工程光学实验报告及程序完美总结

第一篇：工程光学实验报告及程序完美总结

实验报告

一、实验目的

通过使用一定的处理工具，用软件方式实现光束入射到介质界面上的反射和折射特性模拟。通过程序实现自定参数以及随机获取参数的光路显示。最终通过该实验使得自己对光学的折反射定律有更深的了解。

二、实验原理及方法

原理1（光的反射定律）：在反射现象中，反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内；反射光线，入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角；(“三线共面，两线分居，两角相等”)。

原理2（光的折射定律）：在折射现象中，折射光线位于有入射光线和发现所决定的平面内；折射角的正弦与入射角的正下按之比与入射角大小无关，仅有两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，在一定温度和压力下，该比值是一常数，等于入射光所在介质的折射率n与折射光所在介质n’之比，即：n’sinI’=nsinI(其中I,I’分别为入射角与折射角大小)。

在本次实验中，为了实现对光的折反射的模拟，我们采用了Matlab软件，进行仿真。利用Matlab中的GUI界面，进行效果的显示。

三、实验内容及步骤

首先通过开启Matlab软件，打开其中的GUI窗口，效果如图1.1所示

图1.1 GUI开启界面图

然后通过适当地增添所需按键及选项，绘制如图1.2所示的GUI窗口图。

在图1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分别表示入射介质的折射率，折射介质的折射率，入射角大小，反射角大小以及折射角大小。

S1按键的作用：按下S1前需要手动在为“EditText”类型的ni,nt,thi中输入三个参数，当按下S1时，在界面“axes1”中将显示满足上述三个参数的入射光线反射光线以及折射光线，并且会在其更新显示各个“Edit Text”类型中的值。

S2按键的作用：按下S2按键后，将自动获取“Edit Text”类型中ni,nt,thi三个参数，并且将thi进行8等分，将入射光线，反射光线，折射光线进行动态显示，并且更新显示结果。

S3按键的作用：按下S3按键后，用鼠标在“axes1”界面中的区域内（当前由于程序的设定，只能获取鼠标在0

在其中按键“Update”作用不大，仅仅是在对界面进行初始化（没有这一按键也可，因为在S1,S2,S3按键中，都有初始化了）。可以适当删除不需要的按键。

图1.2 GUI仿真界面图

当将一些要实现的功能定好后，就可以通过GUI所产生的M-file进行编程了。可以通过右击GUI仿真界面图，如图1.3所示。

图1.3 GUI进入M-file编辑示意图 进入M-file后，如图1.4所示。可以通过各个按键的函数进行编程，并且各个函数之间通过句柄（类似C语言中的指针）进行相互之间的访问以及数据的调用。

图1.4 M-file编辑界面图

最后通过适当的调节与不断的修该，可以达到较好的仿真效果。

四、实验结果

当按下S1按键后，结果如图1.5所示。

图1.5 S1按键后结果显示效果图

当按下S2按键后，结果如图1.6（其中动态显示一步的截图）所示。

图1.6 S2按键后结果的效果显示图

当按下S3按键后，结果如图1.6所示。

图1.6 S3按键后结果的效果显示图

在实验过程中，通过三个按键可以进行自定参数以及随机参数的选择，并且将所得参数进行显示以及绘制光路。在按下S1按键时，实现自定参数的画图，所以需要先在左上角输入3个参数（在实验内容中已有介绍），在参数的输入中，入射角要求小于90度，否则虽然有显示，但是显示出错。在按下S3按键时，实现随机获取参数的画图，可以自动获取鼠标的位置坐标，但是对鼠标的放置的位置范围有要求（在实验内容中已有介绍），这是由于在绘制光线的过程中的程序设定所限制的。否则当鼠标的位置超出所设定的要求范围时，将自动按输入的入射角为0度处理（这也是程序设定的）。这样设定的目的是为了方便一般的视觉视图，左上部分是入射光线，右上部分是反射光线，右下部分是折射光线。

五、实验分析

在本次实验中，遇到的主要问题有以下几个：

问题

1、参数的限定条件。在实验过程中，按下S1按键后，只能通过设定3个参数（ni,nt,thi）进行定参数的光线光路绘制，而不能通过其他参数的设定如ni,nt,tht或者ni,thi,tht等进行光路的绘制。

问题

2、光路中的箭头表示。在仿真图中，当入射角度过大（或者说折射角过大时），出现在折射光线上的箭头很小甚至消失。现象如图1.7所示。

图1.7 箭头问题示意图

可以看到，在图1.7中，折射光线上的箭头已经看不见了。

对于问题1的解决方法可以在GUI界面中增加按键进行指定参数的选择，这个问题并不能反应多少实质性的光路问题，所以没有对该问题进行过多的探讨。有时间可以通过增加按键进行参数的设定选择。

对于问题2的解决方法，因为光是矢量，没有方向就不能称之为光线，所以应该对其进行详细的解决。目前由于没有做过合适的检测，只能是通过优化矢量函数quiver()来对达到预初效果。修改如图1.8 所示。

