光线追踪实验报告

Ray Tracer---光线跟踪实验报告

711064XX XXX

一、实验目的

在计算机图形学课程作业中，题目要求是做Ray Tracing 或碰撞检测，其中对Ray Tracing 的要求是：

(1)多种形状物体，Ball, box等

(2)包含多种材质物体：纯镜面反射、透明物体、纯漫反射、半透明物体等

(3)Moving in a 3D world

(4)environment texture

二、实验原理

在这次实验中，使用了真正的光线跟踪算法，而不是采用环境纹理来反映周围环境。

1、光线跟踪简介

光线跟踪是一种真实地显示物体的方法，该方法由Appel在1968年提出为了

生成在三维计算机图形环境中的可见图像，光线跟踪是一个比光线投射或者

扫描线渲染更加逼真的实现方法。这种方法通过逆向跟踪与假象的照相机镜

头相交的光路进行工作，由于大量的类似光线横穿场景，所以从照相机角度

看到的场景可见信息以及软件特定的光照条件，就可以构建起来。当光线与

场景中的物体或者媒介相交的时候计算光线的反射、折射以及吸收。由于一

个光源发射出的光线的绝大部分不会在观察者看到的光线中占很大比例，这

些光线大部分经过多次反射逐渐消失或者至无限小，所以对于构建可见信息

来说，逆向跟踪光线要比真实地模拟光线相互作用的效率要高很多倍。计算

机模拟程序从光源发出的光线开始查询与观察点相交的光线从执行与获得正

确的图像来说是不现实的。

2

由以上经典的光线追踪算法可以发现，在此算法中，环境中的物体等模型，并不是

一次性的画好的，而是对整个场景一个像素一个像素的画上去的，光线跟踪算法中

的每一根光线要与场景中的每一个物体所含的每一个面求交。

三、光线跟踪算法实现

1、计算观察光线

首先需要确定光线的数学表达式。一条光线实际上只是一个起点和一个传播方向，

假设起点为O（x1，y1，z1），屏幕上一点为D（x2，y2，z2），则光线的方向dir（x3，y3，z3）为：

dir=O–D；

即

在程序中，光线的起点定义为：

方向为：

由此可以确定一条光线

然后就需要求出与该光线相交的物体中的最近的交点

2、光线与球体相交

球体由方程(x-a)2+(y-b)2+(z-c)2=r2确定，求光线是否与方程相交，只需计算方程组

(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=R2

e+ d t = 0

有无实数解即可。

若令c(x1,y1,z1)为圆心，将二式带入一式整理可得，

(d﹒d)t2 + 2d﹒(e - c)t + (e - c)﹒(e - c) - R2=0 这里，除了参数t外所有的都是已知的，所以也就是标准的一元二次方程，即

At2 + Bt + C=0

二次解下中根号下的项B2-4AC为判别式，它可以说明有多少实数解。如果判别式为负，球和直线没有交点。如果判别式为正，则有两个解；一个解是光线进入球的位置，另一个是离开的位置。如果判别式为零，光线与球相切并只有一个交点。代入球的方程中，并消除公共因子得

在实际实现中，在计算其他项之前应该首先检查判别式的值。

在程序中的具体实现如下：

3、与平面相交

假设平面方程为Ax + By + Cz +d=0 ，同理，将平面的法向量与直线的方向向量做差乘运算，若结果为零，则说明光线平行于平面没有交点。

在程序中的实现如下：

4、颜色的确定

一旦我们知道了光线在传播的过程中与哪些物体相交了，我们就可以这一点的颜色，而单纯的使用物体颜色，会使图像看起来很不自然，所以我们将会计算由两个光源产生的散射的阴影效果，两个光源都会对物体的颜色起作用

下面这段代码还计算了从交点 ('pi') 到光源('L')的向量,

并且通过计算这个向量和物体表面的法向量的点乘积来确定该点的光照强度。这样的计算会产生这样的效果：那些面对光源的点要比其他的点要更加明亮，背对光源的点将不会被照亮。

5、 反射的计算

计算一个已知法向量的点的反射光线，可以使用以下公式 R = V - 2(V ﹒N )N

其中R 是反射光线的方向向量，V 是入射光线的方向向量，N 是该点的法向量 计算反射光线并递归跟踪的关键代码如下：

6、 折射的计算

光线跟踪同样可以构造经折射的光线并继续递归跟踪，并最后将遇到的颜色信息加到最近的交点上。折射时可根据折射定律进行计算，可以使用以下式子

T = (n * V ) + (n * (- N ﹒V ) - SQRT (1.0 - ( n * (N ﹒V ) )2 ) ) * N ;

