RealLight光电教学实验整合设计方案.docx

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RealLight光电教学实验整合设计方案

实验室建设推荐方案

方案制定人：

王瑞松国内实验教学产品总代：

天津市拓普仪器有限公司

业务经理：

邢祥豹叶子路

一、方案及产品特点：

1-1摆脱了纯演示、插拔式的实验方法。

选用科研与工业级的光机部件，把光电专业实验分成三部分内容：

系统调试，实验现象，数据采集和分析。

着重专业教学大纲与工程实践相结合，学生动手能力的培养。

1-2按照基础-综合-设计三部分4-3-3比例配置实验内容。

1-3实验内容覆盖广泛，与教材结合紧密，紧扣安徽工程大学光电信息工程培养计划。

实验方案分为四个大类：

激光类实验、信息光学类实验、光电检测类实验、光电子与光通讯类实验。

1-2-1激光类实验包括半导体泵浦固体激光综合实验（RLE-CA01-B）、氦氖激光综合实验（RLE-CA02-B）和脉冲ND：

YAG激光器实验、激光光束模式变换与测量实验（RLE-CA06），涉及到《激光原理与技术》、《新型激光器件及应用》课程，实验知识点参考了周炳琨教授的《激光原理》、陈家璧教授的《激光原理与应用》、俞宽新教授的《激光原理与激光技术》灯等教材，知识点包括：

激光器的基本组成、激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔、激光功率、激光横模、激光纵模、偏振态、正交偏振、高斯光束参数（直径、束腰、发散角）、高斯光束变换、共焦球面扫描干涉仪、自由光谱区、激光阈值、LD激光器I-P曲线、倍频、调Q、脉宽、重频、峰值功率。

激光类实验是我公司传统的特色实验产品线，方案中的推荐的两款实验基本涵盖了《激光原理》和《激光技术》中的全部核心知识点。

其中的半导体泵浦固体激光综合实验具有系统开放、调整简单，知识全面、可定量测量参数等特点，而氦氖激光综合实验在国内独家配置数字光斑轮廓仪，可以同时观测纵模和横模的分布，激光器可连续改变腔型、模式等参数，优良的激光腔镜调整架极大地降低了氦氖激光器的调整难度。

1-2-2信息光学类实验包括傅里叶光学基础实验（RLE-CH04）、数字全息综合与信息安全综合实验（RLE-CH01）和傅里叶变换相关图像识别实验（RLE-CH02），涉及到《物理光学》和《信息光学》课程，实验知识点参考了苏显渝教授的《信息光学》、吕乃光教授的《傅里叶光学》等教材。

知识点包括：

傅里叶变换、夫琅禾费衍射、阿贝成像原理、空间滤波、伪彩色编码、液晶空间光调制器、振幅调制、相位调制、衍射光学元件、黑栅效应、数字全息、同轴全息、离轴全息、光电图像混合处理技术、数字图像处理、信息安全。

信息光学较传统光学的一大特点就是引入了傅里叶变换理论。

应用透镜的傅里叶变换效果对相干光与非相干光进行处理是光信息课程的二个经典实验。

空间光调制器（SLM）是新一代的动态光调制器件，是信息光学领域中最新的核心产品。

数字全息实验用空间光调制器代替了传统全息中的全息干板，不但可以降低对环境（暗室、防震）的要求，免去了冲洗的不安全隐患，可以对数据进行二次开发，如滤波、存储、传输、加密安全等，拓展了全息的应用领域，使经典光学再现现代风采。

1-2-3光电检测类实验包括：

光学系统像差测量实验（RLE-ME01）、光电式焦距/传递函数测量实验（RLE-ME02）、机器视觉测量综合实验（RLE-RI01）和三维数字化测量综合实验（RLE-RI02），涉及到《应用光学》、《光电图像处理》、《光电探测与信号处理》等课程，实验知识点参考了郁道银教授的《工程光学》、张以谟教授的《应用光学》杨国光教授的《近代光学测试技术》、竺子民教授的《光电图像处理》等教材。

