光學基礎實驗實驗報告

1、基礎光學實驗一、實驗儀器從基礎光學軌道系統(tǒng)，紅光激光器及光圈支架，光傳感器與轉動傳感器，科學工作室500或750接口，datastudio軟件系統(tǒng)二、實驗簡介利用傳感器掃描激光衍射斑點，可標度各個衍射單縫之間光強與距離變化的具體規(guī)律。同樣可采集干涉雙縫或多縫的光強分布規(guī)律。與理論值相對比，并比較干涉和衍射模式的異同。理論基礎衍射：當光通過單縫后發(fā)生衍射，光強極小(暗點)的衍射圖案由下式給出asin9=m'入(m'=1,2,3,.)(1)其中a是狹縫寬度，e為衍射角度，入是光的波長。下圖所以為激光實際衍射圖案，光強與位置關系可由計算機采集得到。衍射9角是指從單縫中心到第一級小，則

2、數(shù)。m'為衍射分布級雙縫干涉：當光通過兩個狹縫發(fā)生干涉，從中央最大值(亮點)到單側某極大的角度由下式給出：dsin9=m入(m=l,2,3,.)(2)其中d是狹縫間距，9為從中心到第m級最大的夾角，入是光的波長，m為級數(shù)(0為中心最高，1為第一級的最大，2為第二級的最大從中心向外計數(shù))。如下圖所示，為雙縫干涉的各級光強包絡與狹縫的具體關系。三、實驗預備1. 將單縫盤安裝到光圈支架上，單縫盤可在光圈支架上旋轉，將光圈支架的螺絲擰緊，使單縫盤在使用過程中不能轉動。要選擇所需的狹縫，秩序旋轉光柵片中所需的狹縫到單縫盤中心即可。2、將采集數(shù)據(jù)的光傳感器與轉動傳感器安裝在光學軌道的另一側，并調整

3、方向。3、將激光器只對準狹縫，主義光柵盤側靠近激光器大約幾厘米的距離，打開激光器(切勿直視激光)。調整光柵盤與激光器。4、自左向右和向上向下的調節(jié)激光束的位置，直至光束的中心通過狹縫，一旦這個位置確定，請勿在實驗過程中調整激光束。5、初始光傳感器增益開關為X10,根據(jù)光強適時調整。并根據(jù)右圖正確講轉動傳感器及光傳感器接入科學工作室500.6、打開datastudio軟件，并設置文件名。四、實驗內(nèi)容a、單縫衍射1、旋轉單縫光柵，使激光光束通過設置為0.16毫米的單縫。2、采集數(shù)據(jù)前，將光傳感器移動衍射光斑的一側，使傳感器采集狹縫到需要掃描的起點。3、在計算機上啟動傳感器，然后慢慢允許推動旋轉運動

4、傳感器掃描衍射斑點，完成掃描后點擊停止傳感器。若果光強過低或者過高，改變光傳感器(1X,10X,100X)。4、使用式(1)確定狹縫寬度：(a)測量中央主級大到每一側上的第一個極小值之間的距離s。(b)激光波長使用激光器上的參數(shù)。(c)測量單縫光柵到光傳感器的前部之間的距離1。(d)利用以上數(shù)據(jù)計算至少兩個不同的最小值和平均的答案。分析計算結果與標準縫寬之間的誤差以及主要來源。b、雙峰衍射1、將單縫光柵轉為多縫光柵。選擇狹縫間距為0.25mm(d)和狹縫官渡0.04mm(a)的多縫。2、采集數(shù)據(jù)前，將光傳感器移動衍射光板的一側，是傳感器采集狹縫到需要掃描的起點。3、在計算機上啟動傳感器，然后慢

5、慢允許推動旋轉運動傳感器掃描衍射斑點。完成掃描后點擊停止傳感器。如光強過低或者過高，改變光傳感器(1X,10X,100X)O4、利用datastudio軟件來測量主極大到一側第一、二、三次極大的距離，并測量整個包絡寬度。5、測量最大的中心之間的距離和第二次和第三次的最大側。測量距離從中央最高最低衍射(干擾)模式。6、使用式(2)確定縫間距：(a)測量中央主級大到每一側上的第n個極大值之間的距離hn(n=l,2,3)。(b)測量單縫光柵到光傳感器的前部之間的距離l。(c)確定”d”值，使用第一，第二和第三的最大值，求”d”平均值。分析實驗值與標準縫間距的誤差。7、確定狹縫寬度，使用式(1)根據(jù)主