图1.8 箭头问题修改后光路图

可以明显看到修改后在入射角56.0257（图1.7中的入射角为54.9841）比之前的入射角还大的情况下，折射光线的箭头很明显可以观察到。这是因为在处理问题2中，利用了quiver()进行了优化处理。为详化分析有必要将此函数进行简单说明。

quiver（x,y,u,v,n,’m’)函数，是画二维矢量的函数，其中x,y,表示矢量的起点；u,v分别表示在矢量方向上的x,y方向上的增量；n表示对u,v的增量，并且该参数影响箭头显示的大小，系统默认是1（实际上是0.9），可以通过调节n的值进行箭头大小的调节，m表示进行矢量画线的颜色（b表示蓝色，r表示红色等等）。该函数使用的效果不理想的最终原因就是因为在选定n以后，对于不同的u,v给出的箭头大小不理想，而如何优化箭头大小以及箭头显示的位置成了一对矛盾的统一体。

由于该函数没有确定终点，所以在进行画线的时候没有办法准确定好箭头所在的位置，当u,v较小时，如果(x,y)离（5，5）也很近，此时会使得箭头接近折射光线的起点，使得箭头看起来不明显，效果如图1.9所示。

图1.9 变量偏小时的问题示意图

当然，在增量u,v(此处指u,v的绝对值)较大的情况下，虽然(x,y)离(5,5)较近时会有较明显的效果，但是当(x,y)离(5,5)在远离一点点，便会发生很大的偏差，可能突然就没有了箭头。不过，在此次编写的程序中，我们固定了折射光线的起点，即选择(x,y)=(5,5)进行折射光的光路绘制。显然，当u,v有较大的值，即在程序中折射角过大时，容易产生图1.7中的现象，所以，我们选择了在不同的角度下，选择不同的矢量增量，即优化了u,v的选择，以及在不同的u,v情况下，对n给予不同的值，防止箭头在某些情况下过大或者过小。当然解决问题2的方法有很多，这只是其中的一种，也可以使用annotation()函数，但是由于该函数需要对GUI窗口进行归一化，难以建立鼠标坐标与GUI窗口的对应关系，所以没有用该方法。对问题2的细节描述在程序中都有较详细的说明（可以在M-file文件中的232至236即pushbutton4的Callback函数中查看）。

六、实验总结

通过本次实验加深了对光的折反射定律的理解以及对于Matlab中关于相关绘图和仿真的应用操作的了解。

第二篇：工程光学仿真实验报告

工程光学仿真实验报告

实验者：39172211----汪汝亮

39172213----范

博 39172212----陈文俊

【实验目的】

学习使用光学系统仿真设计软件 ZEMAX，利用该仿真设计软件掌握光学系统设计、光线追踪、像质评价、系统成型及仿真再现等基本应用方法。

【实验设备】

ZEMAX软件

【实验内容】

1.ZEMAX功能、界面及数据输入的演示。

2.单镜片、双镜片、牛顿望远镜的设计实现。

【实验步骤及数据处理】

1.单镜片

运行ZEMAX软件，按要求输入3个波长，在STO后插入一个面。输入STO的材质BK7，孔径大小以及厚度。再输入第一面及第二面镜的曲率半径100及-100.选中analysis 中的fans，得到图形如下

矫正defocus,得到图形如下

定义评价函数

最佳设计如下图

Spot Diagram

Focal Shift

OPD 双镜片

叫出课程1的LDE，在STO后插入一个镜片，定义第一面、第二面镜材质分别为BK7和SF1，优化，叫出Chromatic Focus Shift，更改diameter,STO的thickness。得到下图 Focal Shift

Ray Fan Curve

2D Layout

改变STO的Thickness得如下图

Field Curvature 牛顿望远镜

在STO的thickness中输入-1000，curvature中键入-2000，GLASS为MIRROR，aperture为200，波长选用0.550，观察spot diagram，如下图

Airy Disk

定义抛物面镜

在反射镜后放一个折镜fold mirror,把STO的thickness改为-800，结果如下图

在imagine plane前插一个dummy surface，3Dlay out 结果如下

在STO前插入一个surface，使其thickness为900，Aperture Type 为“Circular Obscuration”,Max Radius键入40，3Dlay out 观察结果如下

【思考题解答】

1.当前常用的光学设计软件有ZEMAX、CODE V、OSLO、ASAP等等。2.用ZEMAX进行光学设计的主要步骤：（1）新建镜头；（2）调用镜头；

（3）光路计算与优化计算；（4）像质评价。

【实验心得体会】

通过这次试验，我第一次接触了光学设计软件ZEMAX，并通过阅读实验指导书，自主完成了指导书上的仿真实验任务。虽然，仅仅通过这一次的ZEMAX仿真实验并不能使我们掌握该软件的使用，但是有了这次的接触，在以后的学习生活中再接触到这种软件就不会感到陌生了。