其中，T是折射光线的方向向量，V是入射光线的方向向量，N是该点的法向量，n是两种材料的折射率的比值

计算折射光线并递归跟踪的关键代码如下：

7、Phong 明暗处理

当物体表面被光源照亮时，会形成一个高亮的光斑。这个光斑会随着视点的移动而移动，而不是固定的。Phong 提出的光照模型，实际上就是把反射光的方向向量考虑了进来。

上式中的L是从交点到光源的向量，N是平面的法向量，V是观察方向，R是L在平面上的反射向量，可以发现这个公式同时包含了漫反射和镜面反射光，实现的代码如下：

8、 阴影效果

为了计算阴影，需要在算法中判断点是否在阴影中，对于场景中的每个光源都创建

一条阴影光线，再判断对场景中的所有物体是否相交，若相交，则说明物体在阴影

中而光源是不可见的，并置shade = 0；否则，说明物体不再阴影中，光线可以照射到该点，置shade = 1；而shade 最终的值在0和1之间的话表示该点对部分光源是可见的，其他的是不可见的。

四、 程序效果截图

物理实验报告测量单缝衍射的光强分布

实验名称：测量单缝衍射的光强分布 实验目的： a ．观察单缝衍射现象及其特点； b ．测量单缝衍射的光强分布； c ．应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽； 实验仪器： 导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH 型数字式检流计。 实验原理和方法： 光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。 a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域： L a 82>>λ或8 2 a L >>λ 式中：a 为狭缝宽度；L 为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。 可以对L 的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4 101-?≤，入射光是Ne He -激光，其波长为632.80nm ，cm cm a 26.12 ≈=λ，所以只要取cm L 20≥，就可满足夫琅和费衍射的 远场条件。但实验证明，取cm L 50≈，结果较为理想。 b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：

20 )/(sin u u I I = 式中： λ?π/)sin (a u = 暗纹条件：由上式知，暗条纹即0=I 出现在 λ?π/)sin (a u =π±=，π2±=，… 即暗纹条件为 λ?k a =sin ，1±=k ，2±=k ，… 明纹条件：求I 为极值的各处，即可得出明纹条件。令 0)/(sin 22=u u du d 推得 u u tan = 此为超越函数，同图解法求得： 0=u ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 即 0sin =?a ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件 2/)12(sin λ?+±k a ，1=k ，2，3，… 只是近似准确的。 单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下： ?sin 0 a /43.1π± a /46.2π± a /47.3π± I 0I 0047.0I 0017.0I 0018.0.I

光的反射实验报告14.11.3

《光的反射》实验报告 一、光的反射现象 光射到物体表面上时，会有一部分光被物体表面反射回来，这种现象，就叫做光的反射。 二、光的反射定律 1、几个名词：法线：经过入射点O并垂直于反射面的直线ON叫做法线。 2、光的反射遵循什么规律呢？（角大小怎样？光线位置在哪？可对称等等。） 实验器材：激光笔装置盒、配有镜子的白色卡纸、铅笔、量角器(如上图) 学生活动一： 1.探究目的：探究三线是否在同一平面。 做法：再将白色卡纸一半伸出盒外，让法线与底座盒子一边重合，再次贴着MN线竖直放上镜子，选择600入射光线，观察到反射光线后，再将伸出部分纸片向下按，看看纸上能否再次看到反射光线。再将纸片折回再观察。 总结：入射光线、反射光线、法线在平面内。（“几个”or“同一个”） 学生活动二： 1.探究目的：探究两角大小关系以及三线位置关系。 转动卡纸与镜子,让光分别从300 、400、600入射到镜面同一入射点O，在白卡纸上观察反射后光线位置，并画出反射光线所在位置，探究两光线与法线夹角关系，注意观察入射光线的方向改变时，反射光线的方向怎样改变。（至少做3次）将数据记入下表中： 总结：（1）反射角入射角 （2）入射光线、反射光线位居法线。（“同侧”or“两侧”） 综合分析探究活动一、二，总结光的反射规律。 ①三线共面②两线分居法线两侧③两角相等 学生活动三：举起镜子，观察后面的同学，后面同学能否从镜子中也看到你？ 1.探究目的：探究光路是否可逆？ 学生动手：在原卡纸上找到一条反射光线，让激光反过来沿这条反射光线入射，再次观察射出的光线位置，比较与之前光路有什么特点。（此次反射光线与原先入射光线重合）小结：反射时光路是的。 学生活动四：镜面反射和漫反射 画出下列光线的反射光线：（先过O点作与镜面垂直的法线，再量出入射角，在另一侧量出等大的反射角，画出反射光线。）

