iE 18 (849868), страница 2
Текст из файла (страница 2)
К установке прилагается «Руководствопользователя», в котором приведены основные сведения по работе спрограммным обеспечением.Формирование изображений производится непосредственное на приемнойплощадке ПЗС-камеры (без объектива).Оптическая схема установки для исследования дифракции Фраунгофераприведена на рис. 4. В качестве источника излучения используетсяполупроводниковый лазер 1, пучок которого проходит через поляроид 2 с цельюослабления интенсивности и направляется на дифракционный объект 3(отверстие или щель).
Дифракционная картина наблюдается на плоскости ПЗСкамеры 4, её обработка происходит на компьютере 5 с установленнымпрограммным обеспечением 6.Рис. 4. Схема экспериментальной установки103. Рабочее заданиеКомпьютерное моделирование.Компьютерное моделирование дифракционных картин сводится кчисленному решению дифракционного интеграла (1) при различных параметрахотверстий и расстояний.1. Рассчитайте в среде Mathcad дифракционную картину на кругломотверстии диаметром 10N мкм для длины волны λ = 0,65 мкм нарасстоянии 100N мм. Подобрать расстояние таким, чтобы её можно былобы сфотографировать с помощью цифрового фотоаппарата спараметрами: общее количество пикселей 5,0 мегапикселей,максимальное разрешение 2560×1920 пикс., оптический зуминг 8x,диапазон фокусировки: 1,57 м – ∞, для макросъемки 67 – 207 см. Диапазонзначения выдержки 1/2000 – 4 с.2.
Рассчитайте в среде Mathcad дифракционную картину на прямоугольномотверстии с размерами 10N × 25N мкм для длины волны λ = 0,4880 мкм нарасстоянии 200N мм. Подобрать расстояние таким, чтобы её можно былобы сфотографировать с помощью цифрового фотоаппарата спараметрами: общее количество пикселей 5,0 мегапикселей,максимальное разрешение 2560×1920 пикс., оптический зуминг 8x,диапазон фокусировки: 1,57 м – ∞, для макросъемки 67 – 207 см.
Диапазонзначения выдержки 1/2000 – 4 с.3. Рассчитайте распределение интенсивности в дифракционной картине отдвух отверстий при:а) условиях п.1 и расстоянии между отверстиями l = 50N (нечетные номера);б) условиях п.2 и расстоянии между отверстиями l = 35N (четные номера).Экспериментальное исследование1. Исследeуйте дифракционную картину при дифракции лазерного пучкана круглом отверстии.2. Исследуйте дифракционную картину при дифракции лазерного пучкана прямоугольном отверстии (или щели).113. Исследуйте дифракционную картину при дифракции лазерного пучкана прямоугольных отверстиях (или щелях).4.
Методика выполнения работыМетодика компьютерного моделирования1. Для моделирования дифракционного интеграла Френеля – Кирхгофа вприближении Фраунгофера производится численное интегрирование.При написании дифракционного интеграла особое внимание следуетуделить границам интегрирования. Для случая прямоугольногоотверстия указываются границы по размеру ширины и высоты, сусловием нахождения нуля отсчета посередине сторон. В случае, когдаодна из сторон бесконечна (например, проволока) в Mathcad следуетуказывать число, примерно в 3–4 раза больше приемной апертурыфотоприемника, так как при бесконечных пределах интегралрассчитывается очень долго и требует много ресурсов компьютера. Длясферического отверстия требуется выразить границы интегрирования вдекартовых координатах.Для подбора расстояния до плоскости регистрации необходимо добитьсятакой дифракционной картины, чтобы одна дифракционная полоса отображаласькак минимум на 10 пикселях изображения.
Для расчета количества пикселей надоперевести размеры в миллиметрах в размеры в пикселях, используя разрешениематрицы фотоаппарата и параметры объектива (фокус, увеличение).Подбор мощности излучения производится, исходя из требований поосвещенности изображения. Дифракционная картина должна быть хорошо виднана изображении, но не должно быть засветок. Для расчета необходимо определитьплотность мощности излучения, рассчитать какая доля приходится на однуячейку ПЗС матрицы в максимуме дифракционной картины, а затем определить,какой фототок будет от данной ячейки за время накопления заряда (экспозиции).Для получения качественного изображения фототок должен быть в диапазоне от 1мкА до 10 мА.2. Учет параметров регистрирующей аппаратуры состоит в выполненииусловия разрешимости дифракционных полос на экране.Методика проведения физического эксперимента121.
