而减小，符合指数衰减的规律。
这为我们进一步研究光在介质中传播和吸收的过程提供了一定的理论依据。
在实验过程中，我们还发现了一些问题，例如实验中产生的误差以及测量过程中的误差。
光强分布的测量
光强分布的测量光强是指光线在单位面积上的能量，是光学中的一个重要参数。
光强的测量是光学技术中常见的实验方式，可用于研究光线的传播规律、探究材料的光学性质等。
本文将介绍光强分布的测量，包括测量方法、仪器及应用领域等方面。
光强分布的测量方法主要有以下几种：1、直接测量法直接测量法是通过特定的测量仪器对光线进行测量，得出光线的光强数据。
例如，光电管测量仪器和光计等仪器可以直接测量光线的光强，通过这些仪器可以快速、简单地进行光强分布的测量。
但是需要注意的是，由于光线的强弱差别很大，所以在实际测量中需要根据实际情况调节测量仪器的灵敏度来保证数据的准确性。
2、干涉法干涉法是通过光干涉现象来测量光强分布的一种方法。
这种方法需要使用干涉仪，将两条光线进行干涉，然后根据干涉条纹的形状和强度来推算出光线的光强分布。
干涉法具有高精度、高稳定性等优点，可以应用于光学领域的很多实验研究中。
3、散斑法散斑法是通过散斑的形成来推算出光线的光强分布。
散斑是指光线在穿过一个不透明物体或介质时，在物体或介质背面产生的不规则光斑。
使用散斑法测量光强分布需要使用散斑板或散斑屏等仪器，利用像场显微镜、摄像机等设备观察散斑图样，再进行分析计算。
光强分布的测量仪器有很多种类，具体的选择需要根据实验需要和测量对象来确定。
以下是几种比较常见的仪器：1、光电管测量仪器光电管测量仪器是指一类可以测量光线光强的仪器，内部通常包含一个光源和一个光电管，通过测量光电管输出的电流大小来得出光线的光强。
光电管测量仪器具有精度高、操作简单等优点，常用于光学实验室中的各种实验测量。
2、光计光计是一种通过干涉计算光线光强的仪器。
内部通常包含一个激光器、半透镜、物镜、接受器、探测器、计算机等设备，通过干涉计算的方式来推算出光线的光强分布。
光计具有精度高、稳定性好等优点，常被应用于高精度光学测量中。
散斑板是一种可以制造出散斑效应的光学仪器。
其表面一般被镀上特殊的光学膜，在光线照射下会产生散斑现象。
光学多道测量
光学多道测量光谱【摘要】光学多通道分析器（Optical Multichannel Analyzer）简称OMA，是一种采用多通道快速检测和显示微弱光谱信号的电子光学仪器。
本实验使用汞灯与与汞的特征波长对光学多通道分析器进行定标。
并用定标后的仪器对钠光、氘光波长进行测量。
【关键字】多通道测量、CCD、光谱【正文】一、实验原理1、电荷耦合器件(CCD)电荷耦合器件(Charge—Coupled Device)是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。
它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、图1—8. （a）. p 型Si 表面附近的耗尽层, (b). p 型Si 表面附近的反型层.可靠性高等一系列优点。
自1970 年问世以来，发展迅速、应用广泛。
CCD 线列已用于光谱仪，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光就可获得整个光谱，并且易于与计算机连接。
面阵CCD 已用于电视摄像机和卫星遥感器。
CCD 基本结构和MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。
如图1—8，硅表面有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。