单缝衍射光强分布实验报告

单缝衍射光强分布实验 报告 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

单缝衍射光强分布 【实验目的】 1.定性观察单缝衍射现象和其特点。 2.学会用光电元件测量单缝衍射光强分布，并且绘制曲线。 【实验仪器】 【实验原理】 光波遇到障碍时，波前受到限制 而进入障碍后方的阴影区，称为衍 射。衍射分为两类：一类是中场衍 射，指光源与观察屏据衍射物为有限远时产生的衍射，称菲涅尔衍射；一类是远场衍射，指光源与接收屏距衍射物相当于无限远时所产生的衍射，叫夫琅禾费衍射，它就是平行光通过障碍的衍射。 夫琅禾费单缝衍射光强I =I 0 (sin β)2β2;其中β=πa sin θλ；a 为缝宽，θ 为衍射角，λ为入射光波长。 上图中θ为衍射角，a 为缝宽。 【实验内容】 （一） 定性观察衍射现象 1.按激光器、衍射板、接收器（屏）的顺序在光节学导轨上放置仪 器，调节光路，保证等高共轴。衍射板与接收器的间距不小于1m 。 2.观察不同形状衍射物的衍射图样，记录其特点。 （二）测量单缝衍射光强分布曲线 仪器名称 光学导轨 激光器 接收器 数字式检流计 衍射板 型号

1.选择一个单缝，记录缝宽，测量-2到+2级条纹的光强分布。要求至少测30个数据点。 2.测量缝到屏的距离L。 3.以sinθ为横坐标，I/I0为纵坐标绘制曲线，在同一张图中绘出理论曲线，做比较。 【实验步骤】 1.摆好实验仪器，布置光路如下图 顺序为激光器—狭缝—接收器—数字检流计，其中狭缝与出光口的距离不大于10cm，狭缝与接收器的距离不小于1m。 2.调节激光器水平，即可拿一张纸片，对准接收器的中心，记下位置，然后打开激光器，沿导轨移动纸片，使激光器的光点一直打纸片所记位置，即光线打过来的高度要一致。 3.再调节各光学元件等高共轴，先粗调，即用眼睛观察，使得各个元件等高；再细调，用尺子量取它们的高度(狭缝的高度，激光器出光口的高度，接收器的中心)，调节升降旋钮使其等高，随后用一纸片，接到光源发出的光，以其上的光斑位置作为参照，依次移动到各个元件前，调节他们的左右(即调节接收器底座的平移螺杆，狭缝底座的平移螺杆)高低，使光线恰好垂直照到元件的中心。 4.调节狭缝宽度，使光束穿过，可见衍射条纹，调节宽度，使条纹中心亮纹的宽度约为5mm，且使得条纹最亮，而数字检流计的读数最大，经过上述调节后，上述任何一个旋钮的改变都会使读数变小。

光全息照相实验报告

实验报告实验三十四全息照相 物理学院1300061311 二下 6 组 03 号 2015.4.15 一. 实验目的 1?了解全息照相的基本原理； 2?学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图; 3 ?了解摄影暗室技术. 二. 实验仪器 光学平台，He-Ne 激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和 分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备. 三. 实验原理 全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全 息照相名称的山来?但是，感光乳胶和一切光敬元件都是“相位盲S 不能直接记 录相位?必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接 记录下物光的振幅和相位?直接观察拍好的全息图，看不到像?只有照明光按一定 方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立 体像?故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。下面是透射式全息照 相原理。 1?全息记录 如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了底片所在位 置物光波前的振幅和相位 物光一点发出的球面波波前： 〃0（如刃=人（忑y ）exp ［诫）（兀y ）］ 参考光波前： 则底片上总复振幅: 光强分布： Ig) = UU 感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图?适当控制曝光 量及显影条件，可以使全息图的振幅透过率:与曝光量E （正比于光强1）成线性关 系，即 心,刃=山一例（九y ） ? 2兀 匕(兀 y) = A r exp[/ — ysina] Ug y) = U Q (x.y)+U r (x, y)

探究光的反射定律实验报告

2014-2015学年第一学期八年级物理分组实验 探究光的反射规律的实验报告 班级姓名 实验目的：探究光的反射规律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 实验步骤： 1、按要求组装器材。 2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 3、重复实验两次。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。 5、整理器材。 实验记录： 次数入射角i 反射角r 1 2 3 实验结论： 1、在反射现象中，在同一平面内； 2、居法线两侧； 3、——————————————。

