工程光學(xué)實驗報告

1、工程光學(xué)實驗報告最小偏向角法測棱鏡折射率1.    測量原理 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： 在不同波長的單色光照明下，在分光儀上測得A和 ，即可利用上式求得不同波長的玻璃折射率 。 2.    實驗儀器設(shè)備 分光儀：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理進(jìn)行角度測量的儀器。它主要由下列幾個部分組成：自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，平行光管，載物臺，度盤和游標(biāo)盤。望遠(yuǎn)鏡通過支臂與度盤固定在一起，組成儀器的照準(zhǔn)部。它與游標(biāo)盤和棱鏡臺可分別繞度盤的垂直軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過的角度由游標(biāo)盤和度盤讀出（游標(biāo)精度為1，度盤每格值

2、為30），每次讀數(shù)要在對徑方向上二個游標(biāo)上讀數(shù)，然后取其平均值，這樣可消除度盤的偏心誤差，且要在度盤的三個不同位置上讀數(shù)，以消除度盤的刻度誤差，軸的晃動誤差等，儀器上各運動部分備有鎖緊、微動和調(diào)整裝置的螺釘。 光源： a.    用鈉光燈作照明光源測量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.    實驗步驟 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)鏡物鏡對無窮遠(yuǎn)調(diào)

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

4、重復(fù)上述步驟校正偏差，通過反復(fù)進(jìn)行，逐次趨近，直到平行平板無論哪一個面正對望遠(yuǎn)鏡，十字線和反射回來的像都對稱為止，這說明望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)軸與度盤旋轉(zhuǎn)軸已垂直，以后的工作過程中，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，使被測棱鏡的折射棱與度盤轉(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稱，為了便于調(diào)整應(yīng)把棱鏡置于與螺釘對稱的位置。 第二步：棱鏡頂角的測量 棱鏡放在承物臺上，用自準(zhǔn)直法分別使棱鏡的兩個折射面與自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直，兩次度盤讀數(shù)之差值，即為棱鏡頂角的互補角值，即 第三步：最小偏向角 的測量 關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡光源，打開鈉光燈光源，用望遠(yuǎn)鏡測定經(jīng)棱鏡折射的狹縫像，當(dāng)棱鏡隨著棱鏡臺轉(zhuǎn)動（游標(biāo)盤與棱鏡臺用螺釘6固定在一起轉(zhuǎn)動）時，

6、在望遠(yuǎn)鏡視場的狹縫像相對十字線移動，因望遠(yuǎn)鏡視場有限，為了能始終看到狹縫像，每當(dāng)狹縫像移動到視場邊緣時，望遠(yuǎn)鏡也作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。當(dāng)棱鏡發(fā)一定方向轉(zhuǎn)過一定角度時，會出現(xiàn)一個新的現(xiàn)象，即原來沿一定方向移動的狹縫像此時突然停止，若再轉(zhuǎn)動棱鏡臺則狹縫像沿與原方向相反的方向移動。在狹縫像突然停止時刻的棱鏡位置，即為光束經(jīng)棱鏡后最小偏向折射的位置，此時從度盤上用游標(biāo)讀取讀數(shù)B1。轉(zhuǎn)動承物臺棱鏡，以頂角A的另一面對向平行平板，用相同方法測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 這樣就提高了測量精度。 平面系統(tǒng)成像特性1.    實驗裝置 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，在度盤孔內(nèi)插下各種光學(xué)零件后，就可以做各種光學(xué)實驗。 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6，它可以轉(zhuǎn)動，中間有一只圓孔，用來插放各種光學(xué)零件或組件。   2.    實驗原理 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，并把被測棱鏡置于右側(cè)的夾持器上，對著出射光線的方向能觀察到各種棱鏡的轉(zhuǎn)像情況。 3.    實驗步驟 接上220V電源，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)開關(guān)到第一檔，在正常情況下，激光管發(fā)射出紅色激光束，若由于電壓過低，激光管不能啟輝，可轉(zhuǎn)動開關(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，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，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、會聚光束或發(fā)散光束。在調(diào)整時，應(yīng)先擰松固緊鏍釘，然后轉(zhuǎn)動分光鏡到需要位置，然后再擰緊固緊螺釘。整個分束器座可繞兩頂尖螺釘子的軸線轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)分光鏡和演示屏之間的傾角，從而可調(diào)節(jié)演示屏上光線的長度和亮度。調(diào)節(jié)時，只需轉(zhuǎn)動分束器座上的調(diào)節(jié)螺釘即可，整個分束器座可

10、沿演示屏上的槽作上下移動以適應(yīng)各種需要。轉(zhuǎn)動分束器的上、下兩只頂尖螺釘上的鎖緊螺母松開、退出，然后轉(zhuǎn)動上下兩只頂尖螺釘，一只退，一只進(jìn)，注意不要將螺釘頂?shù)眠^緊，以免損壞零件。 分別把各光學(xué)組件插入度盤中間的圓孔，組件可相對于度盤轉(zhuǎn)動，以固定在適當(dāng)位置。度盤可連同光學(xué)組件一起轉(zhuǎn)動。實驗 物鏡焦距、截距的測定一、實驗?zāi)康?#160;   掌握用定焦距平行光管法測量光學(xué)系統(tǒng)焦距、截距的方法二、實驗內(nèi)容    掌握測量方法，做好測量前的準(zhǔn)備工作，測量給定的照相物鏡、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、實驗原理  

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

12、#160;     圖11    其中O是平行光管物鏡，L是被測透鏡，y0是位于平行光管物鏡焦平面上的一對刻線的間隔距離。y0經(jīng)過平行光管物鏡后成像在無限遠(yuǎn)處，再經(jīng)過被測透鏡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測量像y的大小，然后計算出被測透鏡的焦距。從圖11看出下面兩個關(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刻線的間隔距離，它的大小也是事先已知的。Y是這對刻線y0經(jīng)過被測透鏡后所成的像，如果能測量出此像y的大小，那么就很容易用公式（11）計算出被測透鏡的焦距f 。    利用本公式及方法，可以測量正負(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)注意要正確選擇測量顯微鏡的物鏡，使之與被測光學(xué)系統(tǒng)相匹配。如

15、測負(fù)焦距系統(tǒng)使要選擇長工作距的顯微物鏡。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： 測量顯微鏡放大倍數(shù)

19、60;四、實驗設(shè)備    焦距儀、待測物鏡（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.測微目鏡測量焦距用的焦距儀如圖12所示，它包括一個平行光管、一個透鏡夾持器

20、、一個帶有目鏡的讀數(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（997.47mm平行光管上玻璃板的間隔為5、10、20mm）。2  帶測微目鏡的讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡是用來測量待測物鏡所成像高y的，它由物鏡和測微物鏡組成，物鏡放大倍率可以更換，一般有0.5、1、2.5和5倍等。測

21、微目鏡的結(jié)構(gòu)如圖14所示，是由目鏡、固定分劃板、活動分劃板和螺旋測微讀數(shù)裝置四部分組成。測微絲杠轉(zhuǎn)一圈，活動分劃板上刻線移動量為固定分劃板刻線的一格。通常測微螺旋的螺距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。活動分劃板上刻有瞄準(zhǔn)用的雙刻線和叉絲線。測量時由測微絲杠推動活動分劃板，使雙刻線和叉絲線對準(zhǔn)所選的起始刻線，從固定分劃板上讀毫米數(shù)，再從讀數(shù)鼓輪上讀取微小讀數(shù)，然后將雙刻線和叉絲線對準(zhǔn)最終刻線，依法讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為起始到終點的刻線距離。      

22、60;                                              圖14                  1.目鏡