光學(xué)平臺(tái)組件實(shí)驗(yàn)

1、光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：第一次課熟悉平臺(tái)組件功能和光路調(diào)整，利用光學(xué)平臺(tái)提供的組件完成光學(xué)實(shí)驗(yàn)， 1.測(cè)薄凸透鏡焦距2.自組望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)3.平行光產(chǎn)生和檢驗(yàn)第二次課利用光學(xué)平臺(tái)提供的組件完成偏振光實(shí)驗(yàn)1.偏振光的產(chǎn)生于檢驗(yàn)2.布儒斯特角測(cè)定3.驗(yàn)證馬呂斯定律4.了解波片作用，研究圓偏光和橢偏光產(chǎn)生和檢驗(yàn)光學(xué)平臺(tái)組件清單序號(hào)型號(hào)名稱重要指標(biāo)數(shù)量1DH-HNK250氦氖內(nèi)腔激光器250mm;TEM00;2mW12GCO-01M空間濾波器含40X物鏡，三種規(guī)格針孔13GCM-085850M 50.8 鏡架24GCM-081150M 50.8 鏡架35GCL-010212雙凸透鏡50.8 f150

2、雙棱鏡干涉26GCL-010101被測(cè)目鏡6f9.8mm測(cè)目鏡焦距17GCM-081106M6 鏡架18GCL-010215顯微物鏡 10 f15mm顯微鏡組裝19GCM-081110M10 鏡架110GCL-010213物鏡50.8 f250mm望遠(yuǎn)鏡組裝111GCL-010172聚光鏡50.8 f50mm幻燈機(jī)組裝，雙棱鏡干涉112GCL-010176放映物鏡50.8f200mm幻燈機(jī)組裝113GCL-01014740 f200214GCL-01014540 f80215GCC-102104反射鏡40 加強(qiáng)鋁316GCM-085840M40鏡架517GCC-411102五五分光平片25.4

3、,450-650nm218GCM-0858254M254鏡架219GCM-420101磁座1220GCM-1302干板夾321GCM-03030276 套筒1222GCM-03011276支桿1223GCM-181101M激光管夾持器GCM-180201M124小磁座轉(zhuǎn)接板125GCM-560102M狹縫126GCM-5701M光闌127GCL-200101毛玻璃128GCL-200202白屏100x100x2129GCL-050003偏振片230GCL-0606241/4波片131GCL-0606341/2波片132GCM-0902M偏振片/波片架433GCM-1101M旋轉(zhuǎn)臺(tái)134GCM-

4、0702M棱鏡架135GCI-060411準(zhǔn)直光檢驗(yàn)器236GCI-060411led光源白光137GCG-YP907二維測(cè)量分劃板138GCM-081120M分劃板鏡架139卷尺140雙縫（多縫板）杭光141jx8測(cè)微目鏡杭光142PT-38讀數(shù)顯微鏡架杭光143PT-13白屏杭光144PT-14品字形物像屏杭光145平臺(tái)面包板長(zhǎng)富600*1200*8/12不銹鋼146光功率計(jì)方式1光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)參考資料目錄1.光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)41.1.光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)4基本常識(shí)4基本知識(shí)41.2.光學(xué)平臺(tái)組件的工作原理及調(diào)試方法5實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理5實(shí)驗(yàn)步驟10思考題101.3.薄透鏡焦距測(cè)量及

5、透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)位置測(cè)量101.3.1.自準(zhǔn)直法測(cè)焦距111.3.2.二次成像法（位移法）測(cè)焦距131.3.3.透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測(cè)量141.4.顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡原理與應(yīng)用171.4.1.顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測(cè)171.4.2.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測(cè)量201.5.偏振光實(shí)驗(yàn)23實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4實(shí)驗(yàn)原理24實(shí)驗(yàn)器材28實(shí)驗(yàn)步驟281. 光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1.1. 光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)基本常識(shí)光學(xué)平臺(tái)提供水平、穩(wěn)定的臺(tái)面，一般平臺(tái)都需要進(jìn)行隔振等措施，保證其不受外界因素干擾，使實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。所有光學(xué)鏡片(透鏡、平面鏡、棱鏡、光柵、波片、偏振片、分光鏡等等)通光面不能用手觸摸，需要清潔時(shí)必須用專用鏡頭紙。用于固

6、定鏡片的支架上的固定螺釘和調(diào)節(jié)螺釘要輕扭。白熾燈是復(fù)色光源（白光由紅、澄、黃、綠、青、藍(lán)、紫色光混合而成）；汞燈是由部分線狀譜的光混合成的復(fù)色光源；鈉燈是準(zhǔn)單色光源（有兩條非常相近的波長(zhǎng)），可以用于干涉實(shí)驗(yàn)的光源，只是光強(qiáng)較弱不方便觀測(cè)；激光是單色光源（一種波長(zhǎng)），是用于干涉實(shí)驗(yàn)的光源。用于實(shí)驗(yàn)的光學(xué)儀器，在做實(shí)驗(yàn)前應(yīng)首先了解各部分的調(diào)節(jié)功能、作用和調(diào)節(jié)范圍，以及標(biāo)尺的讀數(shù)方法?；局R(shí)光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器（如：分光計(jì)、邁克爾遜干涉儀、讀數(shù)顯微鏡、棱鏡攝譜儀），可以用來(lái)做多種測(cè)試實(shí)驗(yàn)。分光計(jì)可以用于三棱鏡的頂角角度測(cè)量，某一波長(zhǎng)的色散及色散曲線測(cè)量，光柵衍射及光譜觀測(cè)，某透明體的折射率測(cè)量。實(shí)驗(yàn)用光源