这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅表面垂直的电场。
如果衬底是p 型Si，金属电极置于高电位，电场的方向则从金属指向p 型半导体。
在金属界面积累了一层正电荷，p型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。
耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何贡献。
随着电压的增加，耗尽层将逐渐展宽。
在耗尽区内或附近，由于光子的作用产生了电子一空穴对，电场将电子吸引到半导体与绝缘体的界面。
这些导体中的电子是可以自由运动的，是参与导电的载流子，它们在界面形成了一个n 型半导体层。
它与原衬底的导电类型相反。
故称为反型层。
反型层内电子的数目取决于光生电子—空穴数的累积值，器件曝光时间越长，此电荷包中电子的数目就增多，耗尽层的宽度逐渐变窄。
CCD光强分布测定仪
一、概述本仪器是高等学院近代物理课程实验室仪器。
利用本仪器可观察“塞曼效应”现象，了解磁场对光产生的影响，认识发光原子内部的运动状态及其量子化的特性。
并利用电脑软件进行分析测量，测定电子的荷质比。
利用本仪器还可以作与F-P标准具相关的多种实验。
是当前最新型式的物理实验仪器。
电子荷质比的测定涉及光、机、电、磁、计算机等多方面的知识和多种的测量技术，这是一个综合性物理实验。
由于它与近代物理慨念密切联系，对实验操作技术要求较高。
本仪器与原实验装置相比较集成性更强，降低了对操作技能的要求，而使学生集中精力于实验原理的认识。
二、工作环境条件1、环境温度：0~40℃；2、室内相对湿度不大于85%；3、仪器不应受到影响使用的振动和电磁场干扰；4、供电电源：交流电压220V±22V，频率50HZ。
三、技术条件1、电磁铁磁感应强度B=1.1T2、F-P标准具通光口径φ40mm空气隙石英间隙2 mm中心波长589.3nm.分辨能力λ/ dλ≥2×105高反射带宽100nm3.干涉滤光片中心波长546.1 nm透射带宽≤10nm峰值透过率≥50%四、原理与结构在外磁场作用下，光源所发射的一条光谱线被分裂成多条光谱线的现象称为塞曼（Zeeman）效应。
塞曼效应证实原子具有磁距，而且其空间取向是量子化的。
在磁场中，原子磁距受到磁场作用，使原子在原来能级上获得一附加能量。
由于原子磁距在磁场中的不同取向而获得的不同附加能量，使得原来一个能级分裂成为能量不同的几个子能级。
同样，由光源发出的一条光谱线也会分裂成若干成份。
图1由汞光源发出的546.1nm光谱线在外磁场作用下产生了跃迁，如图1，而原子发光必须遵从△M=0或±1的选择定则（△M表示光谱线由于能级跃迁而产生的磁量子数的差值），而且选择定则与光的偏振有关，光的偏振状态又与观察角度有关。
垂直于磁场时为线偏振光，而平行于磁场时则是圆偏振光。
因此，当我们分别从垂直于磁场方向（横向）和平行于磁场方向（纵向）观察时，所得结果如表1中所列。
光电子技术实验CCD测径1114版
五、实 验 步 骤
五、实 验 步 骤
1、将经过测量的标准直径圆形目标放置在支撑架上，将 CCD摄像机安装在被测物前，连接好CCD电源线和视频线。 2、点击计算机桌面上CCD测径实验软件的图标
五、实 验 步 骤
3、点击“采集（C）”下拉菜单的“采集/启动 ”选项或直接点 击工具条中的 按钮，启动CCD摄像机。
光电子技术实验光电子技术实验photoelectronictechniqueexperimentphotoelectronictechniqueexperimentccdccd电荷耦合传感器电荷耦合传感器测径实验测径实验主要内容五实验步骤四实验所需部件和要求三实验原理二实验目的六问题思考ccd具有体积小重量轻灵敏度高响应速度快等优点广泛地应用于图像传感以及非接触测量领域