2014-2015学年第一学期八年级物理分组实验 探究平面镜成像特点的实验报告 班级姓名 【实验目的】探究平面镜成像特点 【实验器材】两支完全一样的蜡烛、一块玻璃板、一个光屏、火柴、刻度尺 【实验步骤】 1、将玻璃板垂直置于桌面，在玻璃板的一侧立一支点燃的蜡烛，透过玻璃板观察其另一侧面的蜡烛的像。 2、将光屏放在像的位置，不透过玻璃板，直接观察光屏上有无像。 3、将相同的未点燃的蜡烛放在像的位置，观察像与蜡烛的大小关系。 4、移到蜡烛的位置，观察其像的大小有无变化。 5、量出蜡烛和像到玻璃板的距离。 【实验数据】 像与物的大小关系物体与玻璃 的距离（cm） 像与玻璃的 距离(cm) 物像连线与 镜面的关系 实像或虚像 位置1 位置2 位置3 【实验结论】 平面镜成像特点： 1.像和物大小, 2.像到镜面的距离和物到镜面的距离 3.像和物的连线与镜面 4.平面镜所成像是像

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物理实验报告5_测量单缝衍射的光强分布(完整资料).doc

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L a 82 >>λ或82a L >>λ 式中：a 为狭缝宽度；L 为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。 可以对L 的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4101-?≤，入射光是Ne He -激光，其波长为632.80nm ，cm cm a 26.12 ≈=λ，所以只 要取cm L 20≥，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明，取cm L 50≈，结果较为理想。 b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律： 20 )/(sin u u I I = 式中： λ?π/)sin (a u = 暗纹条件：由上式知，暗条纹即0=I 出现在 λ?π/)sin (a u =π±=，π2±=，… 即暗纹条件为 λ?k a =sin ，1±=k ，2±=k ，… 明纹条件：求I 为极值的各处，即可得出明纹条件。令 0)/(sin 22=u u du d 推得 u u tan = 此为超越函数，同图解法求得： 0=u ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 即 0sin =?a ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件 2/)12(sin λ?+±k a ，1=k ，2，3，… 只是近似准确的。 单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下： ?sin 0 a /43.1π± a /46.2π± a /47.3π±

LED调光实验报告

LED调光实验报告 高亮度发光二极管（LED）在各种领域应用普及，并要求LED具备有调光功能。在现在的几种调光技术中，从简单的可变电阻负载到复杂的脉冲宽度调制（PWM）开关，每一种方法均有其利弊。PWM调光的效率最高，电流控制也最精准。本文以LED驱动器LM3405为例，论述LED在调光时的特性，例如亮度与正向电流的关系、波长的变化（色移）和控制器的工作周期限制等。 由于LED的功率低于1 W，所以可用任何类型的电压源（开关器、晶体管）和串串联电阻建构一个电流源。对于少数光线输出端电流的改变而造成亮度和颜色的变化，人的肉眼是不容易察觉出来。不过，一旦将多个LED串联，该稳压器便必需担当电流源的角色。这是因为LED的正向电压VF会随正向电流IF变化，图1是LED波长随着正向电流IF变化图，而该变化对于每个LED都不相同的，即使是同一批产品也有区别。在较大的电流下，光线的强度变化通常约为20%。而 LED制造商一般都会采用较大的VF范围来增加亮度和颜色，因此上述情况尤其突出。然而，除了电流外，正向电压还会受到温度影响。假如只采用镇流电阻器，则光源的颜色和亮度变化很大，而唯一可确保色温稳定的方法是稳定前正向电流IF。 大部分设计人员只习惯为LED设计稳压器，但在设计电流调节器方面显然有不同的要求。电压输出必须要配合固定的输出电流。虽

然在大多数应用中， LED驱动器的输出电流可容许误差±10%，而直流电流的输出纹波更可高达20%，一旦纹波超出20%，人的肉眼便会察觉到亮度的变化，假如输出纹波进一步增加到40%，肉眼就无法承受。 一般而言，电流调节器的设计都需使用比较大的电感以使电感电流IL的变化少于20%。这里可采用LM3405，即使电感由于1.6 MHz 的高开关频率而变得较小，仍可发挥很好的效用。LM3405性能参数如下： 控制方法： 封装：电流模式 TSOT-6 最大输入电压： 15V 应用：工业照明 1A 1~22uF 4.7~10uH 驱动电流：输出电容：电感： 3、脉冲宽度调制调光技术