6、級包絡到第一級包絡的距離，計算雙縫縫寬，并與標準值對比。8、選擇兩組其他雙縫，重復上述步驟。五、實驗數(shù)據(jù)與處理單縫衍射：sl=0.0042m；sr=0.0040m；l=101.50cm;僅當入=650nm;由式(1)算得ar=1.649X10m；al=1.572X10m；a=1.611X10m計算誤差5r=(1.649-1.600)/1.600=3.06%51=(1.600-1.572)/1.600=1.75%-4-4-45=(1.611-1.600)/1.600=0.69%實驗誤差主要來源于：圖像的取值讀數(shù)的誤差，移動傳感器速度的不穩(wěn)定的影響，以及系統(tǒng)篇二：光學基礎實驗報告光學基礎實驗報告實

7、驗1：自組望遠鏡和顯微鏡一、實驗目的1. 了解透鏡成像規(guī)律，掌握望遠鏡系統(tǒng)的成像原理。2. 根據(jù)幾何光學原理、透鏡成像規(guī)律和試驗參數(shù)要求，設計望遠鏡的光路，提出光學元件的選用方案，并通過光路調整，達到望遠鏡的實驗要求，從而掌握望遠鏡技術。二、實驗原理1. 望遠鏡的結構和成像原理望遠鏡由物鏡11和目鏡12組成。目鏡將無窮遠物體發(fā)出光會聚于像方焦平面成一倒立實像，實像同時位于目鏡的物方焦平面內(nèi)側，經(jīng)過目鏡放大實像。通過調節(jié)物鏡和目鏡相對位置，使中間實像落在目鏡目鏡物方焦面上。另在目鏡物焦方面附有叉絲或標尺分化格。物像位置要求：首先調節(jié)目鏡至能清晰看到叉絲，后調整目鏡筒與物鏡間距離即對被觀察物調焦。

8、望遠鏡成像視角放大率要求：定義視角放大率m為眼睛通過儀器觀察物像對人眼張角s'的tan?正切與眼睛直接觀察物體時物體對眼睛的張角s的正切之比m=tan?。要求m>1。2. 望遠鏡主要有兩種情況：一種是具有正光焦度目鏡，即目鏡12是會聚透鏡的系統(tǒng)，稱為開普勒望遠鏡；另一種是具有負光焦度目鏡，即目鏡12是發(fā)散透鏡的系統(tǒng)，稱為伽利略望遠鏡。f1tan?對于開普勒望遠鏡，有m=tan?=-f2公式中的負號表示開普勒望遠鏡成倒像。若要使m的絕對值大于1,應有fl>f2。對于伽利略望遠鏡，視角放大率為正值，成正像。d此外，由于光的衍射效應，制造望遠鏡時，還必須滿足：m=

9、d式中d為物鏡的孔徑，d為目鏡的孔徑，否則視角雖放大，但不能分辨物體的細節(jié)。三、思考題1. 根據(jù)透鏡成像規(guī)律，怎樣用最簡單方法區(qū)別凹透鏡和凸透鏡？答：（1）將這個透鏡靠近被觀察物，如果物的像被放大的，說明該透鏡為凸透鏡；（2）將這個透鏡放在陽光下或燈光下適當移動，如果出現(xiàn)小光斑的，說明該透鏡為凸透鏡2. 望遠鏡和顯微鏡有哪些相同之處？從用途、結構、視角放大率以及調焦等幾個方面比較它們的相異之處。答：望遠鏡與顯微鏡都是視角放大儀器,都由物鏡,目鏡組成。望遠鏡用于觀察遠處物體,用大口徑,長焦距的透鏡做物鏡,調焦時調節(jié)物鏡與目鏡的距離；顯微鏡用于觀察細微物體,用短焦距的透鏡做物鏡,鏡筒長度固定,調焦