4、调整CCD与测量目标之间的距离、CCD镜头的焦距、背景照 明光源使测量目标基本成像于图像的中央并占据图像的大部 分，并保证图像清晰，轮廓分明。
为什么要使测量目标基本成像于图像的中央并占据图 像的大部分？为什么要轮廓分明。
五、实 验 步 骤
5、点击“采集（C）”下拉菜单的“捕获图像 ”选项，并选择 捕获图像保存的路径和文件名。
z 尝试其它目标直径的测量，如钢笔、签字笔、硬币、 头发等。
六、实 验 思 考
钢笔、签字笔和不同颜色有什么影响？ 除了圆形物体直径的测量，还可以进行哪些测量？ 提高测量精度的方法？ 产生误差的原因？
五、实 验 步 骤
6、 ①将原始图像转化为灰度图像，“菜单－>颜色－>灰级图像”； ②降噪， “菜单－>图像滤波－>中值滤波”； ③二值化处理， “菜单－>图像－>二值化”； ④测量， “菜单－>图像－>直径测量－>黑白图像”，将鼠标移 到图像上，直径将会以像素值显示在辅助窗口中。
光强分布测量实验报告
实验名称：光强分布测量实验实验目的：1. 了解光强分布的基本原理和测量方法。
2. 通过实验，掌握光强分布的测量技术。
3. 分析光强分布的特点，验证相关理论。
实验原理：光强分布是指光在空间中的强度分布，它是描述光传播特性的一种重要参数。
本实验采用单缝衍射原理，通过测量不同位置的光强，分析光强分布规律。
实验仪器：1. 激光器2. 单缝衍射装置3. 光电探测器4. 数据采集系统5. 计算机实验步骤：1. 将激光器发出的光束通过单缝衍射装置，调节单缝宽度，使衍射光束照射到光电探测器上。
2. 使用数据采集系统实时采集光电探测器接收到的光强信号。
3. 改变光电探测器的位置，记录不同位置的光强数据。
4. 分析光强分布规律，绘制光强分布曲线。
实验结果与分析：1. 光强分布曲线：实验得到的单缝衍射光强分布曲线如图1所示。
从图中可以看出，光强分布具有以下特点：（1）光强分布呈中心亮、两侧暗的规律，形成一系列明暗相间的条纹。
（2）光强分布存在明暗条纹的周期性变化，即光强分布呈现周期性变化。
（3）明暗条纹的间距随着距中心位置的增加而增大。
2. 光强分布规律：根据单缝衍射原理，可以推导出光强分布的公式：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin(\theta)}{\theta} \right)^2 \]其中，\( I \)为光强，\( I_0 \)为中心光强，\( \theta \)为衍射角。
通过实验测量得到的光强分布曲线与理论公式吻合较好，验证了单缝衍射原理的正确性。
3. 影响光强分布的因素：（1）单缝宽度：单缝宽度越小，衍射现象越明显，光强分布曲线越宽。
（2）入射光波长：入射光波长越长，衍射现象越明显，光强分布曲线越宽。
（3）探测器位置：探测器位置不同，光强分布曲线形状不同。
实验结论：1. 本实验通过单缝衍射原理，成功测量了光强分布，验证了光强分布规律。
2. 实验结果表明，单缝衍射光强分布具有周期性变化，且与理论公式吻合较好。
光电检测与显示实验六 面阵CCD应用实验：总结 计划 汇报 设计 可编辑
上述内容均说明了为什么有人用面阵CCD对被测景物照度进行绝对或相对测量的各种尝试几乎都以失败告终的道理。
这些问题通过面阵CCD实验都会得到深刻的认识。
面阵CCD图像传感器的内容很多，应用方式也非常丰富，对于各种各样的CCD照相机的内容几乎无法讲述清楚，各家厂商设计与生产的相机有不同的组合与功能。但是，它们的共同特点是形成数字图像。因此，学习数字图像处理技术是非常重要的，本实验指导增设这方面内容格外显得重要。
