工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課件

1、工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告最小偏向角法測(cè)棱鏡折射率1.    測(cè)量原理 從幾何光學(xué)可知，棱鏡的玻璃折射率n與棱鏡頂角A及最小偏向角 之間有如下的關(guān)系： 在不同波長(zhǎng)的單色光照明下，在分光儀上測(cè)得A和 ，即可利用上式求得不同波長(zhǎng)的玻璃折射率 。 2.    實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 分光儀：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理進(jìn)行角度測(cè)量的儀器。它主要由下列幾個(gè)部分組成：自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，平行光管，載物臺(tái)，度盤(pán)和游標(biāo)盤(pán)。望遠(yuǎn)鏡通過(guò)支臂與度盤(pán)固定在一起，組成儀器的照準(zhǔn)部。它與游標(biāo)盤(pán)和棱鏡臺(tái)可分別繞度盤(pán)的垂直軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)的角度由游標(biāo)盤(pán)和度盤(pán)讀出（游標(biāo)精度為1，度盤(pán)每格值

2、為30），每次讀數(shù)要在對(duì)徑方向上二個(gè)游標(biāo)上讀數(shù)，然后取其平均值，這樣可消除度盤(pán)的偏心誤差，且要在度盤(pán)的三個(gè)不同位置上讀數(shù)，以消除度盤(pán)的刻度誤差，軸的晃動(dòng)誤差等，儀器上各運(yùn)動(dòng)部分備有鎖緊、微動(dòng)和調(diào)整裝置的螺釘。 光源： a.    用鈉光燈作照明光源測(cè)量D光折射率，鈉光譜線=0.6328。 b.    自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡照明光源為6.3伏白熾燈及變壓器。   3.    實(shí)驗(yàn)步驟 第一步：調(diào)整： 接上光源b； 目鏡調(diào)焦； 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，用自準(zhǔn)直法將目鏡分劃板正確地調(diào)焦在物鏡焦面上，即使望遠(yuǎn)鏡物鏡對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)

3、焦； a.    粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸，使其位置適中（通過(guò)上、下、左、右調(diào)節(jié)螺釘）； b.    棱鏡臺(tái)上放一平行平板玻璃，工作面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，觀察目鏡分劃板上十字絲與反射回來(lái)的像是否同時(shí)清晰，若不同時(shí)清晰，則移動(dòng)目鏡鏡管，直至同時(shí)清晰為目。 使望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)軸與度盤(pán)軸相互垂直； 當(dāng)用平行平板使望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，則鎖緊螺釘6，使棱鏡臺(tái)與游標(biāo)盤(pán)連在一起，通過(guò)目鏡觀察分劃板上十字絲和其反射像水平線是否精確對(duì)稱，若不對(duì)稱則用半修法校正（即不對(duì)稱量由望遠(yuǎn)鏡和棱鏡臺(tái)各負(fù)責(zé)校正一半），它可通過(guò)調(diào)整螺釘達(dá)到，然后將棱鏡臺(tái)連同游標(biāo)盤(pán)帶平行平板轉(zhuǎn)過(guò)去180度，再

4、重復(fù)上述步驟校正偏差，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行，逐次趨近，直到平行平板無(wú)論哪一個(gè)面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，十字線和反射回來(lái)的像都對(duì)稱為止，這說(shuō)明望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)軸與度盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸已垂直，以后的工作過(guò)程中，不允許再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)螺旋。 調(diào)整平行光管光源，使望遠(yuǎn)鏡同軸 a.    關(guān)掉光源b，打開(kāi)光源a。 b.    平行光管調(diào)焦：使狹縫像正確地形成在平行光管物鏡焦面上（前面移動(dòng)狹縫，使望遠(yuǎn)鏡分劃板上看到狹縫的清晰像）。為了便于瞄準(zhǔn)，狹縫像的寬度應(yīng)由調(diào)整螺釘9調(diào)節(jié)到約為分劃板上十字絲寬度的3倍。 c.    以望遠(yuǎn)鏡分劃板為基準(zhǔn)，調(diào)整螺釘，

5、使狹縫像處在視場(chǎng)中心，與十字線重合。  調(diào)整棱鏡棱邊與儀器主軸平行 關(guān)掉鈉光燈，接上望遠(yuǎn)鏡燈源，使被測(cè)棱鏡的折射棱與度盤(pán)轉(zhuǎn)軸平行，這是校正的最后一步，又能用調(diào)整螺釘分別對(duì)棱鏡的兩工作面進(jìn)行調(diào)整，使兩工作面在望遠(yuǎn)鏡的自準(zhǔn)直像與目鏡十字線呈對(duì)稱，為了便于調(diào)整應(yīng)把棱鏡置于與螺釘對(duì)稱的位置。 第二步：棱鏡頂角的測(cè)量 棱鏡放在承物臺(tái)上，用自準(zhǔn)直法分別使棱鏡的兩個(gè)折射面與自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直，兩次度盤(pán)讀數(shù)之差值，即為棱鏡頂角的互補(bǔ)角值，即 第三步：最小偏向角 的測(cè)量 關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡光源，打開(kāi)鈉光燈光源，用望遠(yuǎn)鏡測(cè)定經(jīng)棱鏡折射的狹縫像，當(dāng)棱鏡隨著棱鏡臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)（游標(biāo)盤(pán)與棱鏡臺(tái)用螺釘6固定在一起轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)，