10、時調節(jié)物鏡與物體之間的距離。3. 試說明伽利略望遠鏡成像原理，并畫出光路圖。伽利略望遠鏡成像原理：光線經(jīng)過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方（靠近人目的后方）焦點上，這像對目鏡是一個虛像，因此經(jīng)它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點是鏡筒短而能成正像。4. 望遠鏡實驗中，將3米遠的標尺看作無窮遠的物體，從而計算望遠鏡的實驗放大率，這種估算方法引起的誤差有多大？如果需要對該放大率進行修正，應如何做？標尺放在有限距離s遠處時，望遠鏡放大率可做如下修正：當s>100時，修正量題中s=3m實驗2薄透鏡焦距測定一、實驗原理1、凸透鏡焦距的測定（1）粗略估計

11、法：以太陽光或較遠的燈光為光源，用凸透鏡將其發(fā)出的光線聚成一光點（或像），此時，s?，s?f，即該點（或像）可認為是焦點，而光點到透鏡中心的距離，即為凸透鏡的焦距，由于這種方法誤差很大，大都用在實驗前作粗略估計。（2）利用物距像距法求焦距：當透鏡的厚度遠比其焦距小的多時，這種透鏡稱ff?1為薄透鏡。在近軸光線的條件下，薄透鏡成像的規(guī)律可表示為：ssf?f?sss?s當將薄透鏡置于空氣中時，則焦距（3）自準直法：如圖2.2所示，在待測透鏡l的一側放置被光源照明的物屏，在另一側放一平面反射鏡，移動透鏡（或物屏），當物屏正好位于凸透鏡之前的焦平面時，物屏上任一點發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后，將變?yōu)槠叫泄饩€

12、，然后被平面反射鏡反射回來。再經(jīng)透鏡折射后，仍會聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一個與原物大小相等方向相反的倒立實像。此時物屏到透鏡之間的距離就是待測透鏡的焦距，即f?s(4) 共軛法：；取物屏像屏之間的距離大于4倍焦距，且保持不變，沿光軸方向移動透鏡，則必能在像屏上觀察到二次成像。如圖2.3所示，設物距為s1時，得放大的倒立實像；物距為s2時，得縮小的倒立實像，透鏡兩次成像之間的相移為d,根據(jù)透鏡成像公式，將？12?(d?d)/212(dd)/2d2?d2f?4d代入得可見，只要在光具座上確定物屏、像屏以及透鏡二次成像時其滑座邊緣所在位置，就可比較準確的求出焦距。2.凹透鏡焦距的測定(

13、1) 視差法：在物和凹透鏡之間置一有刻痕的透明玻璃片，當透明玻璃片上的刻痕和虛像無視差時，透明玻璃片的位置就是虛像的位置。(2) 輔助透鏡成像法：如圖2.6所示，先使物發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡ll后形成一大小適中的實像ab,然后在ll和ab之間放入待測凹透鏡l2,就能使虛物ab產(chǎn)生實像ab。分別測出l2到ab和ab之間的距離s1、s2,即可求出l2的像方焦距f2。二、數(shù)據(jù)處理%f?l9.08+/-0.04?ef?0.2%表2.2自準法物屏位置x。=485單位：cm%f?19.9+/-0.3?ef?l.5%表2.3共軛法物屏位置x。=10cm像屏位置x3=95d?x3?xl?85cmcmef?%f=l

14、9.78+/-0.050.25%2、測量凹透鏡焦距cmf?7.53+/-0.0l4?ef?%l.86%cm表格5輔助透鏡成像法ab位置x0?635cm?f?l9.6l+/-0.24ef=l.24%三、思考題1、如會聚透鏡的焦距大于光具座的長度，試設計一個實驗，在光具座上能測定它的焦距。用平行光射入透鏡，在光具座面上放一鏡子，反射透鏡過來的光，然后用一小屏幕去看光匯聚的最小光點，然后測出座面距小屏幕的距離，加上光具座的距離便是焦距；也可用一束很細的激光垂直于透鏡的面射入，并量出與透鏡的中心軸距離，以及通過透鏡后光落在座面上與透鏡中心軸的距離，通過幾何的方式算出焦距。使用一個焦距小的透鏡在此透鏡前

