工程光學(xué)(一)實(shí)驗(yàn)講義匯總

1、實(shí)驗(yàn)一光學(xué)實(shí)驗(yàn)主要儀器、光路調(diào)整與技巧1. 引言不論光學(xué)系統(tǒng)如何復(fù)雜，精密，它們都是由一些通用性很強(qiáng)的光學(xué)元器件組成的，因此，掌握一些常用的光學(xué)元器件的結(jié)構(gòu)，光學(xué)性能、特點(diǎn)和使用方法，對于安排實(shí)驗(yàn)光路系統(tǒng)時(shí)，正確的選擇和使用光學(xué)元器件具有重要的作用。2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 掌握光學(xué)專業(yè)基本元件的功能；2） 掌握基本光路調(diào)試技術(shù)，主要包括共軸調(diào)節(jié)和調(diào)平行光。3. 實(shí)驗(yàn)原理3.1 光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器概述:光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器主要包括：光源，光學(xué)元件，接收器等。3.1.1 常用光源光源是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的組成部分，對于不同的觀測目的，常需選用合適的光源，如在干涉測量技術(shù)中一般應(yīng)使用單色光源，而在白光干涉時(shí)又需用能譜

2、連續(xù)的光源（白熾燈）；在一些實(shí)驗(yàn)中，對光源尺寸大小還有點(diǎn)、線、面等方面的要求。光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的光源可分為以下幾類：1） 熱輻射光源熱輻射光源是利用電能將鎢絲加熱，使它在真空或惰性氣體中達(dá)到發(fā)光的光源。白熾燈屬于熱輻射光源，它的發(fā)光光譜是連續(xù)的，分布在紅外光、可見光到紫外光范圍內(nèi)，其中紅外成分居多，紫外成分很少，光譜成分和光強(qiáng)與鎢絲溫度有關(guān)。熱輻射光源包括以下幾種：普通燈泡，汽車燈泡，鹵鎢燈。2）熱電極弧光放電型光源這類光源的電路基本上與普通熒光燈相同，必須通過鎮(zhèn)流器接入220V點(diǎn)源，它是使電流通過氣體而發(fā)光的光源。實(shí)驗(yàn)中最常用的單色光源主要包括以下兩種：納光燈（主要譜線：589.3nm、589

3、.6nm），汞燈（主要譜線：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm）3）激光光源激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation,縮寫：LASER），是指通過輻射的受激輻射而實(shí)現(xiàn)光放大，即受激輻射的光放大。激光器作為一種新型光源，與普通光源有顯著的差別。它是利用受激輻射的原理和激光腔的濾波效應(yīng)，使所發(fā)光束具有一系列新的特點(diǎn)。激光器發(fā)出的光束有極強(qiáng)的方向性，即光束的發(fā)散角很?。患す獾膯紊院?，或者說相干性好，具相干長度可以達(dá)十米甚至數(shù)百米；激光器的輸出功

4、率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一種單色性和方向性都好的強(qiáng)光源，已應(yīng)用于許多科技及生產(chǎn)領(lǐng)域中。目前常用的激光器主要有氣體激光器（如：He-Ne激光器、Ar離子激光器）、液體激光器（如：染料激光器）、固體激光器（如：紅寶石激光器、被玻璃激光器）和半導(dǎo)體激光器（如GaAs、CaSb激光器）。圖1-1激光器示意圖（HeNe激光）本實(shí)驗(yàn)，選擇的光源是氣體型He-Ne內(nèi)腔式激光器如圖1-1所示,波長為632.8nm的紅光，功率2mW。1.2.2 常用光學(xué)元件光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本部件是光學(xué)元件，如透鏡、平面反射鏡、分束鏡、棱鏡、偏振元件、光柵、濾光片，可變光闌包括可調(diào)的狹縫和圓孔光闌等。1）透鏡透鏡有

