激光多功能光電測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀是在系列傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展的新型光電測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于儀器科學(xué)、測試計(jì)量、自動控制以及物理等課程教學(xué)。其特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新穎，技術(shù)優(yōu)良，功能多樣。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書提供 26 個實(shí)驗(yàn)，包括激光干涉、散斑、衍射、光電、共焦、光纖、納米、圖像、偏振等多種優(yōu)良測試技術(shù)，對學(xué)習(xí)者了解和掌握現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù)中的一些主要原理及方法建立基礎(chǔ)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)者今后應(yīng)用中舉一反三的目的。

隨著近代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高精度、非接觸、高效率、自動化是測試技術(shù)發(fā)展的方向，而傳統(tǒng)的光學(xué)及光電測試技術(shù)已不適應(yīng)上述要求，在精密自動測試技術(shù)中必須注入新的活力。20 世紀(jì) 80 年代以來激光和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為近代光學(xué)及光電測試技術(shù)開辟了新途徑，這就是現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù)。JY-CSY－10L 是為演示近代光學(xué)測試技術(shù)而設(shè)計(jì)的一套多功能光電實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，很好的體現(xiàn)了近代光學(xué)測試技術(shù)中的非接觸性、高靈敏性、三維性及實(shí)時(shí)性。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要適合于測試計(jì)量技術(shù)專業(yè)、光學(xué)專業(yè)、儀器科學(xué)相關(guān)專業(yè)、自動化專業(yè)、物理專業(yè)以及大學(xué)物理等的基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。由于復(fù)用光學(xué)平臺的功能多，技術(shù)優(yōu)良，也可以為前期科研，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)，研究生論文的試驗(yàn)服務(wù)。

二、 儀器原理

2.1 多功能光學(xué)系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光學(xué)原理如圖 1 所示，激光（He-Ne，波長 632.8nm，功率>3mw）通過

1－激光器 2－衰減器 3,5,11－定向孔 4,13－移動反射鏡 6,7,9,12－反射鏡 8,29

－物鏡 10－準(zhǔn)直透鏡 14－分光棱鏡 15－共焦顯微鏡  16－多功能試件夾及組合工作臺 18－帶壓電陶瓷的組合工作臺 19,27－衍射試件夾 20－成像透鏡 21－目鏡 22

－可調(diào)光闌 23－光電接收器 24－導(dǎo)軌 25,28－直角棱鏡 26－傅氏透鏡 30－五維調(diào)節(jié)架 31－光纖傳感器 32－光纖夾持器 33－備用試件架

各種光學(xué)元件的切換與配置，組合成一種光學(xué)物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定性觀察與定量測試，最終由光電接收器 23 接收，并將信號送入計(jì)算機(jī)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的顯示與計(jì)算。所謂多功能， 主要由下列八部分組成：

1. Twyman-Green 干涉系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)衰減器 2 調(diào)節(jié)光強(qiáng)，小孔 3,5 定向，擴(kuò)束鏡 8,10 擴(kuò)束，分光棱鏡 14 分光后，

一路由工作臺 16 上試件返回，形成參考光(參考臂)，一路由工作臺 18 上試件返回形成物光

（測量臂），再返回分光鏡 14 形成干涉場，經(jīng)透鏡 20 成像（透鏡 21 選裝），光闌 22 濾波（選裝）后，在 CMOS23 上形成穩(wěn)定干涉圖樣，由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)顯示與定量。

T－G 干涉系統(tǒng)用于實(shí)驗(yàn) 1～ 5。

2. 衍射測量系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)反射鏡 4，12，13，分光棱鏡 14 轉(zhuǎn)向，射向衍射試件（試件夾 19 中）產(chǎn)生衍射，經(jīng)透鏡 20 會聚成像，至 CMOS23 接收，送計(jì)算機(jī)觀察，并對部分試樣實(shí)現(xiàn)定標(biāo)與計(jì)量。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 6～9。

3. 傅氏變換光學(xué)系統(tǒng)(Fourier Transformation, FT; Inverse Fourier Transformation, IFT)