15、方，以此來減小焦距，是光點落在光屏上通過測量待測透鏡與已知焦距的距離即可得答案使用平面鏡反射也可2、用共軛法測凸透鏡焦距時，為什么必須使d?4f?試證明之。由物像共軛對稱性質的到透鏡焦距f=(d'2-d'2)/(4d)。其中，d是兩次得到清晰的物像所在位置之間的距離，所以d是大于零的，如果d是小于或等于4f的話，那上式的到的f是負值或零。因為1/u+1/v=1/fu>Ov>0l=u+v=uv/f篇三：光學基礎實驗實驗報告(i)劉云鵬912104520140實驗1光的直線傳播規(guī)律報告人劉云鵬同組實驗者無時間未知實驗目的：1.驗證光的直線傳播規(guī)律2. 了

16、解照相機的基本原理一、實驗儀器制作過程及成品描述（詳細）1.用紙卷兩個略有大小不同的圓筒，剛好夠相互套入；2.涂黑期內(nèi)表面保證不透光且無內(nèi)表面反射；3. 將大的圓筒一端用黑色電工膠帶封閉，并戳一個針孔，在小的圓筒一端貼一張薄的白紙作觀察屏；4. 完成的觀察器由粗細兩伸縮圓柱筒構成，白紙上有倒像。二、實驗原理：（簡略敘述）小孔相機運用光的直線傳播原理，一個極小的孔將遠處傳來的光限制成為一束及細光線，物體上不同部位發(fā)出的光線通過小孔到達屏幕成像；在光具座上，設置相應試驗系統(tǒng)，驗證分析小孔成像。三、實驗步驟及現(xiàn)象（詳細）步驟：1.制作小孔成像實驗裝置；2.在光具座上依次放置光源，物屏，小孔成像，測量

17、顯微鏡等，觀察物屏上的圖案在小孔后紙屏上的位置和大小，并用測量顯微鏡測量物，像，小孔間的距離和物象大小關系；現(xiàn)象：物體或觀察屏距小孔越遠像越模糊，觀察屏距小孔越遠像越大，越模糊。四、自問自答小孔成像有“景深”問題嗎，為什么?小孔成像無“景深”問題，因為其成像為光沿直線傳播原理，而非透鏡改變光路實現(xiàn)會聚的原理。實驗2三棱鏡的角度與色散測量報告人劉云鵬同組實驗者蒿嶺，于振華時間2014.9.2實驗目的：1了解分光儀的構造原理，學會正確使用分光儀2掌握棱鏡角度測試的原理和方法3了解光的折射與棱鏡色散現(xiàn)象一、實驗儀器：（儀器名稱及儀器編號、樣品描述）分光儀，反光鏡，三棱鏡二、實驗原理：（簡略敘述）1.

18、角度測量原理：用分光儀測量棱鏡頂角采取兩種方法用調好的望遠鏡對準夾棱鏡頂角的兩個面，使得返回的十字像在分劃板上重合，記錄下望遠鏡的兩個角度讀數(shù)，望遠鏡轉過的角度與頂角互補。2.最小偏向角法原理：如圖，p為頂點，兩邊是折射面，夾角a作三棱鏡的頂角。光線由ab入射，經(jīng)過兩次折射沿de方向射出，ab與de夾角為§偏向角6=Zfbd+Zfdb=i1-i2-a，因為頂角a=il-i2,6具有最小值，當且僅當il=i2時，此時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的，由sin折射率n。三、分光計調整過程及其涉及的光學、機械原理（詳細）調望遠鏡對向無窮遠，此時反射鏡應正直地放在物臺上。放反射鏡時應

19、使反射面壓住一只支撐螺釘，且與另兩只支撐螺釘?shù)倪B線垂直，調望遠鏡光軸垂直于儀器轉軸；調望遠鏡的豎分劃板平行于儀器轉軸，應用表面平行與儀器轉軸的反射鏡檢驗，當反射鏡稍稍轉動時若小十字孔的反射像始終沿分劃板上方的橫線移動，表明已經(jīng)調好，否則要轉動目鏡筒，把望遠鏡分化轉正，轉動時必須先松開定位螺釘調節(jié)時絕不能破壞調焦狀態(tài)（分劃板只能旋轉，不能前后移動）用望遠鏡校準平行光管。首先轉平行光管狹縫（先松開定位螺釘）至水平狀態(tài)，調俯仰至縫像（此時的像并不要很清晰）與望遠鏡自準直分化的中央橫線等高，然后轉成豎直，調狹縫前后位置至出射平行光，且使狹縫像與望遠鏡豎分劃平行無視差，最后鎖緊定位螺釘。調狹縫的寬，使縫