面阵CCD与线阵CCD的基本工作原理是相同的，它们都能够形成图像信息，但是，各自具有独特的特点和应用领域。线阵CCD图像传感器常用来对线性运动的物体进行扫描成像，再根据图像的灰度信息进行灰度、尺寸、速度和加速度等参量的测量，而很少注重它所产生的图像质量（对比度、白电平和人眼的视觉效果等）。因此，线阵CCD相机中的放大器一般是线性的，线性放大的特点是易于计算，缺点是动态范围与测量范围小，所产生的图像人眼观察效果也较差，但是对于想用线阵CCD摄取宽范围、大场景和高清晰度图像的时候可以采用修正光电响应γ值和其他技术手段获得视觉效果良好的图像。
（一）面阵CCD原理及驱动实验
一、实验目的
1.掌握面阵CCD实验仪的基本操作和各个部件的功能；
2.掌握隔列转移动脉冲波形及其所涉及部分的功能；
4.掌握面阵CCD输出的视频信号与PAL电视制式的关系。
二、实验仪器
1.带宽50MHz以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台；
③用CH1探头测量ΦV1脉冲，用CH2探头分别测量ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲，画出这四个脉冲的波形图。通过实测波形图测出它们的频率、周期与它们之间的相位关系；
CCD光电测量实验报告
重庆大学学生实验报告实验课程名称电子信息综合实验开课实验室重庆大学物理实验教学中心学院物理年级 2012 专业班电子信息01 组内成员姓名张益达组长张益达设计日期：2015年10月20日起2015年12月8日止开课时间 2015 至 2016 学年第 1 学期物理学院学院制目录一、实验目的 (1)二、实验原理： (1)D的原理、种类、特点、发展、应用 (1)1.1 CCD简介 (1)1.2 CCD 工作原理 (1)1.3 CCD 的种类 (6)1.4 CCD 的发展 (7)1.5 CCD 的主要应用 (9)1.6 TCD1206UD 的工作原理 (10)2. FPGA的特点、应用、设计流程 (12)2.1 FPGA 简介 (12)2.2 FPGA 的主要应用 (12)2.3 FPGA 的设计流程 (13)三、设计要求 (14)1.电路设计 (14)D驱动信号 (14)四、实现过程 (15)1.设计方案： (15)1.1电源部分设计 (15)1.2 CCD 驱动电路的设计 (16)2.设计过程 (16)2.1电源部分 (16)2.2 CCD驱动电路部分设计 (17)2.3 整体电路设计 (18)2.4 PCB板的制作 (18)2.5印制电路的焊接 (19)3.测试：调试中出现的问题和解决方法 (19)3.1调试过程 (19)3.2 测试结果 (21)3.3 实验设计修正 (23)五、结果和分析 (24)1.实验收获 (24)2.设计的建议 (24)参考文献 (26)组内成员评分 (27)CCD光电测量综合设计一、实验目的本次电子信息综合实验的目的，是完成一个CCD光电测量系统。
CCD（Charge Coupled Devices）是20世纪70年代发展起来的新型半导体器件。
CCD器件是一种新型光电转换器件，它以电荷作为信号，其基本功能是电荷信号的产生、存储、传输与检测。
它主要由光敏单元、输入结构和输出结果等组成。
实验中采用CCD光谱测量原理的初步研究
实验中采用CCD光谱测量原理的初步研究CCD光谱测量原理是一种常用的光谱测量技术，它利用电荷耦合器件（CCD）的特性来实现对光谱的高精度测量。
本文将对CCD光谱测量原理进行初步研究，包括CCD的基本原理、光谱测量的基本原理以及实验中的应用。
首先，我们需要了解CCD的基本原理。
CCD是一种半导体器件，由多个光敏元件组成的阵列，每个光敏元件可以将光信号转化为电荷，并将电荷存储在像素中。