知识点包括：

平行光管的使用、焦距测量、分辨率测量、瑞利判断、调制传递函数测量、光学系统的球差、位置色差、慧差、场曲、像散、畸变、刀口测量法、星点检测法、剪切干涉法、相机标定、OCR识别、颜色测量、光源照明技术。

光学系统像差理论是《工程光学》课程的重要章节，也是教学中的难点章节。

而焦距测量，分辨率测量及传递函数测量是光学系统设计的核心知识点。

我公司开发的实验系统采用了特殊的光学器件设计，实验平台开发，实验效果明显，是学生掌握相关知识点非常理想的教学实验系统。

机器视觉是工程光学在实际工程应用中的关键应用，其视觉方法检测具有非接触、速度快、精度高等优点，特别适用于在线的工业品检测。

本实验的各项内容均参考了真实工业应用案例，机器视觉综合实验可充分锻炼学生的动手能力，以及帮助学生了解光电专业知识在实际工程中的应用方向。

1-2-4光电子与光通讯类实验包括：

光纤器件与光通信原理实验（RLE-SA03）、光电探测器特性测量实验（RLE-SA05）和半导体器件物理与工艺测量实验（RLE-SA06），涉及到《光电子技术基础》、《光纤光学》、《半导体光电子材料与器件》、《光集成器件》等课程，实验知识点参考了朱京平教授的《光电子技术基础》、刘德明教授的《光纤光学》、安毓英教授的《光电探测与信号处理》等教材，知识点包括：

光纤结构、单模光纤、多模光纤、光纤耦合、光纤准直、光纤数值孔径、发散角、光纤损耗、截断测量法、大气激光通信、光谱响应曲线、热释电探测器、硅光电二极管、光敏电阻、幅频相应法、脉冲响应法。