FT：激光 1 經(jīng)定向孔 3，5 定向，透鏡 8，10 擴(kuò)束，經(jīng)分光棱鏡 14 透射試件夾 19 中FT 試件。試件可選位于 FT 透鏡 21 之前后、之后、前焦面等處，在透鏡后焦面前后尋找試件頻譜，成像顯示于計(jì)算機(jī)上。

IFT：激光經(jīng)定向孔 3，5 定向，透鏡 8， 10 擴(kuò)束，經(jīng)分光棱鏡 14 透射試件夾 19 中FT 試件。試件夾 19 位于透鏡 21 前焦面，直角棱鏡 25 移入光路，光路途徑 IFT 透鏡 26， 將物體頻譜面圖像恢復(fù)成試件夾 19 中試片中圖案。

圖像處理：在 IFT 光路中插入試件夾 27，將改變 IFT 后圖像的象素與對比度。本光路用于實(shí)驗(yàn) 10～12。

4. 散斑測量系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)定向孔 3，5 定向，透鏡 8，10 擴(kuò)束，經(jīng)分光棱鏡 14 分光，在工作臺 16，18 上形成兩幅相干散斑圖，返回經(jīng)分光棱鏡 14 合光，透鏡 20 會聚，光闌 22 濾波，成像至CMOS23 上。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 13～15。

5. 共焦測量系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)定向孔 3，5 定向，透鏡 8，10 擴(kuò)束，經(jīng)顯微透鏡組 15 在工作臺 16 共焦試件上聚焦，聚焦光束返回透射分光棱鏡 14 恢復(fù)成平行光，繼由會聚透鏡組 20，21（選裝） 聚焦于針孔（光闌）22，并在 CMOS23 上形成彌散斑圖像。共焦試件軸向高程變化對應(yīng)彌散斑圓直徑變化，經(jīng)程序計(jì)算，實(shí)現(xiàn)定量檢測。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 16～17。

6. 納米測量光學(xué)系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)反射鏡 4，12，13 轉(zhuǎn)向，分光棱鏡 14 分光，工作臺 16，18 上試件折成兩束近距平行光，經(jīng)透鏡 20 會聚于焦平面上一點(diǎn)，移動透鏡 21 使該點(diǎn)放大成像于 CMOS23 上， 將看到比普通干涉條紋更靈敏的納米干涉條紋，工作臺 18 上裝 PZT 驅(qū)動試片。控制 PZT 的驅(qū)動波形與干涉條紋，計(jì)數(shù)，均由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 18～19。

7. 光纖傳感系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)反射鏡 4，12，13 及工作臺 18 上平面反射鏡至物鏡 29，實(shí)現(xiàn)最大光強(qiáng)耦合， 進(jìn)入干涉調(diào)制系統(tǒng) 31，形成兩相干光束，經(jīng)光纖夾持器 32 定位，投影于 CMOS23。光纖調(diào)制電源的波形控制與干涉條紋的處理由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 20～22。

8. 激光偏振系統(tǒng)

激光 1 經(jīng)反射鏡 4，12，13，分光棱鏡 14 轉(zhuǎn)向，射向起偏器 19，通過波片 20，21， 檢偏器 22，射入光電探測器 23（或光屏）中，通過旋轉(zhuǎn)波片和檢偏器，對光電探測器 23 的讀數(shù)進(jìn)行分析，了解偏振光特性。或經(jīng) 21 （反射棱鏡與黑色反射玻璃組合）三次反射產(chǎn)

生線偏振光，旋轉(zhuǎn)檢偏器 22 觀察了解布儒斯特角產(chǎn)生線偏振光的現(xiàn)象。

本光路用于實(shí)驗(yàn) 23-26，圖中 1，2，3，4，11，12，13，14，23，24 與圖 1 相同，19- 偏振片（起偏器）（選裝） 20-波片（選裝）  21-波片/反射棱鏡與黑色反射玻璃組合（選裝） 22-偏振片（檢偏器）（選裝），19～22 器件裝在圖 1 上相同編號的底座上，位置大致相同。

2.2 光電處理與顯示

光電與計(jì)算機(jī)處理部分由圖 3 所示。上述光信息經(jīng)圖像采集轉(zhuǎn)換成電信號，將此數(shù)字信號通過 USB2.0 接口送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，完成實(shí)驗(yàn)顯示及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算定量，在配套軟件的操作下完成所有實(shí)驗(yàn)。