CCD的工作原理是通过对元件中的电荷进行移位和读取来实现信号的转换和处理。
CCD具有高灵敏度、低噪声和宽动态范围等优点，因此被广泛应用于光谱测量领域。
其次，光谱测量的基本原理也需要被了解。
光谱是指将不同波长的光按照强度进行排序的结果，常用的测量方法有直接光谱法和间接光谱法。
直接光谱法是将待测光通过光学系统聚焦到CCD上，然后CCD将光信号转化为电荷，并在每个像素上记录电荷的大小。
通过像素之间的电荷差异，可以得到光的强度分布，从而重建光谱。
实验中，我们可以通过一系列步骤实现CCD光谱测量。
首先，我们需要选取一个合适的光源，例如白炽灯或激光光源。
然后，通过一个透镜系统将光聚焦到CCD上，以确保测量的准确性和高分辨率。
接下来，我们需要将光信号转化为电荷，并存储在CCD的像素中。
这一步骤通常通过将光信号照射到CCD的光敏面上完成。
最后，通过读取CCD上存储的电荷，我们可以获得待测光的光谱信息。
在实际应用中，CCD光谱测量有许多应用。
例如，在生物医学研究中，CCD光谱测量可以用于检测和分析细胞、组织和生物分子的光谱特性，以实现疾病的早期诊断和治疗。
在环境监测领域，CCD光谱测量可以用于监测水质、大气组分和土壤中的污染物，以评估环境健康状况。
此外，CCD 光谱测量还可以用于材料表征、食品质量检测和农业领域等。
总结来说，CCD光谱测量原理是一种常用的光谱测量技术。
通过对CCD的基本原理和光谱测量的基本原理的研究，我们可以有效地实现CCD 光谱测量，并应用于各种领域的研究和应用中。
实验六： CCD多道光强分布测量
实验六 CCD 多道光强分布测量随着科技进步，当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形，先进的光学实验室不再用测量望远镜或丝杠带动光电池来测量干涉、衍射花样的光强分布，所使用的都是以CCD 器件为核心构成的各种光学测量仪器。
LM99PC 单缝衍射仪/多道光强分布测量系统用线阵CCD 器件接收光谱图形和光强分布，经过微处理系统的分析处理，在监视器上显示出光强曲线，并以之为对象进行测量而展开实验。
LM99MP 具有分辨率高（微米级），实时采集、实时处理和实时观测，物理现象显著，物理内涵丰富等明显的优点。
一、实验目的CCD 单缝衍射仪用于光学实验项目中作单缝、单丝、双缝、多缝、双光束等的干涉、衍射实验。
通过采集系统实时获得曲线，测量其相对光强分布和衍射角，进而测量单缝的缝宽、单丝的直径、光源的波长、双缝的缝宽和缝间距、光栅常数、激光束发散角测量等。
二、实验原理光的衍射现象是光的波动性的一种表现，可分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两类。
菲涅耳衍射是近场衍射，夫琅禾费衍射是远场衍射，又称平行光衍射。
见图8。
将单色点光源放置在透镜L1的前焦面，经透镜后的光束成为平行光垂直照射在单缝AB 上，按惠更斯--菲涅耳原理，位于狭缝的波阵面上的每一点都可以看成一个新的子波源，他们向各个方向发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2会聚后，在L2的后焦面上形成明暗相间的衍射条纹，其光强分布规律为：220sin ϕϕθI I = （1）其中 ϕπλθ=a sin ，a 是单缝宽度，θ是衍射角，λ为入射光波长。
图1 单缝衍射参见图2，由（1）式可见：1、 当θ=0时，I I θ=0，为中央主极大的强度，光强最强，绝大部分的光能都落在中央明纹上。
2、 当sin (,,)θλ==±±K aK 12 时，I θ=0，为第K 级暗纹。