5、成像作用，利用它可傳遞物和像的圖像。準(zhǔn)直鏡、成像透鏡、傅立葉變換透鏡均可使用不同孔徑和焦距的透鏡來實(shí)現(xiàn)。為了提高光的透射率，透鏡表面要鍍增透膜。在選用透鏡時(shí)，要選用沒有缺陷和污臟的透鏡（因?yàn)樗鼈儠?huì)使觀察或記錄圖像產(chǎn)生噪聲）。2）分束鏡分束鏡是光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)重要元件，它的作用是將入射光束分成具有一定光強(qiáng)比的兩束光，在干涉儀系統(tǒng)組裝的實(shí)驗(yàn)中可產(chǎn)生兩束有一定夾角的相干波，在全息制作實(shí)驗(yàn)中可產(chǎn)生參考光和物光。分束鏡一般是通過在玻璃板上鍍干涉膜而制成，分光比可以連續(xù)變化或分段變化。3）擴(kuò)束器（擴(kuò)束鏡）因激光束的發(fā)散角很小，需要用一個(gè)擴(kuò)束鏡以增大光束的發(fā)散角。通?？捎?0倍、40倍的顯微物鏡或焦距很短

6、的單片正透鏡或負(fù)透鏡實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)中，擴(kuò)束鏡采用的是40倍的顯微物鏡。4）平面反射鏡平面反射鏡一般用于折轉(zhuǎn)光路，具直徑大小應(yīng)根據(jù)所折轉(zhuǎn)的光束直徑而定。用于轉(zhuǎn)折寬光束的反射鏡，除了有一定的孔徑要求之外，還有表面平面度的要求。另外，當(dāng)先入射到普通反射鏡的玻璃基板上時(shí)，要先經(jīng)過折射然后再反射，反射光的損失很大。同時(shí)玻璃片基的兩面會(huì)因多次反射引入雜散光。為了消除附加反射光的影響，反射鏡通常都是在前表面上鍍制反射膜。所以光學(xué)實(shí)驗(yàn)需用表面平整度高和涂有多層反射膜的高反射率反射鏡。1.2.3 常用機(jī)械部件防震平臺(tái)、光學(xué)鏡架，讀數(shù)平臺(tái)、多自由度微調(diào)器、光纖調(diào)整架等。1）防震平臺(tái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)需要一個(gè)穩(wěn)定的減震工作平臺(tái)

7、，特別是對于干涉和全息圖制作實(shí)驗(yàn)，所記錄的都是參考光波和物光波的干涉條紋，如果在曝光過程中因?yàn)檎駝?dòng)導(dǎo)致兩光波有變化，就要影響干涉條紋的調(diào)制度。通常要求該光波的振動(dòng)變化小于十分之一波長。影響穩(wěn)定性的因素有震動(dòng)、空氣流和熱變化等。震動(dòng)的主要影響來自地基的震動(dòng)，如果記錄系統(tǒng)部件的機(jī)構(gòu)有松動(dòng)就會(huì)把震動(dòng)放大，所以必須對工作臺(tái)采取減震措施。專用氣浮工作臺(tái)是最好的減震臺(tái)。簡單的減震方法可用砂箱、微塑料、氣墊（用汽車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎）和重10002000kg的鑄鐵或花崗巖，并應(yīng)安裝一個(gè)隔離罩。如果不用隔離罩，做實(shí)驗(yàn)時(shí)室內(nèi)不要通風(fēng)，工作人員不要大聲講話和距離工作臺(tái)遠(yuǎn)一些。2） 光學(xué)鏡架光學(xué)鏡架是一種典型的對裝有

8、光學(xué)元件（如反射鏡、透鏡）的鏡框進(jìn)行固定的機(jī)械裝置。3） 讀數(shù)平臺(tái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室備有各種規(guī)格和精密的讀數(shù)機(jī)械平臺(tái)，以便根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選用。4） 1.4常用接收器實(shí)驗(yàn)中常用的接收器主要包括：觀察屏（白板）、光電池、光電接收器、CCD成像器件、CMO威像器件等。3.2光路調(diào)試技術(shù)在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，光學(xué)元件同軸等高的調(diào)節(jié)是實(shí)驗(yàn)中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到成像質(zhì)量的好壞、能否得到預(yù)期的光學(xué)現(xiàn)象和滿意的測量結(jié)果?？梢哉f調(diào)整好光路是進(jìn)行光學(xué)研究和光學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備的技能。下面介紹光路的基本調(diào)整方法。3.2.1 共軸調(diào)節(jié)光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要遇到用一個(gè)或多個(gè)透鏡同時(shí)成像，為了獲得較好的像，必須使各個(gè)透鏡的主光軸重合（即共

