激光多功能光电测试系统实验仪是在系列传感器实验系统的基础上发展的新型光电测试实验系统，用于仪器科学、测试计量、自动控制以及物理等课程教学。其特点是实验内容新颖，技术优良，功能多样。实验指导书提供 26 个实验，包括激光干涉、散斑、衍射、光电、共焦、光纤、纳米、图像、偏振等多种优良测试技术，对学习者了解和掌握现代光学测试技术中的一些主要原理及方法建立基础，达到实验者今后应用中举一反三的目的。

随着近代工业和现代科学技术的发展，高精度、非接触、高效率、自动化是测试技术 发展的方向，而传统的光学及光电测试技术已不适应上述要求，在精密自动测试技术中必须 注入新的活力。 20 世纪 80 年代以来激光和计算机技术结合为近代光学及光电测试技术开辟 了新途径，这就是现代光学测试技术。 JY- CSY － 10L 是为演示近代光学测试技术而设计的一套 多功能光电实验教学仪器，很好的体现了近代光学测试技术中的非接触性、高灵敏性、三维 性及实时性。

本实验系统主要适合于测试计量技术专业、光学专业、仪器科学相关专业、自动化专 业、物理专业以及大学物理等的基础课程教学实验使用。由于复用光学平台的功能多，技术 优良，也可以为前期科研，本科生毕业设计，研究生论文的试验服务。

二、 仪器原理

2.1 多功能光学系统

本实验系统的光学原理如图 1 所示，激光（ He-Ne ，波长 632.8nm ，功率 >3mw ）通过

1 － 激 光 器 2 － 衰 减 器 3,5,11 － 定 向 孔 4,13 － 移动 反射 镜 6,7,9,12 － 反 射 镜 8,29

－物镜 10 －准直透镜 14 －分光棱镜 15 －共焦显微镜16 －多功能 试 件夹及组 合工 作台 18 － 带压电陶 瓷的 组合工 作 台 19,27 － 衍射试件 夹 20 － 成像 透 镜 21 － 目 镜 22

－可调光阑 23 －光电接收器 24 －导轨 25,28 －直角棱镜 26 －傅氏透镜 30 －五维 调 节架 31 －光纤传感器 32 －光纤夹持器 33 －备用试件架

各种光学元件的切换与配置，组合成一种光学物理系统，实现定性观察与定量测试，最 终由光电接收器 23 接收，并将信号送入计算机，完成实验内容的显示与计算。所谓多功能， 主要由下列八部分组成：

1. Twyman-Green 干涉系统

激光 1 经衰减器 2 调节光强，小孔 3,5 定向，扩束镜 8,10 扩束，分光棱镜 14 分光后，

一路由工作台 16 上试件返回，形成参考光 ( 参考臂 ) ，一路由工作台 18 上试件返回形成物光

（测量臂 ） ，再返回分光镜 14 形成干涉场，经透镜 20 成像 （ 透镜 21 选装 ） ，光阑 22 滤波 （选装） 后，在 CMOS23 上形成稳定干涉图样，由计算机程序实现实验显示与定量。

T － G 干涉系统用于实验 1 ～ 5 。

2. 衍射测量系统

激光 1 经反射镜 4 ， 12 ， 13 ，分光棱镜 14 转向，射向衍射试件 （ 试件夹 19 中 ） 产生衍 射，经透镜 20 会聚成像，至 CMOS23 接收，送计算机观察，并对部分试样实现定标与计量。

本光路用于实验 6 ～ 9 。

3. 傅氏变换光学系统 (Fourier Transformation, FT ; Inverse Fourier Transformation, IFT)

FT ：激光 1 经定向孔 3 ， 5 定向，透镜 8 ， 10 扩束，经分光棱镜 14 透射试件夹 19 中 FT 试件。试件可选位于 FT 透镜 21 之前后、之后、前焦面等处，在透镜后焦面前后寻找试件频谱，成像显示于计算机上。

IFT ：激光经定向孔 3 ， 5 定向，透镜 8 ， 10 扩束，经分光棱镜 14 透射试件夹 19 中 FT 试件。试件夹 19 位于透镜 21 前焦面，直角棱镜 25 移入光路，光路途径 IFT 透镜 26 ， 将物体频谱面图像恢复成试件夹 19 中试片中图案。

图像处理：在 IFT 光路中插入试件夹 27 ，将改变 IFT 后图像的象素与对比度。 本光路用于实验 10 ～ 12 。

4. 散斑测量系统

激光 1 经定向孔 3 ， 5 定向，透镜 8 ， 10 扩束，经分光棱镜 14 分光，在工作台 16 ， 18 上形成两幅相干散斑图，返回经分光棱镜 14 合光，透镜 20 会聚，光阑 22 滤波，成像至 CMOS23 上。

本光路用于实验 13 ～ 15 。

5. 共焦测量系统

激光 1 经定向孔 3 ， 5 定向，透镜 8 ， 10 扩束，经显微透镜组 15 在工作台 16 共焦试 件上聚焦，聚焦光束返回透射分光棱镜 14 恢复成平行光，继由会聚透镜组 20 ， 21 （选装 ） 聚焦于针孔（光阑） 22 ，并在 CMOS23 上形成弥散斑图像。共焦试件轴向高程变化对应弥散斑圆直径变化，经程序计算，实现定量检测。

本光路用于实验 16 ～ 17 。

6. 纳米测量光学系统

激光 1 经反射镜 4 ， 12 ， 13 转向，分光棱镜 14 分光，工作台 16 ， 18 上试件折成两束 近距平行光，经透镜 20 会聚于焦平面上一点，移动透镜 21 使该点放大成像于 CMOS23 上， 将看到比普通干涉条纹更灵敏的纳米干涉条纹，工作台 18 上装 PZT 驱动试片。控制 PZT 的驱动波形与干涉条纹，计数，均由计算机实现。

本光路用于实验 18 ～ 19 。

7. 光纤传感系统

激光 1 经反射镜 4 ， 12 ， 13 及工作台 18 上平面反射镜至物镜 29 ，实现最大光强耦合， 进入干涉调制系统 31 ，形成两相干光束，经光纤夹持器 32 定位，投影于 CMOS23 。光纤调制电源的波形控制与干涉条纹的处理由计算机程序实现。

本光路用于实验 20 ～ 22 。

8. 激光偏振系统

激光 1 经反射镜 4 ， 12 ， 13 ，分光棱镜 14 转向，射向起偏器 19 ，通过波片 20 ， 21 ， 检偏器 22 ，射入光电探测器 23 （或光屏）中，通过旋转波片和检偏器，对光电探测器 23 的读数进行分析，了解偏振光特性。或经 21 （反射棱镜与黑色反射玻璃组合 ） 三次反射产

生线偏振光，旋转检偏器 22 观察了解布儒斯特角产生线偏振光的现象。

本光路用于实验 23-26 ，图中 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 11 ， 12 ， 13 ， 14 ， 23 ， 24 与图 1 相同， 19- 偏振片 （起偏器 ） （ 选装 ） 2 0 - 波片 （选装） 21 - 波片 / 反射棱镜与黑色反射玻璃组合 （选装） 22 - 偏振片 （ 检偏器 ） （ 选装 ） ， 1 9 ～ 2 2 器件装在图 1 上相同编号的底座上，位置大致相同。

2.2 光电处理与显示

光电与计算机处理部分由图 3 所示。上述光信息经图像采集转换成电信号，将此数字 信号通过 USB2.0 接口送入计算机进行处理，完成实验显示及相应实验的计算定量，在配套 软件的操作下完成所有实验。