2012級光學設(shè)計題DOC

1、2012級光學設(shè)計性實驗題目設(shè)計性選題說明光學實驗最后一部分是設(shè)計性實驗。以下就題目的選擇、實驗的進行說明如下：1、 從下列題目中每個學生任選一個實驗題目，每題人數(shù)給定。6月6日（周五）下午1：30至4：00提交實驗方案，經(jīng)指導教師審閱批準后開始進行實驗，沒有提交實驗方案或?qū)嶒灧桨覆缓细竦膶W生不允許進行設(shè)計性實驗。戴瑞：光學一室； 陸子鳳：光學二室 ； 李金環(huán)：光學三室； 張瑛：光學準備室。2、 實驗分成四個組，1組周一（6月9號）、2組周二（6月10號）、3組周三（6月11號）、4組周五（6月13號）。下午12:30-17:30；3、 制定方案時，要發(fā)揮獨創(chuàng)精神，根據(jù)題目要求選擇適當?shù)膶嶒灧?/p>

2、法、儀器（精度、型號）、安排適當?shù)膶嶒灢襟E及注意事項。方案必須認真手寫到實驗報告上，不得抄襲；4、 進行實驗時，要注意分析實驗數(shù)據(jù)，并與預期結(jié)果進行比較，分析實驗中的問題，適當?shù)馗倪M實驗方案，使實驗獲得比較理想的結(jié)果；5、 實驗誤差分析結(jié)果的評價以及對實驗的進一步的探討，是設(shè)計性實驗的重要內(nèi)容；6、 實驗后寫出完整的實驗報告；7、 計性實驗的心得體會要實事求是的寫，要有重點并具體的議論一、二個問題，防止空談，特別希望提出具體的改進意見和對教師的期望。8、 實驗前提出需要儀器及材料的詳細計劃，實驗室提供現(xiàn)有的儀器設(shè)備供同學選用，如有特殊儀器使用要求，需要提前向老師說明。注意愛護和保管好儀器，如有

3、損壞或丟失要及時報告老師處理；9、 設(shè)計性實驗主要參考書：光學教程姚啟鈞著；普通物理實驗（光學）楊述武；9、 實驗題目J1J10由李金環(huán)老師指導，L1L7由陸子鳳老師指導，Z1Z8由張瑛老師指導；D1D2由戴瑞老師指導。10、時間要求：請選好題目，每人1題，并于5月28（周三）日下午由各班負責人將選題名單上交給張瑛老師。10J李金環(huán)老師的設(shè)計實驗題目（J實驗一 to J實驗八）（13人）J實驗一 光盤性質(zhì)研究（1人）目的：（一） 了解光盤CD，VCD，DVD的構(gòu)成及光學性質(zhì)；（二） 學會解釋出現(xiàn)的光學現(xiàn)象；要求：（一） 設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖；（二） 使用多種方法進行

4、測量；（三） 光盤的刻線走向及刻線密度。提示：（一） 利用光的衍射特性；問題：（一）將研究的結(jié)果進行比較。J實驗二 光譜分析及柯西色散公式研究（1人）目的：（一） 研究光譜分析的基本方法；（二） 進一步研究棱鏡色散曲線；（三） 研究正常色散曲線柯西公式。要求：（一） 設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖；（二） 分析不同玻璃棱鏡的色散曲線，確定實驗室使用棱鏡的制作材料；（三） 用計算機進行數(shù)據(jù)及圖形處理；提示：（一） 可利用最小偏向角；（二） 選擇不同光源進行比較分析。J實驗三 空間濾波對光柵性質(zhì)的探討（2人）目的：（一） 掌握制作光柵的方法；（二） 探討光柵不同頻率衍射光的性質(zhì)；

5、（三） 了解空間濾波的原理。要求：（一） 自己設(shè)計實驗方案，畫出光路圖；（二） 推導出雙光束干涉的公式；（三） 推導出正弦光柵的衍射方程；（四） 討論光強對條紋對比度的影響。提示：（一） 利用干涉和衍射；（二） 空間濾波。問題：（一） 怎樣得到對比度好的條紋？J實驗四 定域與非定域干涉的研究（1人）目的：（一） 進一步了解干涉的原理；（二） 定域干涉與非定域干涉的形成；（三） 掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用。要求：（一） 設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖。提示：（一） 光的干涉；問題：（一） 什么是定域干涉，非定域干涉，兩者的本質(zhì)區(qū)別；（二） 用非定域干涉測量光源的波長。J實驗