7、有汞燈、鈉燈或激光器。邁克爾遜干涉儀可以用于未知激光波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，微位移的測(cè)量，當(dāng)用平行光入射時(shí)，還可以進(jìn)行面形變、氣體折射率或溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。讀數(shù)顯微鏡以鈉燈為光源可以進(jìn)行微小尺寸、球面半徑的測(cè)量，還可以進(jìn)行固體熱脹系數(shù)、液體折射率等的測(cè)量。棱鏡攝譜儀可以拍攝各種光源（復(fù)色光）的光譜，還可以測(cè)量某一線狀光的波長(zhǎng)。在光具座上可進(jìn)行的光學(xué)實(shí)驗(yàn)有：薄透鏡的焦距測(cè)定，典型光學(xué)系統(tǒng)（顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡）的設(shè)計(jì)，偏振現(xiàn)象的觀測(cè)，雙棱鏡的干涉、激光或鈉光燈的波長(zhǎng)測(cè)量等。在光學(xué)平臺(tái)上可以進(jìn)行各種各樣的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，除上述的各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)外，還可以進(jìn)行許多設(shè)計(jì)性和研究性的實(shí)驗(yàn)、全息干涉測(cè)量或全息照相實(shí)驗(yàn)。全息照相分

8、為兩個(gè)步驟：全息記錄和再現(xiàn)。從物理角度說(shuō)，全息記錄是兩束光（物光和參考光）的干涉圖樣的拍攝和沖洗；全息再現(xiàn)是通過(guò)干涉圖片產(chǎn)生的衍射圖像。所有干涉類的實(shí)驗(yàn)，防震是最重要的要求，其次，根據(jù)光的時(shí)間相干性，進(jìn)行干涉的兩束激光（或鈉光）只能從一個(gè)光源分出（分振幅或分波面），且兩束光的光程差不能太大。兩個(gè)同樣的激光器會(huì)因?yàn)榇硕荒苓M(jìn)行干涉。1.2. 光學(xué)平臺(tái)組件的工作原理及調(diào)試方法本實(shí)驗(yàn)介紹光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計(jì)原理和基本調(diào)試方法，其中基本技能的訓(xùn)練同樣適用于其他光學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計(jì)原理，熟悉其調(diào)節(jié)方法。（2） 學(xué)習(xí)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用。（3） 學(xué)習(xí)平行光束的調(diào)整方法

9、。實(shí)驗(yàn)原理1. 光學(xué)系統(tǒng)主要部件光學(xué)系統(tǒng)，一般由光源、光路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、成象系統(tǒng)及各種專用部件構(gòu)成。（1） 光源：用于產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所用的光，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要采用不同的光源，常用光源有鹵素?zé)?、汞燈、鈉燈、氦氖激光等。（2） 光路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：主要包括光束升降器及各種反光鏡。光束升降器能使激光束的高度提升及轉(zhuǎn)向，有的光束升降器還帶有俯仰微調(diào)裝置；反光鏡的功能是使光路轉(zhuǎn)向。這兩類組件中的光學(xué)元件都是外表面鍍膜的反光鏡。（3） 分光系統(tǒng)：分光系統(tǒng)的功能是將一束激光按要求的比例分成兩束，是全息實(shí)驗(yàn)及其它有關(guān)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的部件。分光比 h 定義為式中I1、I2是被分開(kāi)的兩光束的強(qiáng)度。按照分光的原理，

10、可分成幾何分光及物理分光兩大類。幾何分光意味著在能量分配的過(guò)程中，光束主要發(fā)生幾何狀態(tài)的變化，例如傳播方向等，最常見(jiàn)的是利用折射及反射現(xiàn)象的分光鏡；物理分光表示伴隨能量分配，光波的物理狀態(tài)（或結(jié)構(gòu)）發(fā)生變化。例如偏振態(tài)的變化。按照分光比h 的變化范圍及形式，又可分為分級(jí)分光及連續(xù)分光兩類。（4） 擴(kuò)束系統(tǒng)：通常是一個(gè)短焦距的透鏡或透鏡組（例如顯微鏡的物鏡），用以把細(xì)窄的激光束擴(kuò)大，使之照明整個(gè)物體或全息干板。擴(kuò)束時(shí)，通常還需進(jìn)行準(zhǔn)直和空間濾波。（5） 成象系統(tǒng)：主要是傅立葉透鏡，是一個(gè)高質(zhì)量消象差的透鏡。在一般系統(tǒng)中，用一對(duì)傅立葉透鏡構(gòu)成4F系統(tǒng)。在簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，一個(gè)傅立葉透鏡兼變換及成象作用。

11、光學(xué)系統(tǒng)各部件除激光器外都安裝在可調(diào)支架上，通過(guò)可調(diào)螺旋支架能做上下、左右、前后的平動(dòng)，及繞水平和垂直軸的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)時(shí)手不要碰摸光學(xué)元件，不要對(duì)著光學(xué)元件呼氣。各元件間的布局要合理，不要影響調(diào)節(jié)。部件的底部都有一個(gè)磁性表座，調(diào)好后，應(yīng)將磁性表座鎖緊在光學(xué)平臺(tái)上。2. 擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用激光束的面積很小，一般都需經(jīng)過(guò)擴(kuò)束及準(zhǔn)直，必要時(shí)還需加上針孔濾波器，使其成為面積較大的均勻光斑。激光擴(kuò)束鏡通常使用半球形擴(kuò)束鏡或顯微鏡物鏡。在擴(kuò)束鏡的焦點(diǎn)上放置針孔濾波器，在針孔濾波器后面放置準(zhǔn)直鏡。準(zhǔn)直透鏡與擴(kuò)束鏡構(gòu)成倒裝的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，如圖 11。為了獲得均勻的平行光，必須使光學(xué)元件的方位符合

12、盡量減少像差的條件。首先應(yīng)使激光束與全息臺(tái)面平行，其他光學(xué)元件必須共軸。而且，要求發(fā)散或會(huì)聚的光束應(yīng)朝向擴(kuò)束鏡及準(zhǔn)直鏡的曲率半徑R大的表面或平面；平行光應(yīng)朝向R小的表面。通?？捎脽艚z的反射光來(lái)判斷R的大小。圖 11 伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)1 激光器 2 擴(kuò)束鏡 3 針孔濾波器 4 準(zhǔn)直透鏡3. 針孔濾波器激光器發(fā)生的光束是高度相干的，即使遇到很小的灰塵，散射后的光束也會(huì)產(chǎn)生干涉，形成很多斑點(diǎn)。擴(kuò)束后這種斑點(diǎn)可以看得非常清楚。對(duì)于全息圖來(lái)說(shuō)，這些斑點(diǎn)就是“噪聲”，其存在將影響全息圖的質(zhì)量。針孔濾波器的作用就是讓所需要的光束從針孔中通過(guò)，而將經(jīng)灰塵散射后的光擋住。其基本原理如下：由頻譜分析的原理我們知道