第三篇：工程光学基础实验报告格式及要求

《工程光学基础》实验报告内容及要求

一、报告内容

实验一：透镜基本性能测量

90分

1.实验目的 10分 2.透镜焦距测量原理（简述）10分 3.实验内容、结果及现象

70分 1）薄正透镜的成像

30分

按指导书上序号书写，要求画出实验光路并注明主要参数，如透镜焦距，以及相关距离等参数，并计算所求物理量，注明实验现象（正倒，虚实，放大缩小）。注意数据单位。图1-3，1-4，1-5及3个单透镜成像各5分，共30分。2）薄负透镜的成像

20分 要求同上。

图1-6，1-7，1-8，1-9各5分 3）透镜焦距的测量

20分

参照表1－1，选定一对玻罗板刻线，重复测量三次，注意数据单位（焦距小数点后保留一位，单位毫米）。15分

计算误差。

5分

实验二：干涉法测量空气折射率

90分

1.实验目的 10分 2.实验原理

10分

简述迈克尔逊干涉仪和马赫曾德干涉仪的工作原理（各5分）。3.实验内容

20分 根据实验室给定器件，基于迈尔孙干涉仪和马赫曾德干涉仪的工作原理进行测量空气折射率的光路设计，要求画出实际设计光路（各5分），并进行简要光路描述（各5分）。

4.实验结果

20分

按照实验指导书上的表1-1记录条纹变化数，并根据得到的实验数据计算不同条纹变化所对应的空气折射率值（10分）；绘制出空气压强与干涉条纹变化的关系曲线（5分）及空气折射率与压强的关系曲线（5分）。

5.思考题

30分（每题各10分）

实验三：衍射法测量光波波长

90分

1.实验目的10分 2.实验原理

20分 3.实验内容

20分

根据实验室给定器件基于夫琅和费衍射原理进行测量钠光波长光路设计（10分），并进行光路描述（10分）。

4.实验结果及分析

20分

按照实验指导书上表2-1记录数据，计算出钠光波长（10分）；计算误差并分析（10分）。5.思考题

20分（每题各10分）

二、报告要求

每份实验报告各10分

（1）必须有封皮，封皮上要注明课程名称，班级，姓名，学号；

（2）报告必须手写。

注：三个实验的报告按顺序排好，沿左侧装订成一册。

第四篇：光学工程就业

首先我先说明一下，传统光学工程学科的老牌名校并不多，不像其他机械、电子等学校那么多，我是浙大光学工程毕业的，再给你讲我做了解的就业情况，如果你是一般学校的，你就能有参照性了。

我是光学工程硕士毕业，目前在某研究所工作，根据我及从朋友的去处等等所了解的情况来看，光学本科生毕业的百分之七十基本上都转行了，有的本科毕业就去华为或者其他不从事专业方面的公司，还有的即使在光学领域工作个一两年也都转行了，去搞电、通信、单片机等；读硕士的同学就业基本上来说跟硕士期间所做的课题有着密切的联系，有做软件的、硬件的、图像处理算法的、光学设计的、镀膜的、加工检测的等等。基本上做软件硬件的即使是拿到光工的硕士，工作也是自然转行了的，图像处理的算是在做光学方面的图像处理，半转行状态，光学设计、镀膜、加工检测方向的我的同学还是沿着光学的道路继续走着。谈到研究生的对口企业，我不得不说光学工程的就业面相对机械、电子还是非常窄的啊，而且越走越窄，读到博士更窄了。究其原因，主要是因为国内的光学方向还不够发达，搞这个方向的多在研究所，长春光机所、上海光机所、成都光电所、西安光机所、上海技物所、安徽光机所国内只有这几个研究所是以光学为主的研究所，算是完全对口，本人就是在其中之一里面工作。公司多数都集中在北京、深圳、上海，杭州、苏州、成都、西安、武汉也都还有一些光学公司企业，其他城市几乎很少了或者没有。但是机械、电子、电气呢这些专业哪个城市都有大把的公司企业啊。关键的是光学的公司基本也都是为广电产业服务的公司，很少有利用光学优势专注于发展自己的方向的公司。比如光学镀膜公司、光学平台零件制造公司、光电仪器生产公司、液晶面板生产公司等。总之一句话，对口企业相比来说还是很少的了。

就业前景问题呢，横向上我只能说光学工程可选择的研究所和公司较少，就业面显得窄一些，相比之下不如机械、电子等的好就业。但是纵向上来看，我硕士的同学基本上也都就业了，感觉也都还好，进光学研究所和公司的难度也并不比电子和机械大，这么来看其实也都还可以。况且，同学毕业了有不少去华为的，你既然问到了华为中兴这样的企业对口不对口，说实话，这种单位招人看的是个人素质，而不是专业背景，我朋友纯搞理论物理的照样去华为的。在这种考验素质的单位面前，光学工程和机械、电子等专业学生机遇是平等的，学光学工程完全不影响你进华为，但重要的是读研期间你能学到些什么，自我有个怎么样的提高。

第五篇：印刷光学工程

上海理工大学出版印刷与艺术设计学院印刷光学工程

复试（笔试）参考书目

数字印前原理与技术： 数字化印前处理原理与技术 金杨 编著 刘真 主审化学工业出版社 2006年5月出版