20、像約等于分劃豎線寬度的3倍。在此三步中都要用到反射鏡，為了便于調整仰俯，反射鏡面和物臺的兩個支撐螺釘連線垂直是非常必要的。在每一步調解中應嚴格分清誰是標準，誰被校準，千萬不要不經(jīng)意地調動已處于標準狀態(tài)的零部件。四、色散及角度測量過程中的現(xiàn)象（詳細）a?5ma?nsin,因此，測出a,Sm,即可求三棱鏡對該光22將三棱鏡置于載物臺上，并使三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為60°。用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛在此方向觀察，可看到平行的彩色譜線，然后慢慢轉動載物臺，同時注意譜線的移動情況，轉動載物臺時，使望遠鏡一直跟蹤譜線，在該譜線逆轉移動時，擰緊游標盤

21、制動螺絲，調節(jié)游標盤制動螺絲，找到最小偏向角的位置。本實驗由于時間關系未能測出最小偏向角。五、自問自答1. 在調整分光儀時，為什么十字光標不能對準分劃板刻度線中心？因為十字光標為像，而對應的物在分劃板刻度線中心之下，要保證反射鏡豎直，十字光標就必須出現(xiàn)在分劃板刻度線中心以上。2. 在調整好后為什么要使眼睛左右晃動？為保證十字光標在望遠鏡物鏡焦平面上。3. 為什么要調整棱鏡的棱線與轉臺軸平行？保證在測量最小偏向角時轉動載物臺譜線不會從視野里消失。實驗3望遠鏡的分解與結合報告人劉云鵬同組實驗者蒿嶺,于振華時間實驗目的：1了解雙眼儀器的構造原理及主要光學零件組成及功能（目鏡、物鏡、棱鏡）2學習望遠鏡

22、的裝配調整3掌握光學零件的擦拭、清潔方法一、對實驗工具、樣品的描述螺絲刀，零散的望遠鏡零部件二、實驗原理：（簡略敘述望遠鏡的光學與機械結構原理、調整原理）望遠鏡由物鏡目鏡，轉向棱鏡構成，通過調整目鏡位置可調焦三、望遠鏡分解與結合過程的描述（需要詳細過程，圖文并茂）1. 目鏡零件2. 組裝好的目鏡物鏡，其他零件3. 組裝目鏡物鏡和望遠鏡主體支架篇四：光學基礎實驗光學基礎實驗實驗報告班級：姓名：09111001厲艾暉0911100121馬合木提0911100123嚴志鴻09111001312011年12月實驗1自組望遠鏡引言人眼無法分辨極遠或極近而細微的物體細節(jié)，在一般照明情況下，正常人的眼睛在明

23、視距離（25cm）能分辨相距約0.05mm的兩個光點，當兩個光點間距離小于0.05mm時，即無法分辨，我們把這個極限稱為人眼的分辨本領，這時兩光點對人眼球中心的張角約為1，這個角稱為視角，觀察物體要想能分辨細節(jié)，最簡單的方法是使視角擴大，望遠鏡就是常用的擴大人眼視角的目視光學儀器。故對這兩種光學儀器的原理，結構和特點應該有一個基本的了解。本實驗是要學生利用光學元件（如透鏡等）自行組成最基本結構的望遠鏡。一實驗目的1. 透鏡成像規(guī)律，掌握望遠鏡系統(tǒng)的成像原理。2. 幾何光學原理，透鏡成像規(guī)律和實驗參數(shù)要求，設計望遠鏡的光路，提出光學元件選用方案，并通過光路調整，達到望遠鏡的實驗要求，從而掌握望遠