13、，激光器發(fā)出的光束基本上是均勻的，其頻譜成分主要是基頻（零頻），經(jīng)灰塵散射后所形成的斑點(diǎn)的頻譜成分主要是高頻。從傅立葉光學(xué)關(guān)于空間濾波器的原理來(lái)分析，針孔濾波器就是一個(gè)低通濾波器。細(xì)窄平行的激光束射到擴(kuò)束鏡后，在擴(kuò)束鏡的后焦面上得到了頻譜，將針孔濾波器放在后焦面（頻譜面）上，并且僅讓零頻通過(guò)針孔而擋住了散射光的頻譜，這時(shí)由針孔出射的就是非常干凈的、均勻的光束。當(dāng)針孔的中心準(zhǔn)確地位于擴(kuò)束鏡后焦點(diǎn)時(shí)，針孔的出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)幾乎沒(méi)有什么差別。實(shí)際調(diào)節(jié)針孔是一件非常耐心細(xì)致的工作，需反復(fù)調(diào)節(jié)。 4. 調(diào)整擴(kuò)束鏡(1) 準(zhǔn)備工作：先把激光束調(diào)到合適的高度，并使光束與工作臺(tái)面平行。然后放上擴(kuò)束鏡。(a)

14、激光束與擴(kuò)束鏡光軸重合 (b)激光束與擴(kuò)束鏡不同心 (c)激光束與擴(kuò)束鏡方向不同圖 12 擴(kuò)束鏡的光軸與激光束的光軸位置示意圖 (2) 在擴(kuò)束鏡L1前放一中心帶孔的光屏A，孔的直徑約為35mm，讓激光束無(wú)遮擋的通過(guò)，在擴(kuò)束鏡后也放一光屏B。A、B兩個(gè)光屏離擴(kuò)束鏡約在510cm左右。調(diào)整好的擴(kuò)束鏡的光軸必須與激光束的光軸重合，如圖 12（a）所示，即要求兩者同位置同方向。這可借助于A和B兩個(gè)光屏上的光斑來(lái)判斷是否達(dá)到了要求。可先調(diào)L1使屏上的光斑盡可能均勻、對(duì)稱，可由調(diào)節(jié)L1的橫向坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后在屏上仔細(xì)找類似于牛頓環(huán)樣的干涉圓環(huán)。由于光很弱或是沒(méi)有調(diào)整好，圓環(huán)出現(xiàn)在遠(yuǎn)離中心的地方如圖 12

15、(b)所示，甚至看不到圓環(huán)。干涉圓環(huán)是由擴(kuò)束鏡前后兩曲面對(duì)入射光的部分反射，在屏上相干涉形成的，仔細(xì)找到出現(xiàn)在屏上的圓環(huán)，然后慢慢調(diào)整擴(kuò)束鏡的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)微調(diào)，直到A、B二屏上的圓環(huán)中心與激光束重合為止。通常要反復(fù)幾次調(diào)平移微調(diào)及旋轉(zhuǎn)微調(diào)才能達(dá)到。調(diào)好的圓環(huán)如圖 13(a)所示。 (a)已調(diào)準(zhǔn) (b)未調(diào)準(zhǔn)圖 13干涉圓環(huán)圖樣5. 調(diào)針孔濾波器由于針孔濾波器微調(diào)機(jī)構(gòu)的x、y、z三個(gè)方向的平移范圍很小，一般只有35mm，所以開(kāi)始要用光屏找到光束會(huì)聚點(diǎn)的位置。使針孔的三個(gè)微調(diào)旋鈕都處在可調(diào)的中間部位。然后把針孔架放好，使針孔盡可能處于焦點(diǎn)處。一開(kāi)始從針孔中過(guò)來(lái)的光可能很少，只能用肉眼對(duì)著針孔的后面觀察

16、才能看到一點(diǎn)亮光。為了調(diào)整有效，這時(shí)應(yīng)把下面的磁性座鎖緊。先仔細(xì)微調(diào)x方向和y方向，使透過(guò)的光最強(qiáng)。如看不到通過(guò)針孔的光，可采用離焦法。使針孔沿z軸向遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的位置移動(dòng)幾毫米后再觀察。這時(shí)針孔處于擴(kuò)展的光場(chǎng)中，易于使光通過(guò)針孔，肉眼也便于觀察。如果無(wú)論如何也看不到針孔的光，就可能是針孔被灰塵堵塞，可用吹氣球把灰塵吹掉。6. 微調(diào)針孔最佳位置當(dāng)用肉眼觀察到通過(guò)針孔的光較強(qiáng)時(shí)，即可用光屏觀察。依次調(diào)節(jié)x、y、z三個(gè)方向的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，使屏上的光越來(lái)越強(qiáng)。由于越接近最佳位置，越容易失調(diào)，稍有偏離，屏上的光就會(huì)完全消失，所以要盡量仔細(xì)、輕微、緩慢的進(jìn)行。x、y、z三個(gè)方向的平移微調(diào)鈕，要一個(gè)一個(gè)地調(diào)，不要

17、兩個(gè)一起調(diào)。三個(gè)調(diào)好之后要鎖緊，使處于最佳位置。7. 平行光的產(chǎn)生與檢驗(yàn)激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡會(huì)聚及針孔濾波器后，由針孔出射的是一束發(fā)散的同心光束，一般要用準(zhǔn)直鏡將它調(diào)成平行光。準(zhǔn)直鏡一般用口徑較大焦距較長(zhǎng)的雙膠合透鏡來(lái)?yè)?dān)任，這樣可以得到面積較大的光束，處理較大的圖象。在要求不太高的場(chǎng)合，用薄的單片凸透鏡也可以。下面介紹用準(zhǔn)直鏡獲得平行光的方法。（1） 把準(zhǔn)直鏡放在針孔后面，使準(zhǔn)直鏡較平的一面對(duì)著擴(kuò)束鏡，另一面為光束的輸出面。（2） 粗略移動(dòng)準(zhǔn)直鏡，使其前焦點(diǎn)大致與擴(kuò)束鏡的后焦點(diǎn)（即針孔所在位置）重合。（3） 用光屏放在準(zhǔn)直鏡后觀察輸出光束與準(zhǔn)直鏡邊框的影子，橫向平移準(zhǔn)直鏡，使光斑處于框影的中央位置