由于夫琅禾费衍射时，θ很小，有θ≈Sin θ，因此暗纹出现的条件为： θλ=K a（2） 3、从式（2）可见，当K=±1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角，由此决定了中央明纹的宽度 aλθ20=∆ 其余各级明纹角宽度ak λθ=∆所以中央明纹宽度是其它各级明纹宽度的二倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验六 CCD 多道光强分布测量随着科技进步，当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形，先进的光学实验室不再用测量望远镜或丝杠带动光电池来测量干涉、衍射花样的光强分布，所使用的都是以CCD 器件为核心构成的各种光学测量仪器。
LM99PC 单缝衍射仪/多道光强分布测量系统用线阵CCD 器件接收光谱图形和光强分布，经过微处理系统的分析处理，在监视器上显示出光强曲线，并以之为对象进行测量而展开实验。
LM99MP 具有分辨率高（微米级），实时采集、实时处理和实时观测，物理现象显著，物理内涵丰富等明显的优点。
一、实验目的CCD 单缝衍射仪用于光学实验项目中作单缝、单丝、双缝、多缝、双光束等的干涉、衍射实验。
通过采集系统实时获得曲线，测量其相对光强分布和衍射角，进而测量单缝的缝宽、单丝的直径、光源的波长、双缝的缝宽和缝间距、光栅常数、激光束发散角测量等。
二、实验原理光的衍射现象是光的波动性的一种表现，可分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两类。
菲涅耳衍射是近场衍射，夫琅禾费衍射是远场衍射，又称平行光衍射。
见图8。
将单色点光源放置在透镜L1的前焦面，经透镜后的光束成为平行光垂直照射在单缝AB 上，按惠更斯--菲涅耳原理，位于狭缝的波阵面上的每一点都可以看成一个新的子波源，他们向各个方向发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2会聚后，在L2的后焦面上形成明暗相间的衍射条纹，其光强分布规律为：220sin ϕϕθI I = （1）其中 ϕπλθ=a sin ，a 是单缝宽度，θ是衍射角，λ为入射光波长。
图1 单缝衍射参见图2，由（1）式可见：1、 当θ=0时，I I θ=0，为中央主极大的强度，光强最强，绝大部分的光能都落在中央明纹上。
2、 当sin (,,)θλ==±±K aK 12 时，I θ=0，为第K 级暗纹。
由于夫琅禾费衍射时，θ很小，有θ≈Sin θ，因此暗纹出现的条件为： θλ=K a（2） 3、从式（2）可见，当K=±1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角，由此决定了中央明纹的宽度 aλθ20=∆ 其余各级明纹角宽度ak λθ=∆所以中央明纹宽度是其它各级明纹宽度的二倍。
4、除中央主极大外，相邻两暗纹级间存在着一些次最大，这些次最大的位置λ0I I λλλ三、实验装置一套完整的LM99PC 由光具座、激光器、组合光栅、LM601CCD 光强分布测量仪和计算机数据采集盒（USB 接口），外加一套计算机组成，其中LM601 CCD 光强分布测量仪是核心部件。
（一）整套系统外形如图：1．激光器： 小功率的半导体激光器；2．组合光栅： 由光栅片和二维调节架构成，见图3，光栅片上有7组图形，见图4。
