第一篇：工程光學實驗報告及程序完美總結

實驗報告

一、實驗目的

通過使用一定的處理工具，用軟件方式實現光束入射到介質界面上的反射和折射特性模擬。通過程序實現自定參數以及隨機獲取參數的光路顯示。最終通過該實驗使得自己對光學的折反射定律有更深的了解。

二、實驗原理及方法

原理1（光的反射定律）：在反射現象中，?反射光線，入射光線和法線都在同一個平面內；?反射光線，入射光線分居法線兩側；?反射角等于入射角；(“三線共面，兩線分居，兩角相等”)。

原理2（光的折射定律）：在折射現象中，?折射光線位于有入射光線和發現所決定的平面內；?折射角的正弦與入射角的正下按之比與入射角大小無關，僅有兩種介質的性質決定。對于一定波長的光線而言，在一定溫度和壓力下，該比值是一常數，等于入射光所在介質的折射率n與折射光所在介質n’之比，即：n’sinI’=nsinI(其中I,I’分別為入射角與折射角大小)。

在本次實驗中，為了實現對光的折反射的模擬，我們采用了Matlab軟件，進行仿真。利用Matlab中的GUI界面，進行效果的顯示。

三、實驗內容及步驟

首先通過開啟Matlab軟件，打開其中的GUI窗口，效果如圖1.1所示

圖1.1 GUI開啟界面圖

然后通過適當地增添所需按鍵及選項，繪制如圖1.2所示的GUI窗口圖。

在圖1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分別表示入射介質的折射率，折射介質的折射率，入射角大小，反射角大小以及折射角大小。

S1按鍵的作用：按下S1前需要手動在為“EditText”類型的ni,nt,thi中輸入三個參數，當按下S1時，在界面“axes1”中將顯示滿足上述三個參數的入射光線反射光線以及折射光線，并且會在其更新顯示各個“Edit Text”類型中的值。

S2按鍵的作用：按下S2按鍵后，將自動獲取“Edit Text”類型中ni,nt,thi三個參數，并且將thi進行8等分，將入射光線，反射光線，折射光線進行動態顯示，并且更新顯示結果。

S3按鍵的作用：按下S3按鍵后，用鼠標在“axes1”界面中的區域內（當前由于程序的設定，只能獲取鼠標在0

在其中按鍵“Update”作用不大，僅僅是在對界面進行初始化（沒有這一按鍵也可，因為在S1,S2,S3按鍵中，都有初始化了）。可以適當刪除不需要的按鍵。

圖1.2 GUI仿真界面圖

當將一些要實現的功能定好后，就可以通過GUI所產生的M-file進行編程了。可以通過右擊GUI仿真界面圖，如圖1.3所示。

圖1.3 GUI進入M-file編輯示意圖 進入M-file后，如圖1.4所示。可以通過各個按鍵的函數進行編程，并且各個函數之間通過句柄（類似C語言中的指針）進行相互之間的訪問以及數據的調用。

圖1.4 M-file編輯界面圖

最后通過適當的調節與不斷的修該，可以達到較好的仿真效果。

四、實驗結果

當按下S1按鍵后，結果如圖1.5所示。

圖1.5 S1按鍵后結果顯示效果圖

當按下S2按鍵后，結果如圖1.6（其中動態顯示一步的截圖）所示。

圖1.6 S2按鍵后結果的效果顯示圖

當按下S3按鍵后，結果如圖1.6所示。

圖1.6 S3按鍵后結果的效果顯示圖

在實驗過程中，通過三個按鍵可以進行自定參數以及隨機參數的選擇，并且將所得參數進行顯示以及繪制光路。在按下S1按鍵時，實現自定參數的畫圖，所以需要先在左上角輸入3個參數（在實驗內容中已有介紹），在參數的輸入中，入射角要求小于90度，否則雖然有顯示，但是顯示出錯。在按下S3按鍵時，實現隨機獲取參數的畫圖，可以自動獲取鼠標的位置坐標，但是對鼠標的放置的位置范圍有要求（在實驗內容中已有介紹），這是由于在繪制光線的過程中的程序設定所限制的。否則當鼠標的位置超出所設定的要求范圍時，將自動按輸入的入射角為0度處理（這也是程序設定的）。這樣設定的目的是為了方便一般的視覺視圖，左上部分是入射光線，右上部分是反射光線，右下部分是折射光線。