18、。（4） 旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直鏡，使光軸與激光傳播方向一致?？梢詮臄U(kuò)束鏡前面順著激光傳播方向觀察準(zhǔn)直鏡，可以看到隨準(zhǔn)直鏡光軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)光點(diǎn)，此三個(gè)光點(diǎn)是激光束透過(guò)準(zhǔn)直鏡時(shí)，由透鏡玻璃的三個(gè)球形表面部分反射回來(lái)的光形成的。當(dāng)此三個(gè)光點(diǎn)的連線與激光束傳播方向重合時(shí)（目視）即可認(rèn)為準(zhǔn)直鏡的光軸方向已調(diào)好。（5） 用平晶檢查輸出光是否平行。平晶是兩個(gè)表面嚴(yán)格平行的一塊玻璃。由薄膜干涉的理論知道，一束光射到平晶上后，在前、后兩個(gè)界面反射的光束將發(fā)生干涉。由于平晶各處的厚度相等，故光程差由光的入射角度決定。當(dāng)入射光調(diào)整為平行光時(shí)，光程差處處相等，整個(gè)光場(chǎng)上的光強(qiáng)應(yīng)均勻分布，看不到干涉條紋。然而由于平晶兩表面不可能絕對(duì)

19、平行，而且其折射率也存在某種不均勻性，所以即使平行光照射時(shí)，也會(huì)看到干涉條紋，但這時(shí)干涉條紋的間隔應(yīng)為最大。調(diào)節(jié)時(shí)，將平晶放在準(zhǔn)直透鏡后面使其與入射光成一角度，觀察平晶前后表面反射光形成的干涉條紋，沿z軸平移準(zhǔn)直透鏡位置，直至條紋間隔為最大。如圖 14所示。圖 14 平晶檢查輸出光是否平行示意圖（6） 用自準(zhǔn)直法檢查輸出光平行與否?？捎靡粔K平面反射鏡，放在準(zhǔn)直鏡后，使準(zhǔn)直鏡的輸出光經(jīng)平面鏡反射回來(lái)。并將針孔濾波器拿掉（可在調(diào)好平行光后再調(diào)針孔濾波器）。用一帶孔的光屏放在擴(kuò)束鏡的會(huì)聚點(diǎn)上，使激光束從屏孔中無(wú)阻擋的通過(guò)。這樣由平面鏡反射回來(lái)的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡后又會(huì)聚到帶孔的屏上。轉(zhuǎn)動(dòng)反射平面鏡使會(huì)聚光斑

20、在小孔的近旁。當(dāng)前后移動(dòng)準(zhǔn)直鏡時(shí)可看到光斑的大小在變化。當(dāng)光斑最小時(shí)即認(rèn)為已經(jīng)調(diào)好，這時(shí)由準(zhǔn)直鏡輸出的光為平行光。實(shí)驗(yàn)步驟（1） 將出射激光擴(kuò)束。（2） 用針孔濾波器濾波。（3） 調(diào)節(jié)平行光，并用平晶和自準(zhǔn)直法檢查輸出光平行度。思考題（1） 用平晶檢查輸出光時(shí)，為什么條紋最少時(shí)即為平行光？（2） 用自準(zhǔn)直法檢查輸出光時(shí)，為什么會(huì)聚光斑最小是即為平行光？1.3. 薄透鏡焦距測(cè)量及透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)位置測(cè)量透鏡分為會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡兩類，當(dāng)透鏡厚度與焦距相比甚小時(shí)，這種透鏡稱為薄透鏡。如圖15所示，設(shè)薄透鏡的像方焦距為，物距為，對(duì)應(yīng)的像距為，在近軸光線的條件下透鏡成像的高斯公式為故圖15 透鏡成像原理圖

21、應(yīng)用上式時(shí)必須注意各物理量所適用的符號(hào)法則。在本實(shí)驗(yàn)中我們規(guī)定，距離自參考點(diǎn)(薄透鏡光心)量起。與光線行進(jìn)方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)，運(yùn)算時(shí)已知量須添加符號(hào)，未知量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其物理意義。測(cè)量會(huì)聚透鏡焦距的一般方法有：靠測(cè)量物距與像距求焦距。具體方法是：用反射照明光后的實(shí)物作為光源，其發(fā)出的光線經(jīng)會(huì)聚透鏡后，在一定條件下成實(shí)像，可用白屏獲取實(shí)像加以觀察，通過(guò)測(cè)定物距和像距，利用式即可算出。但是此種方法精度不高。1.3.1. 自準(zhǔn)直法測(cè)焦距自準(zhǔn)直法是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的方法。在光學(xué)信息處理中，自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡焦距，簡(jiǎn)單迅速，能直接測(cè)得透鏡焦距的數(shù)值。在光學(xué)信息處理中，多使用相干的平行光束

22、，而自準(zhǔn)直法作為檢測(cè)平行光的手段之一，仍不失為一種重要的方法。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2）掌握薄透鏡焦距的常用測(cè)定方法。（3）研究透鏡成像的規(guī)律。2. 基本原理如圖 16 自準(zhǔn)直法測(cè)會(huì)聚透鏡焦距原理圖所示，若物體AB 正好處在透鏡L的前焦面處，那么物體上各點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡后，變成不同方向的平行光，經(jīng)透鏡后方的反射鏡M把平行光反射回來(lái)，反射光經(jīng)過(guò)透鏡后，成一倒立的與原物大小相同的實(shí)象AB，像AB位于原物平面處。即成像于該透鏡的前焦面上。此時(shí)物與透鏡之間的距離就是透鏡的焦距f ，它的大小可用刻度尺直接測(cè)量出來(lái)。圖 16 自準(zhǔn)直法測(cè)會(huì)聚透鏡焦距原理圖3. 實(shí)驗(yàn)儀器（1） 激光平