光栅片 上部 / 下部第1组： 单缝（a=0.12mm ） / 单丝（0.12mm ） 第2组： 单缝（a=0.10mm ） / 单丝（0.10mm ）第3组： 单缝（a=0.07mm ） / 双缝（a=0.07mm ，d=2） 第4组： 单缝（a=0.07mm ） / 双缝（a=0.07mm ，d=3） 第5组： 单缝（a=0.07mm ） / 双缝（a=0.07mm ，d=4） 第6组： 双缝（a=0.02mm ） / 三缝（a=0.02mm ，d=2） 第7组： 四缝（a=0.02mm ） / 五缝（a=0.02mm ，d=2）d 为缝中心的间距与缝宽的比值。
几组多缝结构安排是针对母国光等编《光学》P223~P227；P325~P331的教学内容所设计。
3．计算机数据采集盒：计算机数据采集盒用USB 接口与计算机相连。
4．CCD 光强分布测量仪：其核心是线阵CCD 器件。
CCD 器件是一种可以电扫描的光电二极管列阵，有面阵（二维）和线阵（一维）之分。
LM601 CCD 光强仪所用的是线阵CCD图3 组合光栅图 4 光栅片器件，性能参数如下表。
LM601CCD 光强仪机壳尺寸为150mm ×100mm ×50mm ，CCD 器件的光敏面至光强仪前面板距离为4.5mm 。
LM601 CCD 光强仪后面板各插孔标记含义如下，内部电路结构框图见图5，波形见图6：“信号”：CCD 器件接受的空间光强分布信号的模拟电压输出端。
接电缆线红色插头。
“采样”：每一个脉冲对应于一个光电二极管，脉冲的前沿时刻表示外接设备可以读取光电管的光电压值，“采样”信号是供CCD 采集卡“采样”同步和供CCD 数显示波器作X 位置计数。
此脉冲也可作为几何形状测量时的计数脉冲。
接电缆线黄色插头。
“同步”：启动CCD 器件扫描的触发脉冲，主要供示波器X 轴外同步触发和采集卡同步用。
“同步”的含意是“同步扫描”。
接电缆线蓝色插头。
图5： LM 系列CCD 光强仪内部电路结构框图图6：CCD光强仪后面板各插孔输出波形（二）安装和使用1．安装：整套LM99MP的安装请参照图7和图8所示，实验系统最好按置在光具座上，或磁性钟表座加铁板方式，也可按置在稳定的实验桌上。
图7 LM99MP安装图用随机带的三根双插头线分别将CCD 光强仪后面板上的“信号”、“采样”、“同步”与SB14控制器上的“信号”、“采样”、“同步”一一对应插好；再将14″显示器上15芯D 型插头和电源插头插入SB14控制器后面的对应插座内（注意插入方向）。
2．使用：（1）电路连接检查CCD 光强仪后面板上的“示波器／微机”开关拨向“示波器”，用纸挡住CCD 采光窗，让其不接受或只接受很弱的光。
移动“SB14控制器”上的X 、Y 标志线旋扭，屏幕上的X 、Y 值会对应变化。
在使用中，如发现示波器上波形向一个方向滚动，一般是光强仪与SB14控制器上的“同步”这一条线没有插好；发现没有“X 值”显示（X=0000），一般是“采样”线没有插好；如Y 值始终是Y=0000，一般是“信号”这条线没有连接好。
正确的图像见图8 光强仪与SB14的连接图9 SB14示波器屏幕截图图9。
（2）读数：X值表示标志线所指曲线处是CCD器件上的第几个光电二极管（第几个光敏元），不同的X值表示曲线上不同点对应在CCD器件上不同空间位置，两个X值的差值ΔX值表示曲线上两点间对应在CCD器件上的空间距离──表示间隔多少个光敏元，是一个原始数据，只有乘上“光敏元的中心距”才是实际的距离。
不同型号的CCD光强仪有不同的“光敏元中心距”，如LM401、LM501型为14μm，LM601型为11μm，LM801型为7μm，光强仪底部铭牌上都有注明。
Y值表示标志线所指曲线处是CCD器件上第几个光电二极管所产生的光电压值，是个相对值，经8位量化，所以最大显示为255（Y值为255对应于5V，每一个字对应19.5mv）。
（3）使用注意：a.注意！LM各型CCD光强仪有很高的光电灵敏度，在一般室内光照条件下，已趋饱和，无信号输出，需在暗环境中使用！在没有暗室的情况下，可以在LM601 CCD光强仪和组合光栅架之间架设一个遮光筒（例如两端开口的封闭纸盒）。