9、軸），并使物體位于透鏡的主光軸附近。另外，為了最大限度的利用激光擴(kuò)束后的面光源，所有透鏡的主軸都需要大致通過光斑中心，才能獲得清晰的像。共軸調(diào)節(jié)使物、觀察屏的中心處在透鏡光軸上，并使各光學(xué)元件共軸，達(dá)到共軸能保證近軸光線的條件成立。共軸調(diào)節(jié)一般分為兩步驟進(jìn)行：1）第一步粗調(diào)，即用眼睛觀察，使物、觀察屏與透鏡中心大致在一條直線上。粗調(diào)的方法如下：通過前后移動(dòng)白屏的方法先使激光光束與臺(tái)面平行，再將透明物、擴(kuò)束鏡、雙凸透鏡依次擺好，調(diào)節(jié)它們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，再讓光斑、物、鏡的幾何中心處在一條直線上，這樣便使透鏡鏡的主光軸與平臺(tái)面平行且共軸，光斑也最大限度得到利用。2）第二步細(xì)調(diào)，即移

10、動(dòng)透鏡，當(dāng)兩次成像中心重合即達(dá)到共軸，若不重合，須視情況針對性地調(diào)節(jié)各光學(xué)元件，直至兩次成像的中心重合。如果系統(tǒng)有兩個(gè)以上的透鏡，先加入一個(gè)透鏡調(diào)節(jié)共軸，然后再依次加入透鏡，使每次所加透鏡都與原系統(tǒng)共軸。反射鏡共軸的調(diào)節(jié)方法類似。3.2.2 平行光束的獲得與檢測在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要用到準(zhǔn)直性良好的平行光束。這可以在擴(kuò)束鏡和針孔濾波器之后加入準(zhǔn)直透鏡來獲得。準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)應(yīng)于擴(kuò)束鏡的后焦點(diǎn)重合，并且二者的光軸也應(yīng)一致。準(zhǔn)直透鏡通常使用口徑較大、焦距較長的雙膠合透鏡，這樣可以獲得截面較大的光束，以便處理較大一些的圖像。在要求不太高的實(shí)驗(yàn)中，也可使用單片的正透鏡作為準(zhǔn)直透鏡。平行光束的調(diào)整步驟如下

11、：1）調(diào)整擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡共軸，如圖1-2所示。激光器擴(kuò)束鏡準(zhǔn)直鏡圖1-2共軸調(diào)節(jié)示意圖2）粗調(diào)-自準(zhǔn)直法。沿光束傳播方向，前后軸向移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，直到從自準(zhǔn)直反射鏡反射回來的自準(zhǔn)直像落在針孔表面，并于針孔重合?；蛘咴跍?zhǔn)直鏡后放一觀察屏，如圖1-3所示，前后移動(dòng)，觀察準(zhǔn)直后光斑的變化，若在一個(gè)較大范圍內(nèi)光斑直徑幾乎無變化，可視為準(zhǔn)直成功，完成粗調(diào)。在調(diào)節(jié)中要注意光斑變化和準(zhǔn)直鏡移動(dòng)方向的關(guān)系，從而很快達(dá)到粗調(diào)的效果。圖1-3平行光路粗調(diào)示意圖觀察屏3）細(xì)調(diào)-剪切干涉法。如有條件，可以選用平品進(jìn)行細(xì)調(diào)。在準(zhǔn)直鏡后,傾斜放置一平行平品,觀察平晶兩表面反射光束重疊部分產(chǎn)生的剪切干涉條紋，如圖1-4所示，

12、沿光軸前后微移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，使條紋漸漸由密變疏，直到條紋最寬或成均勻光，如圖1-5所示，這時(shí)準(zhǔn)直鏡處于最佳位置，出射光為平行光。剪切干涉法只能用于相干光束的調(diào)整，非相干照明時(shí)，可用自準(zhǔn)直法調(diào)整。圖1-5平行光的檢測示意圖4.實(shí)驗(yàn)器材1）氮式激光器2）激光夾持器3）顯微物鏡4）物鏡接圈5）開口透鏡/反射鏡支架（20。6） 一維調(diào)節(jié)滑塊7） K9 平凸透鏡（ 40.0, f150.08）燕尾式平移臺(tái)9）分化板10）透鏡/反射鏡支架 （40.011）干板架12）毛玻璃13）平行平晶14）導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座, 磁力表座等5 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）參照圖1-6,沿導(dǎo)軌裝妥各器件（先不安裝擴(kuò)束顯微物鏡和準(zhǔn)直