6、五 光源相干長度的測量（1人）目的：（一）進一步了解相干長度的概念；（二）研究不同光源相干性；（三）掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用。要求：（一） 設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖。（二） 測量不同光源的相干長度（白光，鈉燈，汞燈中的某個波長）提示：（一） 光的干涉；（二） 定域干涉或者非定域干涉均可。問題：（一） 什么是相干長度；（二） 不同光源的相干長度。J實驗六 光學系統(tǒng)像差研究（2人）目的：（一） 進一步了解像差理論，對各種像差作定量和定性的研究；要求：（一） 設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖；（二） 測量出球差，像散；（三） 觀察場曲和畸變；（四） 測量

7、色差；（五） 畫出觀察到的像差圖形。提示：（一） 可以用朗契光柵考察各種像差。問題：（一） 分析各種像差的來源及解決辦法。J實驗七 不同方法測量鈉雙線的波長間隔（1人）目的：（一）測鈉燈光源中雙線的波長間隔；（二）深入理解干涉原理要求：（一）熟練調(diào)節(jié)和使用邁克爾遜干涉儀（二）熟練調(diào)節(jié)和使用法布里-珀羅干涉儀問題：（一）如何迅速正確地在邁克爾遜干涉儀上調(diào)出白光的干涉條紋？（二）如何確定兩束光等光程？J實驗八 用光學掃描法測量金屬桿直徑（1人）目的：（一） 用不同的方法測量金屬桿的直徑；（二） 用激光掃描測量金屬桿直徑要求：（一）幾何陰影是如何確定的；（一） 試分析光線經(jīng)過金屬桿表面是怎樣傳播的。

8、（二） 如何得到測量金屬桿較好的實驗效果？提示：單邊衍射原理J實驗九 莫爾條紋原理及應用 (1人)目的：（一）了解莫爾條紋的原理；（二）了解莫爾條紋的應用及光柵傳感器的原理；（三）用莫爾條紋測量微小偏角要求：設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖。J實驗十 生活中的偏振光及檢測 (1人)目的：（一）掌握光的偏振原理；（二）檢測生活中的偏振光；（三）了解偏振光的應用。要求：設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖。J實驗十一 雙光柵衍射成像研究 (1人)目的：（一）掌握光柵的衍射原理；（二）應用光柵衍射成像要求：設(shè)計實驗方案，推導出實驗的原理和公式，畫出光路圖。L陸子鳳老師的設(shè)

9、計實驗題目（L實驗一to L實驗七）（12人）L實驗一 ：自組望遠鏡和顯微鏡（2人）目的：（一）了解望遠鏡和顯微鏡的基本原理與結(jié)構(gòu)；（二）學習組裝望遠鏡和顯微鏡，掌握他們的使用方法；（三）了解助視儀器的視角放大率和測量方法；要求：（一）根據(jù)望遠鏡（顯微鏡）的基本原理與結(jié)構(gòu)，確定光學元件的具體參數(shù)（如焦距大?。?；（二）設(shè)計方案，搭建一個望遠鏡（顯微鏡）實驗光路，繪出其光路圖（三）組裝不同視角放大率的顯微鏡，并利用比較法，以微小物體例如（微尺）為物，驗證顯微鏡的放大率；分別用比較法和工時法測量組裝望遠鏡的視角放大率提示：望遠鏡是物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦點重合的光學系統(tǒng)。詳見光學教程姚啟鈞，高教

10、出版社。組裝顯微鏡前，一定想好顯微鏡的放大率如何確定計算，通過放大率的計算確定筒長。L實驗二：用邁克爾遜干涉儀測白光光源的相干長度和薄玻璃片的折射率（2人）目的：（一）利用邁克爾遜干涉儀測白光光源的相干長度和薄玻璃片的折射率（二）深入理解等傾和等厚干涉原理要求：（一）熟練調(diào)節(jié)和使用邁克爾遜干涉儀（二）掌握測定玻璃折射率的原理和方法問題：（一）如何迅速正確地在邁克爾遜干涉儀上調(diào)出白光的干涉條紋？（二）如何確定兩束光等光程？L實驗三： 偏振光特性的研究（時間剩余要求自制色偏振儀）（1人）目的：（一）學習用光電轉(zhuǎn)換的方法測定相對光強, 驗證馬呂斯定律。（二）研究1/4波片的光學特性（三）研究半導體激