单缝衍射实验实验报告

单缝衍射实验 一、实验目的 1.观察单缝衍射现象，了解其特点。 2.测量单缝衍射时的相对光强分布。 3.利用光强分布图形计算单缝宽度。 二、实验仪器 He-Ne激光器、衍射狭缝、光具座、白屏、光电探头、光功率计。 三、实验原理 波长为λ的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，将得到单缝衍射图样，即一组平行于狭缝的明暗相间条纹。单缝衍射图样的暗纹中心满足条件： (1) 式中，x为暗纹中心在接收屏上的x轴坐标，f为单缝到接收屏的距离；a为单缝的宽度，k为暗纹级数。在±1级暗纹间为中央明条纹。中间明条纹最亮，其宽度约为其他明纹宽度的两倍。 实验装置示意图如图1所示。 图1 实验装置示意图 光电探头（即硅光电池探测器）是光电转换元件。当光照射到光电探头表面时在光电探头的上下两表面产生电势差ΔU，ΔU的大小与入射光强成线性关系。光电探头与光电流放大器连接形成回路，回路中电流的大小与ΔU成正比。因此，通过电流的大小就可以反映出入射到光电探头的光强大小。 四、实验内容 1.观察单缝衍射的衍射图形；

2.测定单缝衍射的光强分布； 3.利用光强分布图形计算单缝宽度。 五、数据处理 ★(1)原始测量数据 将光电探头接收口移动到超过衍射图样一侧的第3级暗纹处，记录此处的位置读数X（此处的位置读数定义为0.000）及光功率计的读数P。转动鼓轮，每转半圈（即光电探头每移动0.5mm），记录光功率测试仪读数，直到光电探头移动到超过另一侧第3级衍射暗纹处为止。实验数据记录如下： 将表格数据由matlab拟合曲线如下：

★ (2)根据记录的数据，计算单缝的宽度。 衍射狭缝在光具座上的位置 L1=21.20cm. 光电探测头测量底架座 L2=92.00cm. 千分尺测得狭缝宽度 d’=0.091mm. 光电探头接收口到测量座底座的距离△f=6.00cm. 则单缝到光电探头接收口距离为f= L2 - L1+△f=92.00cm21.20cm+6.00cm=76.80cm. 由拟合曲线可读得下表各级暗纹距离： 各级暗纹±1级暗纹±2级暗纹±3级暗纹 距离/mm 10.500 21.500 31.200 单缝宽度/mm 0.093 0.090 0.093 单缝宽度计算过程： 因为λ=632.8nm.由d =2kfλ/△Xi，得 d1=(2*1*768*632.8*10^-6)/10.500 mm=0.093mm. d2=(2*2*768*632.8*10^-6)/21.500 mm=0.090mm.

衍射光强分布测量实验报告

衍射光强分布测量 査凡物理系 摘要：为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律，本实验设计了基于水平光路的测量方法。运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大，并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。 关键词：衍射自动光强记录仪单缝多缝 The Experiment Of Light Distribution Of Diffraction Fan Zha Department of Physics Abstract: In order to observe and validate the rule of light distribution of single slit diffraction and multiple slits diffraction, the automatic grapher of light intensity is used in this experiment in a horizontal light path. We have verified that the diffraction stripes become dim and far away from each other since the slit(s) become narrow, and calculated the width of slit by using the formulas of light intensity. The experimental instrument is simple and convenient to adjust, and the moving interference fringes are clear. Key Words: diffraction automatic grapher of light intensity single slit multiple slits

光学实验报告

建筑物理 ——光学实验报告 实验一：材料的光反射比、透射比测量实验二：采光系数测量 实验三：室内照明实测 实验小组成员： 指导老师： 日星期二3月12年2013日期： 实验一、材料的光反射比和光透射比测量

一、实验目的与要求 室内表面的反射性能和采光口中窗玻璃的透光性能都会直接或间接的影响室内光环境的好坏，因此，在试验现场采光实测时，有必要对室内各表面材料的光反射比，采光口中透光材料的过透射比进行实测。 通过实验，了解材料的光学性质，对光反射比、透射比有一巨象的数值概念，掌握测量方法和注意事项。 二、实验原理和试验方法 （一）、光反射比的实验原理、测量内容和测量方法 光反射比测量方法分为直接测量方法和间接测量法，直接测量法是指用样板比较和光反射比仪直接得出光反射比；间接法是通过被测表面的照度和亮度得出漫反射面的光反射比。下面是间接测量法。 1.实验原理 （1）用照度计测量： P是投射到某一材料表面反射出来的光通量与被该光源的光通量的比值，根据光反射比的定义：光反射比即： φφP=P/因为测量时将使用同一照度计，其受光面积相等， 且，所以对于定向反射的表面，我们可以用上述代入式，整理后得： P=EE P/对于均匀扩散材料也可以近似的用上述式。 可知只要测出材料表面入射光照度E和材料反射光照度Ep，即可计算出其反射比。 （2）用照度计和亮度计测量 用照度计和亮度计分别测量被测表面的照度E和亮度L后按下式计算 πL/EP= 2；被测表面的亮度，cd/m式中：L---E—被测表面的照度，lx 。 2.测量内容 要求测量室内桌面、墙面、墙裙、黑板、地面的光反射比。每种材料面随机取3个点测量3次，然后取其平均值。 3.测量方法 ①将照度计电源（POWER）开关拨至“ON”，检查电池，如果仪器显示窗出现“BATT”字样，则需要换电池； ②将光接收器盖取下，将其光敏表面放在待测处，再将量程（RANGE）开关拨至适当位置，例如，拨在×1挡，测量的仪器显示值乘以量程因子即为测量结果。另有一种自动量程照度计，数字显示中的小数点随照度的大小不同而自动移位，只需将所显示的数字乘以量程因子即为测量结果（单位：lx）。有的照度计为自动量程，直接读取照度计数字即为测量结果。 ③在稳定光源下，将光接收器背面紧贴被测表面，测其入射照度E；然后将光接收器感光面对准被测表面的同一位置，逐渐平移光接收器平行离开测点，照度值逐渐增大并趋于稳定（约300mm左右），读；ρ，即可计算出光反射比Ep取反射照度值 ④测量时尽量缩短入射照度和反光照度间的时间间隔，并尽可能的保持周围光环境的一致性。