五、實驗分析

在本次實驗中，遇到的主要問題有以下幾個：

問題

1、參數的限定條件。在實驗過程中，按下S1按鍵后，只能通過設定3個參數（ni,nt,thi）進行定參數的光線光路繪制，而不能通過其他參數的設定如ni,nt,tht或者ni,thi,tht等進行光路的繪制。

問題

2、光路中的箭頭表示。在仿真圖中，當入射角度過大（或者說折射角過大時），出現在折射光線上的箭頭很小甚至消失。現象如圖1.7所示。

圖1.7 箭頭問題示意圖

可以看到，在圖1.7中，折射光線上的箭頭已經看不見了。

對于問題1的解決方法可以在GUI界面中增加按鍵進行指定參數的選擇，這個問題并不能反應多少實質性的光路問題，所以沒有對該問題進行過多的探討。有時間可以通過增加按鍵進行參數的設定選擇。

對于問題2的解決方法，因為光是矢量，沒有方向就不能稱之為光線，所以應該對其進行詳細的解決。目前由于沒有做過合適的檢測，只能是通過優化矢量函數quiver()來對達到預初效果。修改如圖1.8 所示。

圖1.8 箭頭問題修改后光路圖

可以明顯看到修改后在入射角56.0257（圖1.7中的入射角為54.9841）比之前的入射角還大的情況下，折射光線的箭頭很明顯可以觀察到。這是因為在處理問題2中，利用了quiver()進行了優化處理。為詳化分析有必要將此函數進行簡單說明。

quiver（x,y,u,v,n,’m’)函數，是畫二維矢量的函數，其中x,y,表示矢量的起點；u,v分別表示在矢量方向上的x,y方向上的增量；n表示對u,v的增量，并且該參數影響箭頭顯示的大小，系統默認是1（實際上是0.9），可以通過調節n的值進行箭頭大小的調節，m表示進行矢量畫線的顏色（b表示藍色，r表示紅色等等）。該函數使用的效果不理想的最終原因就是因為在選定n以后，對于不同的u,v給出的箭頭大小不理想，而如何優化箭頭大小以及箭頭顯示的位置成了一對矛盾的統一體。

由于該函數沒有確定終點，所以在進行畫線的時候沒有辦法準確定好箭頭所在的位置，當u,v較小時，如果(x,y)離（5，5）也很近，此時會使得箭頭接近折射光線的起點，使得箭頭看起來不明顯，效果如圖1.9所示。

圖1.9 變量偏小時的問題示意圖

當然，在增量u,v(此處指u,v的絕對值)較大的情況下，雖然(x,y)離(5,5)較近時會有較明顯的效果，但是當(x,y)離(5,5)在遠離一點點，便會發生很大的偏差，可能突然就沒有了箭頭。不過，在此次編寫的程序中，我們固定了折射光線的起點，即選擇(x,y)=(5,5)進行折射光的光路繪制。顯然，當u,v有較大的值，即在程序中折射角過大時，容易產生圖1.7中的現象，所以，我們選擇了在不同的角度下，選擇不同的矢量增量，即優化了u,v的選擇，以及在不同的u,v情況下，對n給予不同的值，防止箭頭在某些情況下過大或者過小。當然解決問題2的方法有很多，這只是其中的一種，也可以使用annotation()函數，但是由于該函數需要對GUI窗口進行歸一化，難以建立鼠標坐標與GUI窗口的對應關系，所以沒有用該方法。對問題2的細節描述在程序中都有較詳細的說明（可以在M-file文件中的232至236即pushbutton4的Callback函數中查看）。