Соберите установку и выставьте лазерный пучок параллельнооптической оси. Выставьте поляроид на пути распространения пучка.Поставьте прямоугольное отверстие (или щель) и сфотографируйтедифракционную картину. Обработайте дифракционную картину исопоставьте экспериментальные результаты с расчетными. Оценитепогрешность измерения дифракционного минимума.2. Замените прямоугольное отверстие на круглое и повторите п.1.3. Поставьте экран с двумя отверстиями и повторите п.1.5. Проведение измеренийГрадуировка системыКоординатные измерения на изображении производятся в пикселях спомощью программы OSC WDM. Размер одного пикселя матрицы OV-9121камеры VAC-135 составляет 5,2×5,2 мкм.
При формате видеоизображения1280x1024 изображение воспроизводится в масштабе 1:1.Расстояние L от исследуемого объекта до приемной площадки камерыследует определить предварительно перед проведением исследований расчетнымпутем, установив ширину щели а и измерив расстояние в пикселях N11 междудвумя симметричными максимумами первого порядка на изображении поформулеL=N11 ⋅ 5,2a,3λгде λ = 0,65 мкм — длина волны излучения лазера; 5,2 мкм - размер пикселя.Настройка АРМС1. Включите питание лазерного излучателя.2. Поверните поляризатор так, чтобы пятно лазера было хорошо заметнона объекте.3.
На юстировочном модуле лазера имеются два кольца, в каждое изкоторых вкручены по три винта. Отжимая и вкручивая винты,необходимо добиться того, чтобы лучи отраженные от поляризатора и13объекта попали на выходную диафрагму лазера. В этом случае пучок,излучаемый лазером, перпендикулярен поверхностям поляризатора иобъекта.Проведение измерений1. Видеокамера должна быть подключена к компьютеру. Изображениестроится непосредственно на матрице камеры, поэтому с камеры надоснять крышку (камера должна быть без объектива).Запустите программу OSC WDM (иконкана рабочем столе). Драйверgiveio.sys для работы в комплекте АРМС не требуется.
Если программа незапускается, отсоедините и через 5 сек. снова присоедините разъем USB2.подключающий камеры к системному блоку.2. Если конфигурация настройки программы ранее была изменена, то в меню«Настройка» основного окна выберите п. «Чтение параметров» изагрузите файл настройки. Рекомендуемая конфигурация записана в файле«ARMS7.pdt».
Вы можете в последующем создать несколько файловконфигураций для решения различных задач и выбирать необходимый.3. Активируйте окно "График по X», затем установите . изображенийнажатием кнопки. Вызовите закладку «Video Capture Filter» иустановите необходимые режимы работы видеокамеры:•Saturation — 0•Sharpness — 0•Backlight — 0•Exposure - Manual (Auto — выкл.)4. Выберите на объекте требуемую структуру и направьте на нее пучоклазера. Получите на мониторе изображение дифракционной картины. Прииспользовании щели переменной толщины вращением микрометрического14винта установите требуемую ширину щели в соответствии с заданиемпреподавателя.5.
Установите коэффициент усиления и время накопления (движки Gain иExposure) обеспечивающий яркое, контрастное изображение (см. «АРМС7.Техническое описание. Руководство пользователя» - стр.10, рис. 4б).Вращением поляризатора скорректируйте интенсивность пучка лазера.Поляризатором подстройте амплитуду сигнала, так чтобы центральныймаксимум был наибольшим и на вершине максимума перезасвечивание(насыщение) матрицы видеокамеры.
Признаком насыщения являетсяровный белый фон участка изображения, значения интенсивности в этойзоне в окне «График по X» равно 255. Если ограничение сигнала принасыщении происходит на уровне меньшем, чем 255, то следуетскорректировать динамический диапазон сигнала движком Яркость(Brightness), добившись значения 255.Далее поляризатором подстройте амплитуду сигнала так. чтобыцентральный максимум был наибольшим, но не происходилоперезасвечивание (насыщение) изображения. Таким образом, измеряемыйуровень интенсивности всегда должен быть меньше 255 в той частиизображения, где проводятся координатные или фотометрическиеизмерения.
В дальнейшем, если измерения будут проводиться надифракционных максимумах высоких порядков, то допускаетсяперезасвечивание центрального максимума, как показано на рис. 5.6. При работе с высоким уровнем шумов следует установить в программебольшее число кадров для суммирования в режиме накопления(рекомендуемое значение 50).
Для проведения измерения следуетвключить режим накопления нажатием кнопки. Зафиксироватьизображение можно нажатием кнопки «Стоп-кадр накопленногоизображения с обработкой». Зафиксированное изображение принеобходимости сохранить в виде графического файла нажатием кнопки«Запись файла изображения».15Описанные ниже действия могут выполняться как на зафиксированномизображении, так и на сохраненном ранее и вызванном нажатием кнопки«Чтение файла изображения».7. Выберите и зафиксируйте на изображении опорную точку нажатиемкнопки «Установка опорной точки» (например, основной максимум илиминимум дифракционной картины).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