6、在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)的狹縫像相對(duì)十字線移動(dòng)，因望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)有限，為了能始終看到狹縫像，每當(dāng)狹縫像移動(dòng)到視場(chǎng)邊緣時(shí)，望遠(yuǎn)鏡也作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)棱鏡發(fā)一定方向轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的現(xiàn)象，即原來(lái)沿一定方向移動(dòng)的狹縫像此時(shí)突然停止，若再轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡臺(tái)則狹縫像沿與原方向相反的方向移動(dòng)。在狹縫像突然停止時(shí)刻的棱鏡位置，即為光束經(jīng)棱鏡后最小偏向折射的位置，此時(shí)從度盤(pán)上用游標(biāo)讀取讀數(shù)B1。轉(zhuǎn)動(dòng)承物臺(tái)棱鏡，以頂角A的另一面對(duì)向平行平板，用相同方法測(cè)定出最小偏向角位置，讀取游標(biāo)讀數(shù)B2，兩次讀數(shù)之差即為最小偏向角 值的2倍，即 這樣就提高了測(cè)量精度。 平面系統(tǒng)成像特性1.    實(shí)驗(yàn)裝置 從

7、氦氖激光器射出的水平激光束，經(jīng)平面鏡反射后折轉(zhuǎn)90度垂直向上，再經(jīng)柱面鏡擴(kuò)束，成為一扇形光束經(jīng)介質(zhì)膜分束器中的介質(zhì)膜分光鏡反射后，又成水平方面扇形光束與演示屏垂直相交，從而在演示屏上顯示出光束的徑跡，在度盤(pán)孔內(nèi)插下各種光學(xué)零件后，就可以做各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)。 演示儀主要由激光器、擴(kuò)束器、分束器，演示屏，附件夾持架和其他附件組成。 激光管和電源都安裝在底座里，演示屏、擴(kuò)束器和附件夾持架裝在底座上，分束器裝在演示屏的左側(cè)，夾持架裝在演示屏的右側(cè)，在演示屏的中間還有一只度盤(pán)6，它可以轉(zhuǎn)動(dòng)，中間有一只圓孔，用來(lái)插放各種光學(xué)零件或組件。   2.    實(shí)驗(yàn)原理 利用氦

8、氖激光器發(fā)出的紅色細(xì)光束，經(jīng)柱面擴(kuò)束鏡后為一扇形平面光束，直接射向平行平板或各種棱鏡上，就能直觀地觀察到光束在各面上的折反射情況。 稍稍退出柱面擴(kuò)束器，在底座上放置裝有圓擴(kuò)束器的支架及裝有指標(biāo)的支架，并把被測(cè)棱鏡置于右側(cè)的夾持器上，對(duì)著出射光線的方向能觀察到各種棱鏡的轉(zhuǎn)像情況。 3.    實(shí)驗(yàn)步驟 接上220V電源，然后順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)開(kāi)關(guān)到第一檔，在正常情況下，激光管發(fā)射出紅色激光束，若由于電壓過(guò)低，激光管不能啟輝，可轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)到第二檔，再不行可用第三檔。 調(diào)整擴(kuò)束器，擴(kuò)束器可在座內(nèi)前后移動(dòng)，以使擴(kuò)展后的光束基本上落在分光鏡上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光線

9、徑跡，如果不需要擴(kuò)束，只需把擴(kuò)束器稍稍退出。 調(diào)整分束器，這是用來(lái)將光線分束的裝置，根據(jù)需要將光線分成二束、三束、四束或五束。這時(shí)就要使用不同面數(shù)的介質(zhì)膜分光鏡。為了使分束后的各條光線亮度均勻，每塊介質(zhì)膜分光鏡的反射率是一樣的。分光鏡可以繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以在演示屏上得到各種不同位置的光線途徑，也可以根據(jù)需要使分束后的光線成為平行光線、會(huì)聚光束或發(fā)散光束。在調(diào)整時(shí)，應(yīng)先擰松固緊鏍釘，然后轉(zhuǎn)動(dòng)分光鏡到需要位置，然后再擰緊固緊螺釘。整個(gè)分束器座可繞兩頂尖螺釘子的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)分光鏡和演示屏之間的傾角，從而可調(diào)節(jié)演示屏上光線的長(zhǎng)度和亮度。調(diào)節(jié)時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)分束器座上的調(diào)節(jié)螺釘即可，整個(gè)分束器座可