六、實驗總結

通過本次實驗加深了對光的折反射定律的理解以及對于Matlab中關于相關繪圖和仿真的應用操作的了解。

第二篇：工程光學仿真實驗報告

工程光學仿真實驗報告

實驗者：39172211----汪汝亮

39172213----范

博 39172212----陳文俊

【實驗目的】

學習使用光學系統仿真設計軟件 ZEMAX，利用該仿真設計軟件掌握光學系統設計、光線追蹤、像質評價、系統成型及仿真再現等基本應用方法。

【實驗設備】

ZEMAX軟件

【實驗內容】

1.ZEMAX功能、界面及數據輸入的演示。

2.單鏡片、雙鏡片、牛頓望遠鏡的設計實現。

【實驗步驟及數據處理】

1.單鏡片

運行ZEMAX軟件，按要求輸入3個波長，在STO后插入一個面。輸入STO的材質BK7，孔徑大小以及厚度。再輸入第一面及第二面鏡的曲率半徑100及-100.選中analysis 中的fans，得到圖形如下

矯正defocus,得到圖形如下

定義評價函數

最佳設計如下圖

Spot Diagram

Focal Shift

OPD 雙鏡片

叫出課程1的LDE，在STO后插入一個鏡片，定義第一面、第二面鏡材質分別為BK7和SF1，優化，叫出Chromatic Focus Shift，更改diameter,STO的thickness。得到下圖 Focal Shift

Ray Fan Curve

2D Layout

改變STO的Thickness得如下圖

Field Curvature 牛頓望遠鏡

在STO的thickness中輸入-1000，curvature中鍵入-2000，GLASS為MIRROR，aperture為200，波長選用0.550，觀察spot diagram，如下圖

Airy Disk

定義拋物面鏡

在反射鏡后放一個折鏡fold mirror,把STO的thickness改為-800，結果如下圖

在imagine plane前插一個dummy surface，3Dlay out 結果如下

在STO前插入一個surface，使其thickness為900，Aperture Type 為“Circular Obscuration”,Max Radius鍵入40，3Dlay out 觀察結果如下

【思考題解答】

1.當前常用的光學設計軟件有ZEMAX、CODE V、OSLO、ASAP等等。2.用ZEMAX進行光學設計的主要步驟：（1）新建鏡頭；（2）調用鏡頭；

（3）光路計算與優化計算；（4）像質評價。

【實驗心得體會】

通過這次試驗，我第一次接觸了光學設計軟件ZEMAX，并通過閱讀實驗指導書，自主完成了指導書上的仿真實驗任務。雖然，僅僅通過這一次的ZEMAX仿真實驗并不能使我們掌握該軟件的使用，但是有了這次的接觸，在以后的學習生活中再接觸到這種軟件就不會感到陌生了。

第三篇：工程光學基礎實驗報告格式及要求

《工程光學基礎》實驗報告內容及要求

一、報告內容

實驗一：透鏡基本性能測量

90分

1.實驗目的 10分 2.透鏡焦距測量原理（簡述）10分 3.實驗內容、結果及現象

70分 1）薄正透鏡的成像

30分

按指導書上序號書寫，要求畫出實驗光路并注明主要參數，如透鏡焦距，以及相關距離等參數，并計算所求物理量，注明實驗現象（正倒，虛實，放大縮小）。注意數據單位。圖1-3，1-4，1-5及3個單透鏡成像各5分，共30分。2）薄負透鏡的成像

20分 要求同上。

圖1-6，1-7，1-8，1-9各5分 3）透鏡焦距的測量

20分

參照表1－1，選定一對玻羅板刻線，重復測量三次，注意數據單位（焦距小數點后保留一位，單位毫米）。15分

計算誤差。

5分

實驗二：干涉法測量空氣折射率

90分

1.實驗目的 10分 2.實驗原理

10分

簡述邁克爾遜干涉儀和馬赫曾德干涉儀的工作原理（各5分）。3.實驗內容

20分 根據實驗室給定器件，基于邁爾孫干涉儀和馬赫曾德干涉儀的工作原理進行測量空氣折射率的光路設計，要求畫出實際設計光路（各5分），并進行簡要光路描述（各5分）。