23、行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 待測(cè)透鏡（ = 40.0mm，f = 200.0mm）（5） 反射鏡（6） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（7） 光學(xué)平臺(tái)，支桿，調(diào)節(jié)支座4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）參照?qǐng)D 17 自準(zhǔn)直光路裝配圖，沿滑軌裝妥各器件，并調(diào)至共軸。圖 17 自準(zhǔn)直光路裝配圖（2）移動(dòng)待測(cè)透鏡，直至在目標(biāo)板上獲得鏤空?qǐng)D案的倒立實(shí)像；（3）調(diào)整反射鏡，并微調(diào)待測(cè)透鏡，使像最清晰且與物等大（充滿同一圓面積）；（4）分別記下目標(biāo)板和被測(cè)透鏡的位置、；（5）計(jì)算：；（6）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦距，取平均值。1.3.2. 二次成像法（位移法）測(cè)焦距二次成像法（也稱位移

24、法）測(cè)量焦距是通過(guò)兩次成像，測(cè)量出相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)成像公式計(jì)算出透鏡焦距。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2） 掌握薄透鏡焦距的常用測(cè)定方法。（3） 研究透鏡成像的規(guī)律。2. 基本原理由透鏡兩次成像求焦距方法如下：圖 18 透鏡兩次成像原理圖當(dāng)物體與白屏的距離時(shí)，保持其相對(duì)位置不變，則會(huì)聚透鏡置于物體與白屏之間，可以找到兩個(gè)位置，在白屏上都能看到清晰的像如圖 18 所示，透鏡兩位置之間的距離的絕對(duì)值為，運(yùn)用物像的共扼對(duì)稱性質(zhì)，容易證明 上式表明只要測(cè)出和，就可以算出由于是通過(guò)透鏡兩次成像而求得的，這種方法稱為二次成像法或貝塞爾法這種方法中不須考慮透鏡本身的厚度，因此用這種方法測(cè)出的

25、焦距一般較為準(zhǔn)確3. 儀器用具（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 待測(cè)透鏡（=40.0mm，f =80.0mm）（5） 光屏（6） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（7） 導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）布置各器件并調(diào)至共軸，使目標(biāo)板與光屏之間的距離；（2）移動(dòng)待測(cè)透鏡，使被照亮的目標(biāo)板在光屏上成一清晰的放大像，記下待測(cè)透鏡的位置和目標(biāo)板與分劃板間的距離；（3）再移動(dòng)待測(cè)透鏡，直至在像屏上成一清晰的縮小像，記下L的位置，判斷清晰像時(shí)在像屏位置放上反射鏡，當(dāng)目標(biāo)板成像與目標(biāo)圖案完全重合時(shí)，為清晰像；（4）計(jì)算：（5）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦

26、距，取平均值。1.3.3. 透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測(cè)量每個(gè)厚透鏡及共軸球面透鏡組都有六個(gè)基點(diǎn)。即兩個(gè)焦點(diǎn),；兩個(gè)主點(diǎn),；兩個(gè)節(jié)點(diǎn),。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解透鏡組的基點(diǎn)的一般特性（2）學(xué)習(xí)測(cè)定光具組基點(diǎn)和焦距的方法2. 基本原理（1）主面和主點(diǎn)若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在第一主點(diǎn)處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于第二主點(diǎn)處，即主點(diǎn)是橫向放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。過(guò)主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一和第二主面，如圖 19中的和。（2）節(jié)點(diǎn)和節(jié)面節(jié)點(diǎn)是角放大率的一對(duì)共軛點(diǎn)。入射光線（或其延長(zhǎng)線）通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)時(shí)，出射光線（或其延長(zhǎng)線）必通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)，并與的入射光線平行（如圖 19）。過(guò)節(jié)點(diǎn)垂直于主光軸的平

27、面分別稱為第一和第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。圖 19 透鏡組光路示意圖（3）焦點(diǎn)、焦面平行于系統(tǒng)主軸的平行光束，經(jīng)系統(tǒng)折射后與主軸的交點(diǎn)稱為像方焦點(diǎn)；過(guò)垂直于主軸的平面稱為像方焦面。第二主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)的距離，稱為系統(tǒng)的像方焦距。此外，還有物方焦點(diǎn)F及焦面和焦距f。圖 110 測(cè)量基點(diǎn)示意圖綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異。實(shí)際使用透鏡組時(shí)，多數(shù)場(chǎng)合透鏡組兩邊都是空氣，物方和像方媒質(zhì)的折射率相等，此時(shí)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合。本實(shí)驗(yàn)以兩個(gè)薄透鏡組合為例，主要討論如何測(cè)定透鏡

28、組的節(jié)點(diǎn)（主點(diǎn)）。設(shè)L為已知透鏡焦距等于的凸透鏡，L.S.為代測(cè)透鏡組，其主點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）為H、(、），像焦點(diǎn)為F。當(dāng)AB（高度已知）放在L 的前焦點(diǎn)處時(shí)，它經(jīng)過(guò)L 以及L.S.將成像于L.S.的后焦面上。因?yàn)?，所以，即，所以?-1）因此我們可以通過(guò)測(cè)量的大小，從而得到的數(shù)值。因?yàn)槭瞧叫泄馊肷涞酵哥R組上，所以像的位置就是的位置。的位置既然確定，而，因此的位置也就確定了。把L.S.的入射方向和出射方向互相顛倒，即可測(cè)定F和N的位置。本實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合，所以和的位置也得到確定。3. 儀器用具（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2） 干板架（3） 目標(biāo)板（4） 標(biāo)準(zhǔn)透鏡（ = 40