b.初次使用LM各型CCD光强仪时，应从弱光到亮光进行光路调节，以免光强仪饱和，找不到曲线。
如被测光较强，则需调节“减光器”。
c.单缝与CCD光强仪之间的距离Z应尽可能满足远场条件（Z>>2a/ 8，a为缝宽）。
d.光路调整：＊曲线稳定调节光强曲线幅值涨落或突跳，是激光器输出功率不稳造成的，常发生在用He—Ne 激光器时，如采用半导体激光器就不会有这种情况。
＊曲线对称调节一般的衍射花样是一种对称图形。
但有时显示器看到的图形左右不对称，这主要是各光学元件的几何关系没有调好引起的。
实验时：1）调节单缝的平面与激光束垂直。
检查方法是，观察从缝上反射回来的衍射光，应在激光出射孔附近；2）调节缝与光强仪采光窗的水平方向垂直（或调节光强仪）。
这些都可以通过光栅架的水平/俯仰调节手轮来调节。
＊曲线削顶调节光强曲线出现“削顶”（“平顶”），有二种可能：一是CCD器件饱和；二是“SB14控制器”上丫增益调得太大。
一般先把丫增益调小，看波形是否改善，如仍削顶，转动减光器，增大减光量。
＊曲线顶部凹陷调节单缝衍射曲线主极大顶部出现凹陷，常发生在使用质量欠佳的玻璃基板的单缝时，主要是单缝的黑度不够，有漏光现象。
如将衍射光直接投射到屏上，可观察到主极大中间有一道黑斑。
＊曲线不园滑漂亮将衍射光直接投射到屏上，如发现衍射花样很乱，边缘不清晰，可能是缝的边缘不直或刀口上有尘埃。
再一个原因是CCD光强仪采光窗上有尖埃，可左右移动光强仪，寻找较好的工作区间。
四、实验内容和步骤平行光的概念是理想化的概念，实际上，不论采用什么仪器和方法都不能获得绝对的平行光。
对于单缝，满足远场条件，不用透镜，也可取得较好的实验效果。
1．测量单缝夫琅禾费衍射的相对光强分布（1）光路调整尽可能将激光器、减光器、缝、CCD光强仪调整为等高共轴。
如用He-Ne激光器，最好先点燃半小时，并尽可能采用交流稳电源或选用自身带开关稳流功能的激光器，为的是激光功率稳定。
（2）测量数据慢慢移动鼠标，读取衍射曲线上几个特殊点的X值、Y值和缝到CCD光敏面的垂直距离Z填入下表：注意：＊测量CCD器件至单缝间距离Z时，要考虑到CCD器件的受光面在光强仪前面板后4.5mm ＊如较高级次暗纹与较低级次暗纹的Y读数相差较大，说明尚未满足远场条件；如正方向与负方向暗纹的Y读数相差较大，说明单缝与CCD器件还没有调垂直。
＊测量相对光强比时，一定要用Y值减去扫描基线的Y值，不能直接用Y值相比较。
（参见图4）根据实验数据，可以计算出各级明纹和暗纹的衍射角和相对光强，还可以计算出所用单缝的缝宽a 和所用光源的波长λ，与理论值相比较，作出误差分析。
２. 衍射法测量细丝直径衍射法测量细丝直径在工业生产、自动控制和科研上已得到实际应用。
所依据的是互补原理，相同几何尺寸的单缝和单丝有着相同的衍射角分布。
实验时，细丝可悬挂在原来放置单缝的位置上，细丝下端捆一物体，让细丝有一定的张力。
直径用千分尺标定。
也可用“组合光栅”上的两条单丝来代替。
在“单缝衍射相对光强分布测量”时，让中央主级大光斑落在CCD 采光窗的中间区域，为的是看清单缝衍射波形的全貌，如细丝测量时也这样按排，会产生一个问题，激光束的光斑和中央主极大一起落在CCD 器件上，引起饱和。
从暗条纹出现条件公式（2）可知，暗条纹是以中央明纹为对称轴等间隔地左右对称分布的，任意两条暗纹间的宽度为λa。
因此，我们可以向正或向负方向将中央主级大移至采光窗外，减小减光器减光量或去掉减光器，让更高级次的暗纹出现在屏幕上，见图示10。
测量时，细心移动光标或鼠标，用逐差法或直接读出每一条暗纹的Ｘ值，列表记录。
每一暗纹读3－5次，取其平均值。