13、平凸透鏡部分），并調(diào)至共軸；圖1-6激光平行光路調(diào)試裝配示意圖2）首先，將分劃板中心通孔高度定為光軸高度，然后將分劃板移至貼近激光器的位置，調(diào)節(jié)激光器高度，使激光束通過分劃板中心圓孔。再將分劃板移至較遠(yuǎn)處，調(diào)節(jié)激光夾持器，使激光束再次通過分劃板中心圓孔（近端調(diào)高低，遠(yuǎn)端調(diào)俯仰）。重復(fù)二三次高低和俯仰調(diào)節(jié)，使激光束在合適的高度保證基本水平；3）在系統(tǒng)中加入擴(kuò)束物鏡和準(zhǔn)直透鏡，適當(dāng)調(diào)節(jié)激光束和擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直透鏡共軸，且準(zhǔn)直透鏡在擴(kuò)束鏡的前焦面上。前后移動(dòng)分劃板，觀測分劃板上的圓斑大小是否變化。若變化，則前后移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，直到前后移動(dòng)分劃板，板上的圓斑大小不發(fā)生變化，完成平行光粗調(diào)；4）將分劃板替換為

14、平行平品，將毛玻璃放在在平行平晶反射光路上，前后移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡，使得毛玻璃上可以觀察到干涉條紋；5）細(xì)微調(diào)節(jié)平移臺(tái)絲桿，觀察干涉條紋變化，使得條紋數(shù)逐漸減少到一條或半條條紋，完成細(xì)調(diào)。6 .思考題1）調(diào)節(jié)平行光時(shí)，由近及遠(yuǎn)移動(dòng)準(zhǔn)直鏡產(chǎn)生的光斑如何變化？為什么？2）如何利用平晶檢測平行光的質(zhì)量？17實(shí)驗(yàn)二平行光管實(shí)驗(yàn)1 .引言平行光管是一種長焦距、大口徑，并具有良好像質(zhì)的儀器，與前置鏡或測量顯微鏡組合使用，既可用于觀察、瞄準(zhǔn)無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，又可作光學(xué)部件，光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)常數(shù)測定以及成像質(zhì)量的評定和檢測。2 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 了解平行光管的結(jié)構(gòu)及工作原理；2)掌握平行光管的調(diào)整方法；3)學(xué)會(huì)用平行光管測量

15、薄透鏡的焦距。3 .實(shí)驗(yàn)原理3.1 平行光管的結(jié)構(gòu)及工作原理根據(jù)幾何光學(xué)原理，無限遠(yuǎn)處的物體經(jīng)過透鏡后將成像在焦平面上；反之，從透鏡焦平面上發(fā)出的光線經(jīng)透鏡后將成為一束平行光。如果將一個(gè)物體放在透鏡的前焦平面上，那么它將成像在無限遠(yuǎn)處。圖2-1為平行光管的結(jié)構(gòu)原理圖。它由物鏡及置于物鏡焦平面上的分劃板,光源以及為使分劃板被均勻照亮而設(shè)置的毛玻璃組成。由于分劃板置于物鏡的前焦平面上，因此,當(dāng)光源照亮分劃板后，分劃板上每一點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過透鏡后，都成為一束平行光。又由于分劃板上由根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要而刻成的分劃線或圖案，這些刻線或圖案將成像在無限遠(yuǎn)處。這樣，對觀察者來說，分劃板又相當(dāng)于一個(gè)無限遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。

16、圖2-1平行光管的結(jié)構(gòu)原理圖根據(jù)平行光管要求的不同，分劃板可刻有各種各樣的圖案。圖2-2是幾種常見的分劃板圖案形式。圖2-2(a)是刻有十字線的分劃板，常用于儀器光軸的校正;圖2-2(b)是帶角度分劃的分劃板，常用在角度測量上圈2-2(c)是中心有一個(gè)小孔的分劃板，又被稱為星點(diǎn)板；圖2-2(d)是鑒別率板，它用于檢驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。鑒別率板的圖樣有許多種，這里只是其中的一種；圖2-2(e)是帶有幾組一定間隔線條的分劃板，通常又稱它為玻羅板，它用在測量透鏡焦距的平行光管上。圖2-2分劃板的幾種形式3.2用平行光管測量凸透鏡焦距的原理用平行光管法測量凸透鏡焦距的光路圖，如圖2-3所示，從圖中可