微弱光实验报告

GDOU-B-11-112广东海洋大学学生实验报告书（学生用表） 实验名称___________________________ 课程名称_____________________ 课程号 _______ 学院（系）_________________ 专业___________________________ 班级________________ 学生姓名_____________ 学号_____________ 实验地点___________ 实验日期__________ 微弱光实验 一、实验目的 1、了解不同探测器对微弱光探测处理的原理及方法 2、了解低噪声放大器的内部原理及应用原则 二、实验内容 1、普通光电二极管测量微弱光原理实验 2、雪崩光电二极管测量微弱光原理实验 3、光电倍增管测量微弱光原理实验 4、低噪声放大器应用实验 三、实验仪器 1、微弱光测试实验仪1台 2、光源组件1套 3、光电二极管组件1套 4、APD光电二极管组件1套 5、光电倍增管组件1套 6、衰减片组件系统1套 7、连接线若干 8电源线1根 四、注意事项 1、连接电路时，保证电路未通电。 2、光源极性不要接反。 3、不要用强光持续照射光电倍增管，特别是在高压下，否则容易使倍增管老化 五、实验操作

GDOU-B-11-112 广东海洋大学学生实验报告书（学生用表） 实验名称 __________________________ 课程名称 _____________________ 课程号 _______ 学院（系） _________________ 专业 ___________________________ 班级 ________________ 学生姓名 ____________ 学号 _____________ 实验地点 ___________ 实验日期 __________ 1、低噪声放大器应用实验 一个光电探测系统是由光学变换、光电探测器和后续电路处理系统组成，一般光电 探测器需连结多级放大器，我们称第一级放大器为前置放大器，对于一个由 n 个放大器 级连成的放大系统，其噪声特性可由弗里斯（Friis ）公式表达： 式中NF 为系统的总噪声系数；F l 为第一级放大器的噪声系数；F n 为第n 级放大器 的噪声系数；k p 为第一级功率增益，k p n 为第n 级功率增益。 由上式可以看出，多级放大器噪声系数的大小，主要取决于第一级放大器的噪声系 数。为了使多级放大器的噪声系数减小应尽量减小第一级的噪声系数，同时提高第一级 的功率增益 k p i ，这是指导我们设计低噪声放大器的一个重要原则。此外，还需考虑放大 器的频率特性，动 态范围，信号源阻抗等要求。所以具体电路因系统不同而异。从低噪 声要求出发应考虑如下几点： 1） 选择内部噪声低，信号源电阻合适的管子 前置放大器可由晶体管、结型场效应 管、绝缘栅场效应管和集成电路组成。晶体管适合于信号源电阻在几十欧姆至一兆欧姆 范围内；结型场效应管适合于较高的源电阻；绝缘栅场效应管可工作于更高的信号源电 阻情况，但因其1/ f 噪声较大，所以用得较少，只有在高阻状态才用。 2） 应选择优质电阻、电容 低噪声放大器除了放大管自身噪声低以外， 还需要电阻、 电容的噪声也很低，因电阻自身都存在固有的热噪声，热噪声电压的均方值为 / =4k TR f （ 5.1.2 ） 式中，k 为玻耳兹曼常数（1.38 X 10-23/J/K ） ； R 为电阻阻值；T 为电阻的绝对温 度；「讦为测量系统的通频带宽度。除此以外，电阻还产生与电阻品质有关的电流噪声 （也 称过剩噪声）。电流噪声的均方电压为 (5.1.3 ) 成绩 _______________ 指导教师 _________________________ 日期 __________________ 页，共 F3-1 … & -1 k p 1 k p 2 k p 1 k p 2 k p n (5.1.1) k k k,