10、沿演示屏上的槽作上下移動(dòng)以適應(yīng)各種需要。轉(zhuǎn)動(dòng)分束器的上、下兩只頂尖螺釘上的鎖緊螺母松開(kāi)、退出，然后轉(zhuǎn)動(dòng)上下兩只頂尖螺釘，一只退，一只進(jìn)，注意不要將螺釘頂?shù)眠^(guò)緊，以免損壞零件。 分別把各光學(xué)組件插入度盤(pán)中間的圓孔，組件可相對(duì)于度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以固定在適當(dāng)位置。度盤(pán)可連同光學(xué)組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn) 物鏡焦距、截距的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;   掌握用定焦距平行光管法測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)焦距、截距的方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容    掌握測(cè)量方法，做好測(cè)量前的準(zhǔn)備工作，測(cè)量給定的照相物鏡、望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡的象方焦距和截距、物方焦距和截距。三、實(shí)驗(yàn)原理  

11、  測(cè)量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高，相對(duì)誤差一般在1以下，是目前常用的方法，其測(cè)量原理如圖11                                     &

12、#160;     圖11    其中O是平行光管物鏡，L是被測(cè)透鏡，y0是位于平行光管物鏡焦平面上的一對(duì)刻線的間隔距離。y0經(jīng)過(guò)平行光管物鏡后成像在無(wú)限遠(yuǎn)處，再經(jīng)過(guò)被測(cè)透鏡L后，在它的焦平面上得到y(tǒng)0的像y。這種方法的原理就是通過(guò)測(cè)量像y的大小，然后計(jì)算出被測(cè)透鏡的焦距。從圖11看出下面兩個(gè)關(guān)系式：                    

13、;    用作圖成像的方法很容易得出： w = w，因此可以得到      即：                                     

14、60;       （11）    這就是用定焦距平行光管法測(cè)定焦距所用的公式，其中f0 是平行光管物鏡的焦距，是已知的。Y0是位于平行光管物鏡焦平面處的分劃板上的一對(duì)刻線的間隔距離，它的大小也是事先已知的。Y是這對(duì)刻線y0經(jīng)過(guò)被測(cè)透鏡后所成的像，如果能測(cè)量出此像y的大小，那么就很容易用公式（11）計(jì)算出被測(cè)透鏡的焦距f 。    利用本公式及方法，可以測(cè)量正負(fù)透鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡、放映物鏡，各種目鏡的焦距。應(yīng)當(dāng)注意要正確選擇測(cè)量顯微鏡的物鏡，使之與被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)相匹配。如

15、測(cè)負(fù)焦距系統(tǒng)使要選擇長(zhǎng)工作距的顯微物鏡。這是因顯微物鏡的倍率不同，故（11）式變化如下                                           

16、;                                           （12）        

17、;                                                  

18、;                                                式中： 測(cè)量顯微鏡放大倍數(shù)

19、60;四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備    焦距儀、待測(cè)物鏡（照相物鏡、照相物鏡、顯微物鏡） 圖12  焦距儀結(jié)構(gòu)示意圖                     圖13  玻羅板1.平行光管    2.透鏡夾持器    3.測(cè)微目鏡測(cè)量焦距用的焦距儀如圖12所示，它包括一個(gè)平行光管、一個(gè)透鏡夾持器

20、、一個(gè)帶有目鏡的讀數(shù)顯微鏡和把它們連在一起的一根帶有長(zhǎng)度刻尺的導(dǎo)軌組成1  平行光管常用的平行光管物鏡的焦距有550mm、1000mm和2000mm等。位于物鏡物方焦平面上可更換的分劃板的形式很多、其中用于測(cè)量焦距的分劃板稱為玻羅板，圖13所示的是550mm焦距儀所用的玻羅板，板上刻有5組間隔不同的平行線，它們的間距分別為1、2、4、10和20mm。焦距為1m時(shí)（997.47mm平行光管上玻璃板的間隔為5、10、20mm）。2  帶測(cè)微目鏡的讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡是用來(lái)測(cè)量待測(cè)物鏡所成像高y的，它由物鏡和測(cè)微物鏡組成，物鏡放大倍率可以更換，一般有0.5、1、2.5和5倍等。測(cè)

21、微目鏡的結(jié)構(gòu)如圖14所示，是由目鏡、固定分劃板、活動(dòng)分劃板和螺旋測(cè)微讀數(shù)裝置四部分組成。測(cè)微絲杠轉(zhuǎn)一圈，活動(dòng)分劃板上刻線移動(dòng)量為固定分劃板刻線的一格。通常測(cè)微螺旋的螺距S是0.251mm，讀數(shù)鼓輪一圈等分為100格，格值為S/100。固定分劃板上有若干等分刻線，其格值與螺距相符?；顒?dòng)分劃板上刻有瞄準(zhǔn)用的雙刻線和叉絲線。測(cè)量時(shí)由測(cè)微絲杠推動(dòng)活動(dòng)分劃板，使雙刻線和叉絲線對(duì)準(zhǔn)所選的起始刻線，從固定分劃板上讀毫米數(shù)，再?gòu)淖x數(shù)鼓輪上讀取微小讀數(shù)，然后將雙刻線和叉絲線對(duì)準(zhǔn)最終刻線，依法讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為起始到終點(diǎn)的刻線距離。      

22、60;                                              圖14                  1.目鏡