17、以看出： fofx圖2-3平行光管法測量凸透鏡焦距光路圖tan = fo-tan 1 =- fx由于平行光管射出的是平行光，且通過透鏡光心的光線不改變方向，因此審=*=膂=：；fofxfx=_yfo'（6-1）y其中fo'為平行光管物鏡焦距，y為玻羅板上選擇的線對的長度，y'為用顯微目鏡讀出的玻羅板上線對像的距離。用這種方法測量凸透鏡焦距比較簡單，關(guān)鍵是要保證各光學(xué)元件要等高共軸，平行光管出射平行光。4 .實(shí)驗(yàn)器材1）平行光管；2）反射鏡；3）二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架；4）待測透鏡（40.0,f150.0;5）測微目鏡（10X,帶分劃板）；6）開口式二名!調(diào)節(jié)透鏡/反射

18、鏡支架；7）導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等。5 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）把平行光管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按照圖2-4所示放好;圖2-4平行光管實(shí)驗(yàn)裝圖2）打開平行光管外蓋，觀察平行光管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解基本原理；3）調(diào)節(jié)放在平行光管前的反射鏡（反射鏡上有調(diào)節(jié)水平螺絲和垂直螺絲），使平行光管射出的光線重新返回平行光管。這時(shí)能通過顯微目鏡看到分劃板上有一個(gè)反射回來的像。前后移動(dòng)分劃板，直到目鏡里清楚地觀察到十字叉絲的像。表明分劃板已經(jīng)調(diào)整在物鏡的前焦平面上了；4）平行光管調(diào)好后，拿下平面鏡，將被測凸透鏡組置于平行光管的前方，在凸透鏡的前方放上測微目鏡，調(diào)節(jié)平行光管、被測凸透鏡和測微目鏡，使它們在同一光軸上，盡量讓測微目鏡拉近到

19、實(shí)驗(yàn)人員方便觀察的位置；5）前后移動(dòng)凸透鏡，使被測凸透鏡在平行光管中的玻羅板成像于測微目鏡的標(biāo)尺和叉絲上，表明凸透鏡的焦平面與測微目鏡的焦平面重合；6）用測微目鏡測出玻羅板像中y=0.553毫米兩刻線間距的測量值y',重復(fù)測量五次，將各數(shù)據(jù)填入自擬表格中；7）根據(jù)平行光管物鏡焦距fo'=400mm,計(jì)算出被測凸透鏡的像方焦距，并計(jì)算其平均值和均方根誤差。fo6 .思考題1）不同波長的光源對所測透鏡焦距有何影響?實(shí)驗(yàn)三望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量1 .引言望遠(yuǎn)鏡主要是用來幫助人眼看清遠(yuǎn)處目標(biāo)以便觀察、瞄準(zhǔn)與測量的一種助視儀器，其主要作用在于增大被觀察物體對人眼的張角，起著視角放大的作

20、用。本實(shí)驗(yàn)旨在使學(xué)生更加了解望遠(yuǎn)鏡原理，自己搭建望遠(yuǎn)鏡，測量相關(guān)參數(shù)。2 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)了解望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及其原理；2）學(xué)習(xí)測定望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的方法；3）理解分辨本領(lǐng)的含義。3 .實(shí)驗(yàn)原理望遠(yuǎn)鏡可用來觀測遠(yuǎn)處的物體。最簡單的望遠(yuǎn)鏡由兩塊凸透鏡組成。望遠(yuǎn)鏡的前面有一塊直徑大、焦距長的凸透鏡，名叫物鏡；后面的一塊透鏡直徑小焦距短，叫目鏡。物鏡把來自遠(yuǎn)處景物的光線，在它的后面匯聚成倒立的縮小了的實(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)鏡里看來就仿佛近

21、在眼前一樣。常見望遠(yuǎn)鏡可簡單分為伽利略望遠(yuǎn)鏡和開普勒望遠(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。它是由正光焦度的物鏡和負(fù)光焦度的目鏡組成的，具視覺放大率大于1,形成正立的像，不需加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，但無法安裝分劃板，應(yīng)用較少，可應(yīng)用于觀劇，倒置伽利略望遠(yuǎn)鏡可用于門鏡。開普勒望遠(yuǎn)鏡是由兩個(gè)正光焦度的物鏡和目鏡組成，因此成倒像。為使經(jīng)系統(tǒng)形成的倒像轉(zhuǎn)變成正立的像，需加入一個(gè)透鏡或棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。因開普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡在其后焦平面上形成一個(gè)實(shí)像，故可在中間像的位置放置一分劃板，用作瞄準(zhǔn)或測量。由于開普勒望遠(yuǎn)鏡各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型大文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。(3