29、.0mm，f = 80.0mm） （5） 一維調(diào)節(jié)滑塊導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等（6） 節(jié)點(diǎn)器（含兩 = 40 透鏡，f =200 和f =350）（7） 固定套（8） 支桿底座（GCM-5305M）（9） 反射鏡（10） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）安置各器件，調(diào)整各光學(xué)元件同軸等高。（2）借助反射鏡調(diào)節(jié)目標(biāo)板（目標(biāo)板圖案為正方形，邊長(zhǎng)10mm）與標(biāo)準(zhǔn)透鏡（透鏡焦距為 f0）之間的距離，使目標(biāo)板（物方圖案寬度為h1 ）位于透鏡L0的前焦面。（自準(zhǔn)直法）（3）借助反射鏡找到節(jié)點(diǎn)器后方清晰像的位置a ，用分劃板替換平面鏡，測(cè)量清晰像的寬度h2 。記錄節(jié)點(diǎn)器在導(dǎo)軌上的位置b ，從

30、節(jié)點(diǎn)器上讀出透鏡L2 的偏移量c 。（4）計(jì)算像方焦距 像方主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)器中透鏡光心的距離為 （5）將節(jié)點(diǎn)架旋轉(zhuǎn)180，重復(fù)第3 步，測(cè)得數(shù)據(jù)，c計(jì)算物方焦距，物方主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)器中透鏡光心的距離。（6）繪圖標(biāo)示節(jié)點(diǎn)器中透鏡組的主面及基點(diǎn)位置。1.4. 顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡原理與應(yīng)用1.4.1. 顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測(cè)顯微鏡主要是用來(lái)幫助人眼觀察近處的微小物體，顯微鏡與放大鏡的區(qū)別是二級(jí)放大。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更了解顯微鏡的原理，自己搭建顯微鏡，測(cè)量相關(guān)參數(shù)。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)顯微鏡的原理及使用顯微鏡觀察微小物體的方法；（2）學(xué)習(xí)測(cè)定顯微鏡放大倍數(shù)的方法；（3）測(cè)量顯微鏡的分辨本領(lǐng)。2. 基本

31、原理最簡(jiǎn)單的顯微鏡是由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。其中，物鏡的焦距很短，目鏡的焦距較長(zhǎng)。它的光路如圖 111所示。圖中的為物鏡（焦點(diǎn)在和），其焦距為；為目鏡，其焦距為。將長(zhǎng)度為的被觀測(cè)物體AB放在的焦距外且接近焦點(diǎn)處，物體通過(guò)物鏡成一放大倒立實(shí)像(其長(zhǎng)度為)，此實(shí)像在目鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，經(jīng)過(guò)目鏡放大，結(jié)果在明視距離D上得到一個(gè)放大的虛像（其長(zhǎng)度為）。虛像對(duì)于被觀測(cè)物AB 來(lái)說(shuō)是倒立的。由圖 111可見(jiàn)，顯微鏡的放大率為 式中，(因 )，為目鏡的放大率； （因比大得多），為物鏡的放大率。為顯微物鏡焦點(diǎn) 到目鏡焦點(diǎn)之間的距離，稱為物鏡和目鏡的光學(xué)間隔。因此式可改寫成 由式可見(jiàn)，顯微鏡的放大率等于物鏡放大率和目鏡放

32、大率的乘積。在、和D 為已知的情形下，可以利用式算出顯微鏡的放大率。圖 111 簡(jiǎn)單顯微鏡的光路圖3. 儀器用具（1） 白光點(diǎn)光源（2） 開(kāi)口式二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（3） 光源探頭夾持器（4） 顯微目鏡（10X，帶分劃板）（5） 干板架（6） 支桿底座（GCM-5305M）（7） 毛玻璃（8） 干板架（9） 分辨率板（10） 顯微物鏡（ = 20.0mm, f = 50.0mm）（11） 導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等4. 五、實(shí)驗(yàn)步驟（1）參照?qǐng)D 111布置各器件，調(diào)整光學(xué)元件同軸等高。（2）將透鏡和之間的距離定位195mm。（3）觀測(cè)分辨率板上線數(shù)對(duì)為10 的區(qū)間，從目鏡分劃板上讀出此區(qū)

33、間的長(zhǎng)度。（4）計(jì)算顯微鏡的物鏡放大率。（5）觀察分辨率板，記錄能夠清晰分辨的分辨率板區(qū)間。1.4.2. 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測(cè)量望遠(yuǎn)鏡是幫助人們看清遠(yuǎn)處物體以便觀察、瞄準(zhǔn)與測(cè)量的一種助視儀器，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更加了解望遠(yuǎn)鏡原理，自己搭建望遠(yuǎn)鏡，測(cè)量相關(guān)參數(shù)。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)了解望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及原理；（2）學(xué)習(xí)測(cè)定望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的方法；（3）理解分辨本領(lǐng)的含義。2. 基本原理望遠(yuǎn)鏡是如何把遠(yuǎn)處的景物移到我們眼前來(lái)的呢？這靠的是組成望遠(yuǎn)鏡的兩塊透鏡。望遠(yuǎn)鏡的前面有一塊直徑大、焦距長(zhǎng)的凸透鏡，名叫物鏡；后面的一塊透鏡直徑小焦距短，叫目鏡。物鏡把來(lái)自遠(yuǎn)處景物的光線，在它的后面匯聚成倒立的縮小了

34、的實(shí)像，相當(dāng)于把遠(yuǎn)處景物一下子移近到成像的地方。而這景物的倒像又恰好落在目鏡的前焦點(diǎn)處，這樣對(duì)著目鏡望去，就好象拿放大鏡看東西一樣，可以看到一個(gè)放大了許多倍的虛像。這樣，很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的景物，在望遠(yuǎn)鏡里看來(lái)就仿佛近在眼前一樣。常見(jiàn)望遠(yuǎn)鏡可簡(jiǎn)單分為伽利略望遠(yuǎn)鏡，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡等。伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史中占有重要地位。它由一個(gè)凹透鏡（目鏡）和一個(gè)凸透鏡（物鏡）構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能直接成正像。但自從開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)明后此種結(jié)構(gòu)已不被專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡采用，而多被玩具級(jí)的望遠(yuǎn)鏡采用，所以又被稱做觀劇鏡。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡：原理由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間有一個(gè)實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能

