光學設計實驗（方案設計）報告
課程現代光學設計實驗
實驗題目物質折射率測定實驗評分
學生姓名彭家琪學號 0942052038
學生姓名趙曉琛學號 0942052039
學生姓名李藝學號 0942052077
學生姓名董道林學號 0942052078
實驗時間地點分組
電子資訊學院專業實驗中心
一、實驗目的
結合理論基礎與實際應用，實現光電的有機結合。
二、實驗內容及要求（本實驗需要做的事情）
本課程是一門以實踐為主的綜合實驗技術課，要求在已學過的波動光學、數位電路、模擬電路等相關基礎課、專業課和實驗課的基礎上，提出一套實用的物質折射率測定方案，設計必要的光學系統和硬體電路，完成光電訊號的轉換，物理訊號與硬體電路的有機結合，實現對物質折射率的準確測量。
三、實驗設計方案（根據題目及要求用語言和框圖的方式說明硬體電路和控制軟體各部分的組成）
1 折射率檢測的原理分析：我們小組希望能夠利用楊氏雙縫干涉來測量物質的折射率。考慮獲得穩定干涉條紋的三個必要條件：
1，兩束光波的頻率應當相同；2，兩束光波在相遇處的振動方向應當相同；3，兩束光在相遇處應有固定不變的相位差。所以我們選用了具有很高相干性的yag雷射器作為光源（而如果選用普通光源的話，觀察屏上的干涉條紋可能不容易檢測）。
2 檢測系統主要由四大功能模組組成：光學檢測模組，訊號處理模組，供電模組與功能擴充套件模組。
系統功能框圖如下
光學檢測模組主要用於將光訊號轉化為電訊號。
四象限探測器將探測到的光強轉化為相應的電流訊號，而我們需要的是電壓訊號，因此在進行差分之前必須利用訊號處理模組中的前置放大電路將電流訊號轉化為電壓訊號。而差分放大電路用於實現對零級亮紋的準確測量。
供電模組用於給前置放大電路以及差分放大電路提供電源。
功能擴充套件模組主要用於對兩路差分輸出值實時顯示。
3檢測系統的光學結構組成圖如下：
光路搭建過程中的注意事項：雷射束應該盡量保持水行，要特別注意各個物理引數的設定，以使干涉條紋達到最好的狀態，同時感測器在螢幕上位置要做到盡量的精確，這是決定探測精度的乙個重要因素。同時如何選擇合適的感測器也是決定檢測精度至關重要的因素。
4 四象限探測器分為雪崩光電二極體（apd）四象限探測器和pin光電二極體（pin）四象限探測器。二種四象限探測器各有優點，雪崩光電二極體訊雜比較高，工作電壓一般為150v-350v，受溫度影響高，訊號電路複雜。而pin光電二極體訊雜比較低，工作電壓一般為10-15v（@0.
85um）60v-80v(@1.06um)，受溫度影響低，訊號電路簡單可靠。所以綜合考慮後我們選用1.
06um的pin光電二極體。
選擇四象限探測器的注意事項:
1要選用那些對人眼不會有傷害的波長範圍的波長作為工作波長。
2由於四象限探測器受溫度的影響比較大，所以我們一般都讓四象限探測器工作在恆溫的暗室裡面。
5 i/v轉換電路：
四象限探測器探測到光強並轉化成相應的電流訊號，而我們需要的是電壓訊號，因此在進行差分之前必須將電流訊號轉化成電壓訊號。選擇運算放大器ad8603 進行i /v 轉換。
vo = － ( isrf + i1r1) = － ( isrf + isr1 + i2r1)= － ( isrf + isr1 + isrfr1/r2)= － is( rf + r1 + r1rf/r2)
取r1=5kω rf=1kω r2=1kω
由式可知，可以調節r1與r2的比值來實現所需要的放大倍數，而不需要將反饋電阻rf設得太大，這樣就減小了雜訊的干擾。
運算放大器ad8603是單路、微功耗、軌到軌輸入和輸出放大器，具有極低的失調電壓以及低輸入電壓和電流雜訊特性。
6 差分放大電路
根據與i/v轉換電路中放大器的選擇一樣的原則，我們選擇了lm324作為整合運放。如果在理想的運算放大器１端加電壓激勵ｕｉ１，２端加電
壓激勵ｕｉ２，則由虛短虛斷得up ≈un，ii≈０。
則有i1＝i4，（ui1－un）/ｒ1＝ （un－uo）/ｒ4（１）
i2＝i3，（ui2－up）/ｒ2＝up/ｒ3（２）
由此可以解得
i2＝ui2將up＝un＝i2ｒ3 ＝ｒ3ui2／（ｒ２＋ｒ３）帶入式（１）
有i1＝１/ｒ１［ui1－ ｒ3（ｒ2＋ｒ3）/ui2］＝１/ｒ1ui１－ｒ3/ｒ1/（ｒ2＋ｒ3）ui2
r1=r2=r3=r4=10kω
7 電源部分的設計
輸入電容c1、c2用於抑制紋波電壓，輸出電容c3、c4用於消振，緩衝衝擊性負載，保證電路工作穩定。同時由於輸出電容c3、c4的存在，容易發生電容放電而損壞穩壓器，rv1和rv2是滑動變阻器，可以調節輸出的電壓。r1和r2是限流電阻，防止線路電流太大。
穩壓三極體我們選擇了lm7805，它的主要特點是lm7805整合穩壓三極體輸出電流可達1a,輸出電壓為5v，並且可以過熱保護以及過流保護，輸出電晶體sol保護。
8 由i/v，差分電路，電源三部分組成的電路板（pcb）如圖
四、參考文獻
《差分放大電路輸入電阻的合理計算》
《光電離感測器中微電流檢測電路的設計》
《現代光學設計實驗（二）》
《模擬電子技術教程》
《物理光學》
《數位電路》
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