22、-1)tan'-ABOBy2I2tan =O!=M?不y2l111(-1111 -12)圖3-1開普勒望遠(yuǎn)鏡光路示意圖為能觀察到遠(yuǎn)處的物體，開普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡用較長焦距的凸透鏡，目鏡用較短焦距的凸透鏡。遠(yuǎn)處射來光線（視為平行光），經(jīng)過物鏡后，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，見圖3-10當(dāng)觀測無限遠(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，因而通過目鏡觀察時(shí)成像于無限遠(yuǎn)，此時(shí)

23、望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率為：fofo-二一二一fefe由此可見，望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率等于物鏡和目鏡焦距之比。若要提高望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率，可增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀測近處物體時(shí)，具成像的光路圖可用圖3-2來表示。圖中11、11和12、12分別為透鏡Lo和Le成像時(shí)的物距和像距，是物鏡和目鏡焦點(diǎn)之間的由圖3-2可得距離，即光學(xué)問隔（在實(shí)用望遠(yuǎn)鏡中是一個(gè)不為零的小數(shù)量）圖3-2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)鏡的視覺放大率為tan中l(wèi)：（i+l：2）（3-2）"tan-2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'fo1111 二follf

24、el212fe-I2y3和處于同一平面內(nèi)，=I； - I2 ,并利用I1和I2（3-3）為了把放大的虛像y3與物體直接比較，必須使即要求I；=I1一I；+l2。同時(shí)引入望遠(yuǎn)鏡鏡筒長度I兩個(gè)表達(dá)式，得_Ji+i+ff。下一；ii十f。尺在測出f。、fe、和li后，由式（4-3）可算出望遠(yuǎn)鏡的放大率。顯然當(dāng)物距Ii»f。時(shí)，因式（4-3）中括號(hào)內(nèi)的量接近于1,式（4-3）變回式（4-1）。望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)用它的最小分辨角中來表示。由光的衍射理論，按瑞利判斷可知：守=1.22D式中，K為照明光波的波長，D為望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑，角度中的單位是弧度即兩個(gè)物體如果對望遠(yuǎn)鏡的張角小于中（理論）值。則

25、望遠(yuǎn)鏡將無法分辨它們是兩個(gè)物體（兩個(gè)物體重疊成一個(gè)像）。4.實(shí)驗(yàn)器材1）標(biāo)尺；2）干板架；3）磁力表座；4）物鏡（40.0f150.0;40.0f200.0）;5）一維調(diào)節(jié)滑塊；6）一維調(diào)節(jié)滑塊；7）目鏡（20.0f30.0;20.0f-40.0）;8）導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等5 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）按照圖3-3組裝成開普勒望遠(yuǎn)鏡（物鏡選擇f150,目鏡選擇f30）,調(diào)整光學(xué)元件同軸等高；圖3-3望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)裝配示意圖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望遠(yuǎn)鏡的目鏡看標(biāo)尺的像，并對準(zhǔn)標(biāo)尺上兩個(gè)紅色標(biāo)記問的區(qū)間，長度為L。經(jīng)適應(yīng)性練習(xí)，獲得被望遠(yuǎn)鏡

26、放大的和直觀的標(biāo)尺的疊加像；3）測出紅色標(biāo)記內(nèi)標(biāo)尺的長度L',多次重復(fù)測量，則其視覺放大率為L=-L，4）測量出望遠(yuǎn)鏡的鏡筒長度l和物距l(xiāng)i,按照公式（3-3）計(jì)算其放大率，并與實(shí)驗(yàn)觀察出來的放大率進(jìn)行比較；5）替換物鏡（f200）和目鏡（f-40）,搭建伽利略望遠(yuǎn)鏡，重復(fù)（2）（3）（4）步；6）由波長和物鏡孔徑，理論計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角中6 .思考題1）望遠(yuǎn)鏡的放大率與哪些因素有關(guān)？2）評價(jià)天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)常提起物鏡口徑有多大，而不提它有多大倍數(shù)，為什么?實(shí)驗(yàn)四顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測1 .引言顯微鏡主要是用來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，測量相關(guān)參數(shù)。2 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）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)測定顯微鏡放大倍數(shù)的方法；3）測量顯微鏡的分辨本領(lǐng)。3 .實(shí)驗(yàn)