35、優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。圖 112 開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡光路示意圖為能觀察到遠(yuǎn)處的物體，物鏡用較長(zhǎng)焦距的凸透鏡，目鏡用較短焦距的凸透鏡。遠(yuǎn)處射來(lái)光線（視為平行光），經(jīng)過(guò)物鏡后，會(huì)聚在它的后焦點(diǎn)外離焦點(diǎn)很近的地方，成一倒立、縮小的實(shí)像。目鏡的前焦點(diǎn)和物鏡的后焦點(diǎn)是重合的。所以物鏡的像作為目鏡的物體，從目鏡可看到遠(yuǎn)處物體的倒立虛像，由于增大了視角，故提高了分辨能力，見(jiàn)圖 112。當(dāng)觀測(cè)無(wú)限遠(yuǎn)處的物體時(shí)，物鏡的焦平面和目鏡的焦平面重合，物體通過(guò)物鏡成像在它的后焦面上，同時(shí)也處于目鏡的前焦面上，因而通過(guò)目鏡觀察時(shí)

36、成像于無(wú)限遠(yuǎn)，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡的放大率為： 由此可見(jiàn)，望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡和目鏡焦距之比。若要提高望遠(yuǎn)鏡的放大率，可增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)近處物體時(shí)，其成像的光路圖可用圖 113來(lái)表示。圖中、和、分別為透鏡和成像時(shí)的物距和像距，是物鏡和目鏡焦點(diǎn)之間的距離，即光學(xué)間隔（在實(shí)用望遠(yuǎn)鏡中是一個(gè)不為零的小數(shù)量）。由圖 113可得 圖 113 觀察近處物體時(shí)望遠(yuǎn)鏡的光路圖故觀察近處物體時(shí)望遠(yuǎn)鏡的放大率為在滿足近軸光線和薄透鏡條件前提下，利用透鏡成像公式，可得為了把放大的虛像與物體直接比較，必須使和處于同一平面內(nèi)，即要求。同時(shí)引入望遠(yuǎn)鏡鏡筒長(zhǎng)度，并利用和兩個(gè)表達(dá)式，得在測(cè)出、和后，由式

37、可算出望遠(yuǎn)鏡的放大率。顯然當(dāng)物距 時(shí)，因式中括號(hào)內(nèi)的量接近于1，式變回式。望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)用它的最小分辨角來(lái)表示。由光的衍射理論知：式中， 為照明光波的波長(zhǎng)，D 為望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑，角度的單位是弧度。即兩個(gè)物體如果對(duì)望遠(yuǎn)鏡的張角小于（理論）值。則望遠(yuǎn)鏡將無(wú)法分辨它們是兩個(gè)物體（兩個(gè)物體重疊成一個(gè)像）。3. 儀器用具（1） 標(biāo)尺（2） 干板架（3） 磁力表座（4） 物鏡（40.0，f 150.0）（5） 一維調(diào)節(jié)滑塊（6） 一維調(diào)節(jié)滑塊（7） 目鏡（ =20.0mm，f = 30.0mm； = 20.0mm，f =-40.0）（8） 導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等五. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）按照?qǐng)D 112

38、組裝開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡（物鏡選擇f =150mm，目鏡選擇f = 30mm），調(diào)整光學(xué)元件同軸等高。（2）將標(biāo)尺安放在距離望遠(yuǎn)鏡物鏡大于1 米處，用一只眼睛直接觀察標(biāo)尺，同時(shí)用另外一只眼睛通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的目鏡看標(biāo)尺的像，并對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺上兩個(gè)紅色標(biāo)記間的區(qū)間，長(zhǎng)度為L(zhǎng)。經(jīng)適應(yīng)性練習(xí)，獲得被望遠(yuǎn)鏡放大的和直觀的標(biāo)尺的疊加像。（3）測(cè)出紅色標(biāo)記內(nèi)標(biāo)尺的長(zhǎng)度，則其放大率為（4）量出望遠(yuǎn)鏡的鏡筒長(zhǎng)度l和物距，按照式計(jì)算其放大率，并與實(shí)驗(yàn)觀察出來(lái)的放大率進(jìn)行比較。（5）替換目鏡（f = -40mm），搭建伽利略望遠(yuǎn)鏡，重復(fù)（2）（3）（4）步。（6）由波長(zhǎng)和物鏡孔徑，理論計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的的最小分辨角。1.5. 偏振光實(shí)驗(yàn)光

39、波是一種電磁波、因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向，所以光波的速度與電矢量E和磁矢量H相互垂直。在光波的影響中，通常H的影響是較小的， E的影響最大，所以通常把E稱為光矢量，光的偏振態(tài)也是由E來(lái)決定。光的偏振現(xiàn)象是光學(xué)中一種重要現(xiàn)象，是驗(yàn)證光是橫波的重要依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)偏振現(xiàn)象的理論分析，并從實(shí)驗(yàn)操作入手，通過(guò)觀測(cè)各波片之后的偏振態(tài)變化和偏振光的光強(qiáng)，對(duì)光的偏振現(xiàn)象作出理論與實(shí)驗(yàn)的解釋。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解光的偏振態(tài)的性質(zhì)；（2） 了解波片的作用及圓偏光和橢偏光的；（3） 驗(yàn)證馬呂斯定律；利用布儒斯特角測(cè)量介質(zhì)的折射率；實(shí)驗(yàn)原理按照光的電磁理論，光波就是電磁波，電磁波是橫波，所以光波也

40、是橫波。在大多數(shù)情況下，電磁輻射同物質(zhì)相互作用時(shí)，起主要作用的是電場(chǎng)，因此常以電矢量作為光波的振動(dòng)矢量。其振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的一種空間取向稱為偏振，光的這種偏振現(xiàn)象是橫波的特征。圖 Error! No text of specified style in document.Error! Main Document Only. 自然光根據(jù)偏振的概念，如果電矢量的振動(dòng)只限于某一確定方向的光，稱為平面偏振光，亦稱線偏振光；如果電矢量隨時(shí)間作有規(guī)律的變化，其末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓（或圓），這樣的光稱為橢圓偏振光（或圓偏振光）；若電矢量的取向與大小都隨時(shí)間作無(wú)規(guī)則變化，各方向的取向