衍射光强实验报告

教学目的 1、观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解； 2、学会使用衍射光强实验系统，并能用其测定单缝衍射的光强分布； 3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。 重点：SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用 难点：1）激光光线与光电仪接收管共轴调节；2）光传感器增益度的正确调整 讲授、讨论、实验演示相结合 3学时 一、实验简介 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动 是受测不准关系制约的。因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是 近代光学技术（如光谱分析，晶体分析，全息分析，光学信息处理等）的实验基础。 衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感元件探测光强的相对变化，是近 代技术中常用的光强测量方法之一。 二、实验目的 1、学会SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法； 2、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解； 3、学会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律； 4、学会用衍射法测量狭缝的宽度。 三、实验原理 1、单缝衍射的光强分布 当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等， 一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么 这样的衍射现象就比较容易观察到。 单缝衍射[single-slit diffraction]有两种：一种是菲涅耳衍射[Fresnel diffraction]，单 缝距离光源和接收屏[receiving screen]均为有限远[near field]，或者说入射波和衍 射波都 是球面波；另一种是夫琅禾费衍射[Fraunhofer diffraction]，单缝距离光源和接收屏 均为

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关于光的反射实验报告单模板文档2篇小泰温馨提示：实验报告是把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报。本文档根据实验报告内容要求展开说明，具有实践指导意义，便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及打印。 本文简要目录如下：【下载该文档后使用Word打开，按住键盘Ctrl键且鼠标单击目录内容即可跳转到对应篇章】 1、篇章1：探究光的反射定律实验报告文档 2、篇章2：八年级物理实验：光的反射实验报告文档篇章1:探究光的反射定律实验报告文档 《探究光的反射定律》实验报告 实验目的：探究光的反射定律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 1、按要求组装器材。

2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。 1、在反射现象中，————————————都在同一平面内； 2、————————————分居法线两侧； 3、——————————————。 篇章2:八年级物理实验：光的反射实验报告文档【按住Ctrl键点此返回目录】 一、实验名称：探究光的反射规律 通过实验探究光反射时的规律，能用光反射规律解释一些简单的现象。 画有角度的可折叠的白色硬纸板、平面镜、两个光源、铅笔、直尺等。 四、实验步骤 1、把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。

光的偏振实验报告-精选.doc

光的偏振 实验仪器： 光具座、半导体激光器、偏振片、1/4 波片、激光功率计。 实验原理： 自然光经过偏振器后会变成线偏振光。偏振片既可作为起偏器使用，亦可作为检偏器使用。 马吕斯定律：马吕斯指出：强度为I0 的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度（不考 2 。( 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。) 虑吸收）为I=I0cos 当光法向入射透过1/4 波片时，寻常光（o 光）和非常光（ e 光）之间的位相差等于π /2 或其奇数倍。当线偏振光垂直入射1/4 波片,并且光的偏振和云母的光轴面成θ角，出射后成椭圆偏振光。特别当θ=45°时，出射光为圆偏振光。 实验1、2 光路图： 实验 5 光路图： 实验步骤： 1.半导体激光器的偏振特性： 转动起偏器，观察其后的接受白屏，记录器功率最大值和最小值，以及对应的角度，求出半导体激光的偏振度。 2。光的偏振特性——验证马吕斯定律： 利用现有仪器，记录角度变化与对应功率值，做出角度与功率关系曲线，并与理论值进行比较。 5.波片的性质及利用： 将1/4 波片至于已消光的起偏器与检偏器间，转动1/4 波片观察已消光位置，确定1/4 波片光轴方向，改变1/4 波片的光轴方向与起偏器的偏振方向的夹角，对应每个夹角检偏器 转动一周，观察输出光的光强变化并加以解释。

实验数据： 实验一： 实验二： 实验五： 数据处理： 实验一： 计算得半导体激光的偏振度约为 故半导体激光器产生的激光接近于全偏振光。实验二： 绘得实际与理论功率值如下：

实际功率值 20mW 3 2.5 2 1.5 1 0.5 ° 0 100 200 300 400 理论值 20mW 3 2.5 2 1.5 1 0.5 ° 0 100 200 300 400 20mW 3 2.5 2 功率值（20mW ） 1.5 理论值（20mW ）1 0.5 ° 0 100 200 300 400 进行重叠发现二者的图线几乎完全重合，马吕斯定律得到验证。 实验五：见“实验数据”中的表格