11、光器的偏振特性（測出其偏振度）（四）研究物質(zhì)的旋光特性（五）觀察石英晶體的旋光特性和測量旋光度（六）觀察旋光色散，并解釋現(xiàn)象要求：（一）掌握各種偏振光的特性。（二）學會辨別各種偏振光。（三）了解偏振光干涉和雙折射現(xiàn)象。提示：用偏振光干涉原理解釋雙折射現(xiàn)象。用白光做光源，在兩個正交偏振片之間插入一塊雙折射物質(zhì)，從檢偏器一端迎光看去，可以看到偏振光干涉產(chǎn)生的顏色，用觀察到的現(xiàn)象來解釋雙折射現(xiàn)象。問題：（一）什么是互補色？（二）用偏振光理論來解釋實驗中的互補色現(xiàn)象。L實驗四 編碼片的攝制及空間慮波實驗研究（2人）目的：（一） 學會用干涉原理制作調(diào)制光柵圖片。（二） 了解空間慮波，空間頻譜等基本概念，

12、基本知識。要求：（一） 設(shè)計實驗方案，擬定實驗方法和步驟，攝制正交光柵及調(diào)制光柵圖片。（二） 設(shè)計空間濾波實驗裝置，畫出光路圖，調(diào)節(jié)光路，觀察調(diào)制光柵圖片以過濾波后所成象的變化情況并加以解釋。提示：掌握光學傅立葉變換，用阿貝二次成像原理解釋試驗中遇到的現(xiàn)象。了解各種濾波器對圖像質(zhì)量的影響問題：（一）在調(diào)制中物面上沒有光柵的地方原來都是透明的但像面上相應部位卻是暗黑的，為什么（二）鈉光或白光進行阿貝實驗有何困難，實驗光路應怎樣變動L實驗五：雙棱鏡干涉的深入研究（2人）目的：（一）進一步掌握雙棱鏡的干涉原理及調(diào)節(jié)方法；（二）測定兩虛光源之間的距離與狹縫-雙棱鏡間距之間的關(guān)系。要求：（一）實驗測量雙

13、棱鏡的楔角，并比較角度不同干涉現(xiàn)象的差異；（二）用多種方法測量兩虛光源之間的距離，并比較優(yōu)缺點；（三）測定兩虛光源之間的距離與狹縫-雙棱鏡間距之間的關(guān)系曲線；（四）利用雙棱鏡干涉觀察He-Ne激光的干涉條紋，并測量氦氖光的波長；提示：如何調(diào)節(jié)氦氖光的干涉條紋，以及如何測量其波長，請自性參考物理實驗2007年，27卷，第7期34-35頁！L實驗六：一步彩虹全息（2人）目的：（一）了解白光再現(xiàn)全息照相的基本原理，學習拍攝一步彩虹全息圖和觀察再現(xiàn)圖像的方法（二）了解一步彩虹全息圖與普通全息圖有何區(qū)別和聯(lián)系要求：（1）一步彩虹全息圖的記錄和再現(xiàn)景象的基本原理。 （2）拍攝全息圖的技術(shù)要求和有關(guān)注意事項

14、。（3）了解并掌握一步彩虹全息的實驗光路圖。（4）掌握像面全息和一步彩虹全息實驗光路以及再現(xiàn)像的區(qū)別和聯(lián)系。提示： 拍攝一步彩虹全息圖，物置于透鏡物方焦距（）以外。在屏上出現(xiàn)適當大小的清晰物像之后，再把干版架向前（或向后）挪動。緊靠透鏡置一約寬的縫光欄，調(diào)節(jié)物光和參考光強度適當后即可拍攝，或在教師指導下，拍攝一張像平面全息圖。 L實驗七：自制旋光儀測定糖溶液的濃度 （時間剩余要求自制色偏振儀）（1人） 目的： 1觀察線偏振光通過旋光物質(zhì)所發(fā)生的旋光現(xiàn)象2了解右旋體、左旋體旋光物質(zhì)3掌握用旋光儀測定溶液或液體物質(zhì)的旋光度的方法要求；1配置一定濃度的糖溶液（最好理論計算出該溶液的濃度，以