41、率相同，稱為自然光，如圖 114所示；若電矢量在某一確定的方向上最強(qiáng)，且各向的電振動(dòng)無(wú)固定相位關(guān)系，則稱為偏振光。凡是電振動(dòng)只限于某一確定方向和該方向的負(fù)方向的光稱為線偏振光（亦稱平面偏振光）。在垂直于光傳播方向的任一確定平面內(nèi)，光波電矢量端點(diǎn)隨時(shí)間作橢圓運(yùn)動(dòng)的光稱作橢圓偏振光；作圓運(yùn)動(dòng)的稱作圓偏振光。以上三種統(tǒng)稱完全偏振光，若在垂直于光傳播方向的平面（簡(jiǎn)稱迎光平面）內(nèi)，電矢量的取向與大小都隨時(shí)間作無(wú)規(guī)則變化，且各方向的取向幾率相同，彼此之間沒(méi)有固定的位相關(guān)系，則稱為自然光。自然光和線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光三者的任一個(gè)組合起來(lái)，就成為部分偏振光。1. 獲得偏振光的方法（1）非金屬鏡面的反

42、射，當(dāng)自然光從空氣照射在折射率為n的非金屬鏡面（如玻璃、水等）上，反射光與折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角增大到某一特定值0時(shí)，鏡面反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于射面，這時(shí)入射角稱為布儒斯特角，也稱起偏振角，由布儒斯特定律得： 其中，n為折射率。（2）多層玻璃片的折射，當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到疊在一起的多層平行玻璃片上時(shí)，經(jīng)過(guò)多次反射后透過(guò)的光就近似于線偏振光，其振動(dòng)在入射面內(nèi)。（3）晶體雙折射產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光），均為線偏振光。（4）用偏振片可以得到一定程度的線偏振光。2. 偏振片偏振片是利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性，將其滲入透明塑料薄膜中，經(jīng)定向拉制而成。它能

43、吸收某一方向振動(dòng)的光，而透過(guò)與此垂直方向振動(dòng)的光，由于在應(yīng)用時(shí)起的作用不同而叫法不同，用來(lái)產(chǎn)生偏振光的偏振片叫做起偏器，用來(lái)檢驗(yàn)偏振光的偏振片叫做檢偏器。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：式中為入射偏振光的偏振方向與檢偏器偏振化方向之間的夾角，顯然當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I發(fā)生周期性變化。當(dāng)=0時(shí)，透射光強(qiáng)最大；當(dāng)=90時(shí)，透射光強(qiáng)為極小值（消光狀態(tài)）；當(dāng)090時(shí)，透射光強(qiáng)介于最大和最小之間。自然光通過(guò)起偏器后可變?yōu)榫€偏振光，線偏振光振動(dòng)方向與起偏器的透光軸方向一致。因此，如果檢偏器的透光軸與起偏器的透光軸平行，則在檢偏器后面可看到一定光強(qiáng)，

44、如果二者垂直時(shí)，則無(wú)光透過(guò)，如圖 115所示。其中（a）圖為起偏器透光軸P1與檢偏器透光軸P2平行的情況；（b）圖為起偏器透光軸P1與檢偏器透光軸P2垂直的情況。此時(shí)透射光強(qiáng)為零，此種現(xiàn)象稱為消光。在實(shí)驗(yàn)中要經(jīng)常利用“消光”現(xiàn)象來(lái)判斷光的偏振狀態(tài)。圖 115 偏振光3. 馬呂斯定律如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面E表示）投射在起偏器P上（圖3-2），只有相當(dāng)于它的成份之一的（平行于光軸方向的矢量）能夠通過(guò)，另一成份（）則被吸收。與此類似，若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅為，則透過(guò)A的振幅為（這里是P與A偏振化方向之間的夾角）。由于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，可知透射光強(qiáng)隨而變化的關(guān)系為 這就是馬

45、呂斯定律。4. 布儒斯特角當(dāng)光從折射率為的介質(zhì)（例如空氣）入射到折射率為的介質(zhì)（例如玻璃）交界面，而入射角又滿足：時(shí)，反射光即成完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面。稱布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。顯然，角的大小因相關(guān)物質(zhì)折射率大小而異。若表示的是空氣折射率，（數(shù)值近似等于1）上式可寫成：圖 116 布儒斯特定律5. 波片波片也稱相位延遲片，是由晶體制成的厚度均勻的薄片，其光軸與薄片表面平行，它能使晶片內(nèi)的o光和e光通過(guò)晶片后產(chǎn)生附加相位差。根據(jù)薄片的厚度不同，可以分為1/2波長(zhǎng)片，1/4波長(zhǎng)片等，所用的1/2、1/4波長(zhǎng)片皆是對(duì)鈉光而言的。當(dāng)線偏振光垂直射到厚度為L(zhǎng)，表面平行于自身光軸的單軸晶

46、片時(shí)，則尋常光（o光）和非常光（e光）沿同一方面前進(jìn)，但傳播的速度不同。這兩種偏振光通過(guò)晶片后，它們的相位差為：其中，為入射偏振光在真空中的波長(zhǎng)，no和ne分別為晶片對(duì)o光和e光的折射率，L為晶片的厚度。6. 橢圓偏振光和圓偏振光我們知道，兩個(gè)互相垂直的，同頻率且有固定相位差的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，可用下列方程表示（通過(guò)晶片后o光和e光的振動(dòng)）：從兩式中消去t，經(jīng)三角運(yùn)算后得到全振動(dòng)的方程式為： 由此式可知；當(dāng)=K（K=0，1.2.）時(shí)，為線偏振光。當(dāng)（K=0，1.2.）時(shí)，為正橢圓偏振光。在Ao=Ae時(shí)，為圓偏振光。當(dāng)為其他值時(shí)，為橢圓偏振光。在某一波長(zhǎng)的線偏振光垂直入射于晶片的情況下，能使o光和e光產(chǎn)生相位差= (2K+1)（相當(dāng)于光程差為/2的奇數(shù)倍）的晶片，稱為對(duì)應(yīng)于該單色光的二分之一波片（