光纤及相关器件种类众多，在光通信等领域使用广泛。

了解光纤器件、测量光纤参数、处理光纤端面是对工程人员基本的要求。

本实验内容设置围绕光纤及光通信基础器件的原理参数和使用展开，是光电专业本科生专业实验及实习课程中必不可少的环节。

光电探测器件是光电系统核心组成部件之一。

频谱特性、时间特性、电特性、都是光电探测器的重要参数。

了解和掌握这些重要参数的概念、特性和测试方法是光电专业本科生必备的专业知识。

1-4本方案不但能完成学生日常专业教学实验，还能完成毕业设计，研究生实验。

并可作为科研平台用于老师横向课题。

1-5本实验方案中采用空间光调制器（Spatiallightmodulator）为核心器件，紧跟最新的科研方向。

1-6RealLight™在产品中拥有多项专利，可以保证产品的使用性能和唯一性。

配套完善，软硬件配套齐全。

1-7本实验方案提供完善的实验讲义，包含原理、实验方法、步骤、思考题等。

相关实验提供毕业设计课题。

二、实验项目与报价总揽

实验专业方向

名称

型号

数量

单价（元）

金额（元）

激光类

半导体泵浦固体激光综合实验

RLE-CA01-B

3

49800

149400

氦氖激光综合实验

RLE-CA02-B

3

39500

118500

脉冲ND：

YAG激光器实验装置

XGL-1

1

98000

98000

激光光束模式变换与测量实验

RLE-CA

00

信息光学类

傅里叶光学基础实验

RLE-CH

00

数字全息综合与信息安全综合实验

RLE-CH

000

傅里叶变换相关图像识别实验

RLE-CH

000

光电检测类

光学系统像差测量实验

RLE-ME

00

光电式焦距/传递函数测量实验

RLE-ME

000

机器视觉测量综合实验

RLE-RI

000

三维数字化测量综合实验

RLE-RI

00

光电子与光通讯类

光纤器件与光通信原理实验

RLE-SA

000

光电探测器特性测量实验

RLE-SA

000

半导体器件物理与工艺测量实验

RLE-SA06

1

1

总价：

1,576,900元

三、实验内容、参数与学科要求配套表

设备型号及名称

可开设实验内容

设备参数指标

备注

半导体泵浦固体激光综合实验RLE-CA01-B

1、半导体激光器泵浦源阈值及I-P特性测量实验；

2、半导体泵浦固体激光器的功—功转换效率测量实验；

3、最佳腔长选取实验；

4、最佳输出透过率选取实验；

5、激光倍频实验；

6、激光倍频匹配角选择实验；

可饱和吸收晶体被动调Q实验；

7、调Q脉冲宽度和重复频率测量实验。

1.光源组件：

TEC温控半导体激光器组件：

LD中心波长808nm，精度±5nm，P>1.7W,TO3封装，温控陶瓷，快轴整形；

温控电源：

工作电流0～2.3A连续可调，

准直激光器:

650nm，P>1mW，光斑输出1.5mm。

2.探测器组件：

高速脉冲探测器:

响应波长400nm～1100nm，5ns响应速度。

3.激光晶体组件：

激光晶体Ф3mm，Nd3+:

YAG，S1：

AR@808nm&HR@1064nm,S2：

AR1064nm；Nd:

YVO4晶体：

3x3mm，S1：

AR@808nm&HR@1064nm,S2：

AR1064nm：

KTP通光口径3mm×3mm，AR@532&1064nm；Cr4+:

YAG通光口径Ф7mm，AR@532&1064nm。

4.光学组件：

532nm输出镜：

Ф20mm，AR@532nm&HR@1064nm；

1064nm输出镜：

Ф20mm,T=3%,T=8%输出镜各一片；

耦合镜头：

Φ16×40mm；

红外显示卡一张。

5.机械组件：

四维晶体调节架,中心高50mm,通光孔径Ф20mm，稳定性<2′；二维腔镜调整架，中心高50mm，通光孔径Ф20mm，稳定性<2′；精密光学导轨：

L×W=600mm×90mm，配套滑块。

6.激光防护镜组件：

防护波段：

1064&532nm；

7.实验仪器外壳：

外形尺寸：

700mm×400mm×220mm，前开门展开角度180°，上开盖气动支杆连接，展开角度130°，12mm厚铝制面包板。

8.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《激光原理与技术》、《新型激光器件及应用》

配套仪器：

需学校配套60M以上数字示波器

可开设本科生毕设

氦氖激光综合实验RLE-CA02-B

1、氦氖激光器谐振腔调整实验；

2、氦氖激光偏振特性测量实验；

3、氦氖激光正交偏振与模式竞争观测实验；

4、激光功率与发散角测量实验；

5、氦氖激光纵模测量与谐振腔等效腔长测量实验；

6、激光高斯光束参数测量（束腰位置、高斯光强分布、质心位置,瑞利长度,远场发散角）实验；

7、激光横模变换（单横模，多横模）与参数测量实验；

8、高斯光束变换（准直、扩束、聚焦）与测量实验；

9、激光谐振腔设计（激光器不同腔长、腔镜曲率半径，F参数下的参数测量）。

1.光源组件：

氦氖激光器：

P>1.5mW，TEM00，全保护安全高压插头，双开关设计（安全钥匙、按键）符合CE要求；可变模式氦氖激光器：

增益管长270mm，布鲁斯特窗，可变腔长。

2.F-P共焦球面扫描干涉仪组件：

精细常数＞120，自由光谱区2.48GHz；锯齿波发生器线性小于＜10%，锯齿波电压范围0～150V，偏置电压0～150V可调，频率0～100Hz可调，探测器带宽1MHz，一级信号放大。

3.光斑轮廓仪组件：

分辨率1280×1024，量化深度10bit，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0接口，光斑能量分布二维伪彩色显示，三维立体显示，一维分布曲线，可计算光斑直径、质心位置，USB2.0软件锁。

4.光学组件：

偏振片：

Φ25.4mm,K9玻璃窗口,AR@400nm～700nm,消光比＞400:

1；高斯光束变换透镜：

Φ20mm～25.4mm，f=50.8mm～150mm，光洁度III级，宽带增透膜400nm～700nm；衰减片透过率T=0.2～10%；窄带滤光片：

半波宽10nm。

5.探测器组件：

手持式激光功率计：

三波长532/633/650nm，测量范围：

0～300mW，最小分辨率0.01mW；数字CMOS相机：

130万像素，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit；

6.机械组件：

精密光学导轨：

L×W=1200mm×90mm，配套滑块、一维移动滑块，调节支座、支杆；高精度调节镜架；CCD可变衰减光阑：

C接口；二维可调棱镜支架；激光管夹持器，二维俯仰可调，最大夹持Φ50mm。

7.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《激光原理与技术》、《新型激光器件及应用》

配套仪器：

需学校配套电脑，数字示波器

可开设本科生毕设

脉冲ND：

YAG激光器实验装置XGL-1

1、测量激光器的输出脉冲宽度；

2、激光器的阀值测量和激光器横模模式判别；3、激光发散角测量；

4、激光电光调Q实验；

5、激光选模实验；

6、激光器晶体角度匹配倍频实验；

7、激光谐振长度对激光阀值、能量、模式、发散角的影响；

1、输出波长：

1064nm,532nm，光束发散角：

≤5mrad，指示激光：

632.8nm

2、电光晶体：

1～5kv（可调），输出能量：

600mj（1064nm，不调Q）

3、可选附件：

YAG激光器参数测试仪器；激光能量计；示波器；光电探测器

4、仪器成套性：

He-Ne激光器及电源、1.06um介质膜偏振片、激光电源及调Q电源、1.06μm部分反射镜，

1.06μm全反射镜、小孔光阑、水冷系统、Nd:

YAG晶体棒、脉冲氙灯、倍频晶体、调Q晶体、光靶、聚光腔

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《激光原理与技术》、《新型激光器件及应用》

激光光束模式变换与测量实验RLE-CA06

1、拉盖尔光束变换与参数测量

2、平顶光束变换与参数测量

3、高斯光束匀光器设计与参数测量

4、高斯光束分束器设计与参数测量实验

1.光源组件：

激光器：

DPSL532nmP>20mWTEM00偏振态100:

1

2.空间光调制器组件：

液晶类型：

LCD；调制类型：

相位型，调制度0-2π@532nm、靶面尺寸：

1.3"、分辨率：

1024768，刷新频率：

60Hz、透过率>21%、对比度>1000:

1@532nm、接口类型：

VGA，RS232；

3.探测器组件：

数字CMOS相机，130万像素，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit；

4.光学组件：

偏振片：

Φ25.4mm,K9玻璃窗口,AR@400-700nm,消光比>400:

1,石英波片：

Φ25.4mm，石英晶体，低多级设计，光洁度III级，平行度：

<30"，成像透镜：

Φ25.4mmAR@400-700nm；可调衰减器：

Φ50mm，光密度OD0-3.0；

5.机械组件：

光学导轨L×W=1200mm×90mm、配套滑块、一维移动滑块，调节支座、支杆；高精度调节镜架，稳定性<2′；

6.空间滤波器组件：

40×显微物镜，15μm针孔，精密三维调整机构，微调精度0.002mm；

7.软件组件：

软件：

G-S算法模块，常用衍射光学元件库，衍射光学元件设计模块，黑栅效应抑制模块（线性补偿、数字菲涅耳补偿），USB2.0软件锁；

8.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《激光原理与技术》、《新型激光器件及应用》

配套仪器：

需学校配套电脑

傅里叶光学基础实验RLE-CH04

1、傅里叶变换实验

2、θ调制与空间滤波实验；

3、阿贝成像原理与伪彩色编码实验。

1.光源组件：

光源：

白光LED，P>1W，亮度连续可调、半导体激光器λ=650nm，P>2mW；

2.机械组件：

精密光学导轨L×W=1200mm×90mm配套滑块一维平移滑块、调节支座、支杆、高精度调节镜架；

3.光学组件:

傅里叶透镜Ф40mm，f=150mm、天安门光栅

正交光栅6C/mm

衍射图案板：

多边形图案，精度1μm；

4.讲义及快速安装指南。

建议学时：

2-3学时

配套课程：

《物理光学》和《信息光学》

数字全息综合与信息安全综合实验RLE-CH01

1、数字记录数字再现实验；

2、光学记录数字再现实验；

3、全息图评价与图像滤波实验

4、数字记录光学再现实验；

5、光学记录光学再现实验；

6、信息安全应用实验。

1.光源组件：

氦氖激光器：

P>1.5mW，TEM00，全保护安全高压插头，双开关设计（安全钥匙、按键）符合CE要求。

2.空间光调制器组件：

液晶类型：

LCD；调制类型：

相位型，调制度：

0～1.2π，靶面尺寸：

1.3"，分辨率：

1024×768，刷新频率：

60Hz，透过率>21%，对比度>1000:

1@532nm，接口类型：

VGA、RS232。

3.探测器组件：

数字CMOS相机：

130万像素，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit。

4.光学组件：

偏振片：

Φ25.4mm,K9玻璃窗口,AR@400nm～700nm,消光比>200:

1；可调衰减器：

Φ50mm，光密度OD：

0～3.0；

成像透镜：

Φ40mmAR@400～700nm；分光光楔：

Φ40mm楔角2°；光学透镜：

Φ20mm～40mm，光洁度III级，宽带增透镀膜400nm～700nm。

5.机械组件：

精密光学导轨：

L×W=1200mm×90mm，配套滑块、一维移动滑块、调节支座、支杆；高精度调节镜架，稳定性<2′。

6.空间滤波器件：

40×显微物镜，15μm针孔，精密三维调整机构，微调精度0.002mm。

7.测试组件：

玻璃镀铬透射目标物；

8.软件组件：

全息图计算模块。

空间滤波算法图像处理模块，仿真再现模块，系统参数设置模块，USB2.0软件锁。

9.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《信息光学》

配套仪器：

需学校配套电脑

可开设本科生毕设

可作为科研方向

傅里叶变换相关图像识别实验RLE-CH02

1、二维线性系统傅里叶分析实验；

2、基于分数傅里叶变换的光学相关器实验；

3、傅里叶光学在光学图像加密的应用实验；

4、光学相关器信息提取实验;

5、傅里叶变化相关图像识别实验。

1.光源组件：

氦氖激光器：

P>1.5mW，TEM00，全保护安全高压插头，双开关设计（安全钥匙、按键）符合CE要求。

2.空间光调制器组件：

液晶类型：

LCD；调制类型：

相位型，调制度：

0～1.2π，靶面尺寸：

1.3"，分辨率：

1024×768，刷新频率：

60Hz，透过率>21%，对比度>1000:

1@532nm、接口类型：

VGA，RS232。

3.探测器组件：

数字CMOS相机：

130万像素，像素大小：

5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit。

4.光学组件：

傅里叶变换透镜：

Φ40mm，AR@400nm～700nm；

准直镜：

Φ25.4mm，AR@400nm～700nm；

偏振片：

Φ25.4mm，K9玻璃窗口，AR@400nm～700nm，消光比>400:

1；可调衰减器：

Φ50mm，光密度OD：

0～3.0；

5.机械组件：

精密光学导轨L×W=1200mm×90mm，配套滑块，一维移动滑块，调节支座，支杆；高精度调节镜架，稳定性<2′。

6.空间滤波器组件：

40×显微物镜，15μm针孔，精密三维调整机构，微调精度0.002mm。

7.测试组件：

目标物：

玻璃镀铬，图案精度1μm。

8.软件组件：

软件：

图像信息采集模块，功率谱相关系数处理模块，图像信息加密模块，USB2.0软件锁。

9.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《信息光学》

配套仪器：

需学校配套电脑

可开设本科生毕设

光学系统像差测量实验RLE-ME01

1、平行光管的使用及平行光的检验；

2、轴上位置色差的测量实验；

3、球差、彗差、像散、场曲的星点法观测实验；

4、刀口仪阴影法观测光学系统像差实验；

5、剪切干涉法测量球差镜头初级像差系数实验；

6、剪切干涉法测量光路轴向离焦量实验；

7、光学系统像差计算及结果仿真实验。

1.光源组件：

氦氖激光器：

P>1.5mW，TEM00，全保护安全高压插头，双开关设计（安全钥匙、按键）符合CE标准。

2.平行光管组件：

光源：

白光/三色LED，P>1W，亮度连续可调；

平行光管：

D/F=1:

8、L=550mm，Φ50mm，f=400mm；

分化板精度：

RP=5C/mm，线宽度75μm，精度1μm；

星点孔Φ15μm，精度1μm。

3.光学组件：

远心成像镜头：

1×成像，接口1/2"，像方畸变<0.2%；

成像镜头：

f=16mm，F1.4；

光学平晶：

Φ50mm，Tc=20mm，平行度<2"，面型λ/10，光洁度IV级。

4.探测器组件：

数字CMOS相机：

130万像素，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit。

5.像差镜头组件：

镜头类型：

单一场曲、球差、彗差、像散，通光孔径Φ10mm～50mm，镀宽带增透400mm～700nm。

6.刀口仪组件：

尺寸L×W=95mm×55mm，行程L=30mm，允许焦点大小<Φ12mm，微调分辨率0.01mm。

7.机械组件：

精密光学导轨L×W=1200mm×90mm，配套滑块、一维移动滑块、调节支座、支杆；高精度调节镜架：

稳定性<2′。

8.空间滤波器组件：

40×显微物镜，15μm针孔，高精度三维调节机构，微调精度0.002mm。

9.软件组件：

像差计算仿真软件，二维伪彩色，三维计算结果演示，剪切法像差计算软件，图像采集，USB2.0软件锁。

10.讲义及快速安装指南。

建议学时：

6-8学时

配套课程：

《应用光学》、《光电图像处理》

配套仪器：

需学校配套电脑

光电式焦距/传递函数测量实验（RLE-ME02）

1、正透镜焦距测量；

2、负透镜焦距测量；

3、分辨率板直读法测量光学系统分辨率实验；

4、基于线扩散函数测量光学系统MTF值实验。

1.焦距测量范围：

±5mm~±150mm。

2.系统测试精度：

2%。

3.平行光管组件：

光源：

白光LED，P>1W，亮度连续可调。

平行光管：

D/F=1:

8、L=550mm，Φ50mm，f=400mm；

双线目标物：

线宽度75μm精度1μm。

4.机械组件：

精密光学导轨L×W=1200mm×90mm配套滑块、一维平移滑块、调节支座、支杆；自定心透镜架Φ6mm~40mm，稳定性<2’。

5.光学组件：

分辨率测量目标板：

美军标USAF1951标准图案，分辨率1~228C/mm，精度1μm；待测透镜：

Φ25.4mm，f=-50mm~100mm，随系统配送3块。

6.探测器组件：

数字CMOS相机，130万像素，像素大小5.2μm×5.2μm，USB2.0，A/D：

10bit。

7.软件组件：

含图像采集、图像计算模块、焦距测量模块、传递函数测量模块，USB2.0软件锁。

8.讲义及快速安装指南。

建议学时：

4学时

配套课程：

《应用光学》、《光电图像处理》、《光电探测与信号处理》

配套仪器：

需学校配套电脑

机器视觉测量综合实验（RLE-RI01）

1、相机标定实验；

2、光学系统的分辨率测量实验；

3、光源照明实验；

4、机器视觉光源特性实验；

5、二维码检测实验；

6、OCR识别实验；

7、工件参数测量综合实验。

1.光源组件：

背光面光源：

大尺寸蓝色匀光照明（100mm×100mm）；

条形光源：

白光、红光、蓝光三色照明，亮度可调，光源高度和照射角度可调。

2.镜头组件：

远心成像镜头：

图像采集区域Φ50mm，畸变系数≤0.3%，C接口。

普通成像镜头：

f=4mm～10mm,F1.6,C接口。

3.探测器组件：

数字CMOS相机；130万像素，像素