24、鏡技術。二實驗原理1. 望遠鏡的結構和成像原理望遠鏡是用來觀察遠距離目標的視光學儀器，通常是物鏡ll和目鏡l2組成，如圖所示，物鏡的作用是將無窮遠處物體發(fā)出的光經(jīng)會聚后在它的像方焦面上生成一倒立實像，然后經(jīng)目鏡把實像放大，因此實像同時位于目鏡的物方焦面內(nèi)側，用望遠鏡觀察不同位置的物體時，只須調節(jié)物鏡和目鏡的相對位置，使中間實像落在目鏡物方焦面上，這就是望遠鏡的“調焦”，一般測量望遠鏡除物鏡和目鏡可在鏡筒中作相對移動外，在目鏡物方焦面上海附有叉絲或標尺劃分格。因此在使用望遠鏡是，首先應調節(jié)目鏡，直到能清晰地看到叉絲為止，然后調目鏡和叉絲整體（即目鏡筒）與物鏡之間的距離即對被觀察物調焦。對于望遠鏡

25、來說，除了滿足以上物像位置的要求外，它的視角放大率必須大于1。對于目視光學儀器的視角放大率m,定義為眼睛通過儀器觀察時，物體的像對人眼的張角s'的正切與眼睛直接觀察物體時，物體對眼睛的張角s的正切之比。由于物方和像方都位于無窮遠處，這個放大率就是系統(tǒng)本身的像方視場角與物方視場角的正切之比：m=tans'tans望遠鏡系統(tǒng)主要有兩種情況，一種是具有正光焦度目鏡，即目鏡12是會聚透鏡的系統(tǒng)，稱為開普勒望遠鏡；另一種是具有負光焦度目鏡，即目鏡l2是發(fā)散透鏡的系統(tǒng)，稱為伽利略望遠鏡。實際應用的幾乎都是開普勒望遠鏡。對于開普勒望遠鏡，有:m=tans'tans=-f2f'

26、1公式中的負號表示開普勒望遠鏡成倒像。若要使m的絕對值大于1,應有f1>f2。對于伽利略望遠鏡（目鏡12是發(fā)散透鏡），視角放大率為正值，成正像。此外，由于光的衍射效應，制造望遠鏡時，還必須滿足：dm=d式中d為物鏡的孔徑，d為目鏡的孔徑，否則視角雖放大，但不能分辨物體的細節(jié)。三實驗裝置帶調節(jié)架的底座，透鏡(焦距不等)，激光光源，白屏，微尺，毫米尺，帶底座的米尺等四實驗內(nèi)容在進行組裝望遠鏡實驗過程中，有兩點操作必須注意：(1)光學元件的同軸等高調節(jié)是指各元件的光心均位于同一光軸上，且光軸與光學平臺平行。透鏡成像公式是在近軸條件下成立，利用成像公式進行實驗，應滿足近軸條件，因此，為獲

27、得準確測量，必須進行同軸等高的調節(jié)。調節(jié)的方法是：先粗調，用眼睛判斷，上下左右觀察，調節(jié)各元件光心同軸，物面，像屏面與光學平臺垂直，然后，以透鏡成像規(guī)律為依據(jù)，利用共軛原理進行仔細調節(jié)。(2)用左右逼近法確定清晰像位置由于人眼觀察成像有一分辨極限存在，因此用眼觀察物體通過透鏡成像時，在一小段范圍內(nèi)像都是清晰的，為了消除系統(tǒng)誤差，故采用左右逼近法確定成像位置，即使像屏或透鏡從左至右移動，當剛好呈現(xiàn)清晰像時，讀出位置X；再將像屏或透鏡從右至左移動，同樣當再次出現(xiàn)清晰像時，記下位置x，顯然成清晰像位置為X=X+X21. 自組望遠鏡(1) 在坐標紙上按合適的比例畫出組裝的望遠鏡成像光路圖(2) 從兩個

28、透鏡(焦距分別為100mm,200mm)中選擇一個作物鏡，另一個作目鏡，在光具座上組裝望遠鏡，并進行調焦觀察。(3) 組成開普勒望遠鏡(4) 組成伽利略望遠鏡五注意事項1. 激光光源點亮后會發(fā)出較強的激光，對人眼能造成一定的傷害，故在使用中，絕對禁止直視光源。2. 光學元件的光學表面是經(jīng)過精密加工光潔度極高的表面，不能用手觸摸：不得用擦鏡紙以外的物品去擦拭。3. 所有光學玻璃元件屬于易碎品，實驗過程中注意輕拿輕放。4. 測量完畢，應把各光學元件及其組件還原并整理整齊。實驗2透鏡像差的觀測引言成像系統(tǒng)中的單會聚透鏡，單發(fā)散透鏡以及球面鏡，在理想加工情況下當實驗條件不能滿足近軸條件時，總是存在像差