单缝衍射光强的分布测量实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除单缝衍射光强的分布测量实验报告 篇一：衍射光强分布测量 衍射光强分布测量 ***，物理学系 摘要： 本实验利用激光为光源研究激光经过单缝与单丝时的衍射光强度分布情况。激光的高准直性符合夫琅和费远场条件，且高单色性保证测量时没有不同波长光的叠加影响。光感应器方面使用光栅尺与电脑连接做0.02毫米/点的高精度自动扫描。通过巴比涅原理迂回得到了没有直射光时单丝的衍射光强分布，完整验证了运用衍射光强分布来测量小微物体的长度的方法和可行性，并实际运用此法测量了铜丝和头发丝的直径。 关键词：衍射分布巴比涅原理单缝直径测量 ThemeasurementoftheDistributionofLightDiffraction YixiongKeYiLin,Departmentofphysics

Abstarct： Thisexperimentmadeuseoflaserasthelightsourcetoverif yaseriesofdiffractionpatternsof633nmlaserviadiffere ntsingleslitsandmonofilaments.Thecollimationfeature ofthelasermeetstheconditionofFraunhoferdiffraction, themonochromicfeatureoflaserprovideabetterexperimen talenvironmentthatthediffractionpatternwon`tbeinter ferebythelightofotherwavelength.weuselinearencorder connectedtopcviauLI(universalLaboratoryInterface)as thesensortoautomaticallyscanthediffractionpatternwi ththeratioof0.02mmperdot.weusebabinet’sprincipletogetthediffractionpatternofamonofilament https://www.sodocs.net/doc/a41262650.html,p letelyverifiedthemethodandfeasibilityofmeasuringati nyobjectwithitsdiffractionpattern.Inaddition,wetryt omeasurethediameterofacopperwireandpeople’shairinthisway Keywords:Diffractiondistributionbabinet`sprinciples ingleslitsmeasureDiameterofthewire 1

关于光的反射实验报告单模板(完整版)

报告编号：YT-FS-8650-39 关于光的反射实验报告单 模板(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity

关于光的反射实验报告单模板(完整 版) 备注：该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告，并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行修改和使用。 篇一：探究光的反射定律实验报告 《探究光的反射定律》实验报告 实验目的：探究光的反射定律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 实验步骤： 1、按要求组装器材。 2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 3、重复实验两次。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。

5、整理器材。 实验记录： 实验结论： 1、在反射现象中，————————————都在同一平面内； 2、————————————分居法线两侧； 3、——————————————。 篇二：八年级物理实验：光的反射实验报告 一、实验名称：探究光的反射规律 二、实验目点： 通过实验探究光反射时的规律，能用光反射规律解释一些简单的现象。 三、实验器材 画有角度的可折叠的白色硬纸板、平面镜、两个光源、铅笔、直尺等。 四、实验步骤 1、把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。

大学物理光学实验报告材料

实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上 。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远 镜观察第一、二级衍射条纹。 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 （）

'111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ λ ?= ?= 结果表示：()nm λλλ=±?= nm 。 七、思考题

衍射光强分布测量实验报告.docx1

衍射光强分布的测量 1008406006 物理师范陈开玉 摘要：为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律，本实验设计了基于水平光路的测量方法。运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大，并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。 关键词：衍射自动光强记录仪单缝多缝 一、引言 光的衍射现象是光的波动性的重要表现，并在实际生活中有较多应用，如运用单缝衍射测量物体之间的微小间隔和位移，或者用于测量细微物体的尺寸等。本实验要求通过观察、测量夫琅禾费衍射光强分布，加深对光的衍射现象的理解和掌握。 二、实验原理 1,衍射的定义: 波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象,而光也是波的一种, 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样2,光的衍射分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射, 夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射;而菲涅尔衍射是指光源和观察点距障碍物为有限远的衍射.本实验研究的只是夫琅禾费衍射.实际实验中只要满足光源与衍射体之间的距离u,衍射体至观察屏之间的距离v都远大于就满足了夫琅禾费衍射的条件,其中a为衍射物的孔径,λ为光源的波长. 3,单缝、单丝衍射原理：

如上图所示，a为单缝宽度，缝和屏之间的距离为v，为衍射角，其在观察屏上的位置为x，x离屏幕中心o的距离为OX=，设光源波长为λ，则有单缝夫琅禾费衍射的光强公式为： 式中是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。 若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中，则所成函数图象大致如下 除主极强外，次极强出现在的位置，它们是超越方程的根，其数值为： 对应的值为 当角度很小时，满足，则OX可以近似为 因而我们可以通过得出函数中次级强的峰值的横坐标只差来确定狭缝的宽度a 4，多缝衍射和干涉原理

浙江大学物理光学实验报告

本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ?

2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。