4.實驗結果

20分

按照實驗指導書上的表1-1記錄條紋變化數，并根據得到的實驗數據計算不同條紋變化所對應的空氣折射率值（10分）；繪制出空氣壓強與干涉條紋變化的關系曲線（5分）及空氣折射率與壓強的關系曲線（5分）。

5.思考題

30分（每題各10分）

實驗三：衍射法測量光波波長

90分

1.實驗目的10分 2.實驗原理

20分 3.實驗內容

20分

根據實驗室給定器件基于夫瑯和費衍射原理進行測量鈉光波長光路設計（10分），并進行光路描述（10分）。

4.實驗結果及分析

20分

按照實驗指導書上表2-1記錄數據，計算出鈉光波長（10分）；計算誤差并分析（10分）。5.思考題

20分（每題各10分）

二、報告要求

每份實驗報告各10分

（1）必須有封皮，封皮上要注明課程名稱，班級，姓名，學號；

（2）報告必須手寫。

注：三個實驗的報告按順序排好，沿左側裝訂成一冊。

第四篇：光學工程就業

首先我先說明一下，傳統光學工程學科的老牌名校并不多，不像其他機械、電子等學校那么多，我是浙大光學工程畢業的，再給你講我做了解的就業情況，如果你是一般學校的，你就能有參照性了。

我是光學工程碩士畢業，目前在某研究所工作，根據我及從朋友的去處等等所了解的情況來看，光學本科生畢業的百分之七十基本上都轉行了，有的本科畢業就去華為或者其他不從事專業方面的公司，還有的即使在光學領域工作個一兩年也都轉行了，去搞電、通信、單片機等；讀碩士的同學就業基本上來說跟碩士期間所做的課題有著密切的聯系，有做軟件的、硬件的、圖像處理算法的、光學設計的、鍍膜的、加工檢測的等等。基本上做軟件硬件的即使是拿到光工的碩士，工作也是自然轉行了的，圖像處理的算是在做光學方面的圖像處理，半轉行狀態，光學設計、鍍膜、加工檢測方向的我的同學還是沿著光學的道路繼續走著。談到研究生的對口企業，我不得不說光學工程的就業面相對機械、電子還是非常窄的啊，而且越走越窄，讀到博士更窄了。究其原因，主要是因為國內的光學方向還不夠發達，搞這個方向的多在研究所，長春光機所、上海光機所、成都光電所、西安光機所、上海技物所、安徽光機所國內只有這幾個研究所是以光學為主的研究所，算是完全對口，本人就是在其中之一里面工作。公司多數都集中在北京、深圳、上海，杭州、蘇州、成都、西安、武漢也都還有一些光學公司企業，其他城市幾乎很少了或者沒有。但是機械、電子、電氣呢這些專業哪個城市都有大把的公司企業啊。關鍵的是光學的公司基本也都是為廣電產業服務的公司，很少有利用光學優勢專注于發展自己的方向的公司。比如光學鍍膜公司、光學平臺零件制造公司、光電儀器生產公司、液晶面板生產公司等。總之一句話，對口企業相比來說還是很少的了。

就業前景問題呢，橫向上我只能說光學工程可選擇的研究所和公司較少，就業面顯得窄一些，相比之下不如機械、電子等的好就業。但是縱向上來看，我碩士的同學基本上也都就業了，感覺也都還好，進光學研究所和公司的難度也并不比電子和機械大，這么來看其實也都還可以。況且，同學畢業了有不少去華為的，你既然問到了華為中興這樣的企業對口不對口，說實話，這種單位招人看的是個人素質，而不是專業背景，我朋友純搞理論物理的照樣去華為的。在這種考驗素質的單位面前，光學工程和機械、電子等專業學生機遇是平等的，學光學工程完全不影響你進華為，但重要的是讀研期間你能學到些什么，自我有個怎么樣的提高。

第五篇：印刷光學工程

上海理工大學出版印刷與藝術設計學院印刷光學工程

復試（筆試）參考書目

數字印前原理與技術： 數字化印前處理原理與技術 金楊 編著 劉真 主審化學工業出版社 2006年5月出版