15、和測量值比較）2組裝旋光儀和測定旋光率（1）樣品管的充填（2）儀器零點的校正和半暗位置的識別（3）樣品旋光度的測定 3注意事項 （1）溶液注滿試管，兩端不能有氣泡。 （2）試管兩端均應擦干凈方可放入旋光儀。 （3）在測量中應維持溶液溫度不變。 （4）試管中溶液不應有沉淀，否則應更換溶液。 Z張瑛老師的設(shè)計實驗題目 （Z實驗一to Z實驗八）（13人）Z實驗一 光柵特性的研究（2人）目的：（一） 熟悉分光計的構(gòu)造和調(diào)節(jié)原理（二） 深入研究光柵的光學特性要求：（一） 推導出最小偏向角位置上的光柵方程（二） 在平行光斜入射的條件下，測量光柵常數(shù)和未知光波波長。（三） 測出左右兩側(cè)光譜的非對稱分布規(guī)律

16、。（四） 利用光柵測量普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)。提示： 利用汞光源和最小偏向角位置上的光柵方程求光柵常數(shù)和未知光波的波長。利用氫光源測量普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)。Z實驗二 液體折射率測量方法的比較研究（2人）目的：（一） 研究用多種方法測量液體的折射率（二） 分析各種方法的適應范圍。要求：（一） 設(shè)計三種測量液體折射率的方法（二） 實測三種液體的折射率（三） 分析各種方法的特點及誤差提示： 設(shè)計三種在實驗室現(xiàn)有條件下可完成的測量液體折射率的方案，不包括基礎(chǔ)實驗中已用過的方法和中學實驗中過于簡單的方法。Z實驗三 用 FP干涉儀測量激光的波長（1人）目的：（一）熟悉 FP干涉儀的原理及調(diào)節(jié)方法（二）測

17、量激光的光波波長要求：（一） 調(diào)出標準的等傾干涉花樣（二） 用普通方法測量未知光波的波長（三） 在厚度不變的條件下，測量激光的光波波長提示： 在汞光源前放上濾光片，先調(diào)出綠光條件下標準的等傾干涉花樣，測出第k級及第k-3圓環(huán)的直徑。然后換上激光光源，保持膜厚度不變，用同樣的方法測出第k級及第k-3圓環(huán)的直徑，代入公式即可出激光波長。Z實驗四 反射式白光再現(xiàn)全息照相（1人）目的：（一） 進一步理解白光再現(xiàn)全息照相的原理（二） 熟悉白光再現(xiàn)全息照相光路要求：（一） 設(shè)計兩種拍攝白光再現(xiàn)全息照相的光路。（二） 利用兩種光路分別拍攝兩張反射式全息圖。（三） 與普通全息照相比較有何異同點；提示： 在各種

18、實驗講義中查閱原理部分，設(shè)計兩種拍攝反射式白光再現(xiàn)全息的光路，在實驗中分別用兩種光路拍攝反射式白光再現(xiàn)全息圖。Z實驗五：用法布里干涉儀測量鈉雙線的波長差及膜厚度（1人）目的：（一）掌握法布里珀羅干涉儀的調(diào)節(jié)方法（二）通過法布里珀羅干涉儀測定鈉黃雙線的波長差（三）膜厚d的測量。要求：（一）設(shè)計方案，寫出測量原理和測量公式，擬定實驗步驟，測定鈉黃雙線的波長差；（二）測定膜厚d；（三）比較邁克爾遜干涉儀與法布里珀羅干涉儀的實驗現(xiàn)象的區(qū)別。提示：鈉光源是由兩種波長的光組成，它的波長值是平均波長值。由于法布里的分辨率非常高，能夠把這兩種波長的光所形成的干涉花樣分開，我們利用這一現(xiàn)象來求兩光之間的波長差。

19、Z實驗六 全息波帶片的制作（2人）目的：（一） 掌握制作全息波帶片的原理。（二） 學會制作全息波帶片的方法。（三） 觀察全息波帶片的成像特點。要求：（一） 設(shè)計兩種制作全息波帶片的光路。（二） 攝制不同焦距的全息波帶片。（三） 觀察全息波帶片具有的透鏡成像規(guī)律。（四） 討論全息波帶片的成像和玻璃透鏡成像相比的優(yōu)缺點。提示：以全息照相原理為基礎(chǔ)，自行設(shè)計兩種拍攝全息波帶片的光路。用兩種光路拍攝出不同焦距的全息波帶片，并用不同的方法測量其焦距。Z實驗七 用干涉法測量金屬絲的線脹系數(shù)（2人）目的：（一）掌握用干涉法測量線脹系數(shù)的原理。（二）學會用光學的方法測量金屬絲的線脹系數(shù)。要求：（一）推導出測量金屬絲線脹系數(shù)的公式。（二）研究出具體的切實可行的測量方案。（三）制定出