数字化光学实验平台的设计与研究

摘要

本文对数字化实验系统进行了研究，针对传统大学物理实验中的光学实验只能定性分析，不便定量计算的这种现象，搭建一个数字化光学实验平台，以解决传统光学实验中存在的问题。该数字化光学实验平台以真实的光学实验为基础，利用传感器、数据采集卡和计算机中的数据采集与处理软件，将实验待测数据实时采集、显示和智能处理的数字化实验系统。
　　该数字化光学实验平台上可以完成光的衍射、光的干涉和光的偏振等相关实验。
　　本课题主要完成了以下工作内容：
　　（1）介绍了将数字化技术应用于物理实验中从而形成一种数字化实验方法的背景，分析了数字化实验方法与传统实验方法相比具备的优点，探讨了目前数字化实验系统在国内外的研究和应用状况，总结了设计数字化光学实验平台的必要性和意义。
　　（2）提出了一种数字化光学实验平台的设计方案。在该方案下，为该数字化光学实验平台设计了光的干涉、光的衍射和光的偏振等实验项目，为每一种实验项目设计了相应的实验装置和实验内容。
　　（3）在LabVIEW的开发环境下，开发了该数字化光学实验平台的数据采集与处理软件，利用该软件可以对单缝衍射、双缝干涉、马吕斯定律验证实验中的光强分布情况进行实时采集和显示，以及进行数据智能处理等。
　　（4）在该数字化光学实验平台上进行了实验测试，测试结果显示：在单缝衍射实验中，利用该软件计算得出的单缝缝宽与实际单缝缝宽之间的误差不大于1％；双缝干涉实验中利用该软件计算得出的狭缝间距与实际狭缝间距之间的误差不大于5%；马吕斯定律验证实验中利用该软件拟合出的光强度-角度余弦平方曲线与实际曲线的相关系数接近1，相关度较高。
　　（5）介绍了数字化实验系统的代表美国PASCO数字化实验系统，在该数字化实验系统上进行了光的干涉、光的衍射、光的偏振、布儒斯特角、光强与距离关系、原子光谱等光学实验。将PASCO实验系统作为参考标准，将在PASCO实验系统上进行实验的情况与在数字化光学实验平台上进行实验测试的情况进行了对比，对本文所设计的数字化光学实验平台进行了分析和评价。

目录

声明

1绪论

1. 1课题研究的背景和意义

1. 2数字化实验系统在国内外的研究进展和应用现状

1. 3课题研究的目标和内容

2数字化光学实验平台的整体设计

2. 1数字化光学实验平台的整体结构

2. 2数字化光学实验平台的工作原理

2. 3数字化光学实验平台的实验任务

2. 4数字化光学实验平台的特点

2. 5本章小结

3数字化光学实验平台的硬件设计

3. 1光学实验平台的设计

3. 2传感器的设计

3. 3数据采集卡的设计

3. 4本章小结

4数据采集与处理软件的设计

4.1软件开发平台LabVIEW

4.2 LabVIEW平台下驱动数据采集卡

4. 3上位机应用软件设计

4. 4本章小结

5数字化光学实验平台的实验测试

5. 1单缝衍射实验测试

5. 2双缝干涉实验测试

5. 3光的偏振实验测试

5. 4测试结果分析

5. 5本章小结

6基于PASCO数字化实验系统的光学实验

6. 1美国PAS CO实验系统

6. 2基于PAS CO实验系统的光学实验

6. 3本章小结

7总结与展望

7. 1总结

7. 2展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

个人简历

学术论文发表情况

获奖情况

致谢