29、。比如當成像光束孔徑角增大或成像范圍增大時就會產(chǎn)生球差，慧差，像散，像面彎曲和畸變單色像差；又如當光學系統(tǒng)采用白色或復色光成像時還會產(chǎn)生位置色差和倍率色差。像差使像變模糊，失真，在光學測量中還會影響測量準確度。此外，像差只是也是幾何光學學習的重點和難點。一實驗目的通過實驗觀察球面像差，色像差，慧差，像散，畸變等像差的形成。每種像差。使用不同的儀器或自制的投影片使其成像，最后再測量成像的位置，并使用數(shù)字相機將成像的圖像拍攝下來。二實驗原理實際的光學系統(tǒng)，只有在近軸區(qū)域以很小的孔徑角成像時才是完善的。如果一個光學系統(tǒng)的成像僅限于近軸區(qū)域是沒有什么實際意義的，因為進入的光能量太少，分辨率很低。因此，

30、任何光學系統(tǒng)都具有一定的孔徑和視場，而且成像光束多是復色光，在這些情況下用近軸光學理論來研究光學系統(tǒng)成像就不合適了，必須采用精確的三角光線追跡公式進行光線計算。用近軸光線追跡公式進行光線計算得出的像點（理想像點）與不同孔徑下用精確的三角追跡公式進行光線計算得出的像點之間往往并不重合，這個差別稱為像差。像差的大小反映了光學系統(tǒng)質量的優(yōu)劣。像差分單色光像差和復色光像差兩大類。單色像差又有軸上點像差和軸外點像差之分，軸上點單色像差只有球差一種，軸外點單色像差有球差，慧差，像散，像面彎曲，畸變。復色光像差有軸向差和垂軸色差兩種。1.球差球差是由光學系統(tǒng)的口徑面引起的，也就是說，球差是光學系統(tǒng)口徑的函數(shù)

31、。如圖所示，由軸上物點a發(fā)出近軸光線1和1，經(jīng)光學系統(tǒng)后交軸上a；由a點發(fā)出的上，下邊緣光線3和3Z經(jīng)過光學系統(tǒng)后交軸上于C點；由a點發(fā)出的上下帶光線2和2Z經(jīng)過光學系統(tǒng)后交光軸于b點。即不同高度的光線交于不同的點，得到的不是一個完善的像點，而是一個邊緣模糊而對稱的圓斑-彌散圓。球差是軸上點唯一的單色像差，可在沿軸方向和垂直方向度量，分別稱為軸向球差和垂直球差。如果某一光線的像后方截距用1表示，像方孔徑角用U表示，近軸光線的像方截距用1表示。則軸向球差為：S1Z=1-1垂軸球差就是由軸向球差引起的彌散圓的半徑，y=61ZXtanu差的存在使圖像變模糊，對比度降低，從而降低了系統(tǒng)的分辨率。因此，

32、光學系統(tǒng)的球差通常是要校正的。單透鏡自身不能校正球差，在正常情況下，正透鏡產(chǎn)生負球差，而負透鏡產(chǎn)生正球差，因此，將正透鏡負透鏡組合起來就能使球差得到校正。2. 慧差慧差是軸外物點發(fā)出寬光束通過光學系統(tǒng)后，不會聚在一點，而呈彗星狀圖形的一種相對主光線失對稱的像差，如圖。具體地說，在軸外物點發(fā)出的光束中，對稱于主光線的一對光線經(jīng)光學系統(tǒng)后，失去對主光線的對稱性，使交點不再位于主光線上，對整個光束而言，與理想像面相截形成一彗星狀光斑的一種非軸對稱性像差。慧差通常用子午面上和弧矢面上對稱于主光線的各對光線，經(jīng)系統(tǒng)后的交點相對于主光線的偏離來度量，分別稱為子午慧差和弧矢慧差。慧差既是孔徑的函數(shù)，又是視場

33、的函數(shù)。當系統(tǒng)存在慧差時，物方一點的像成為彗星狀彌散斑，損害了像的清晰度，使成像質量降低。3. 畸變畸變也是一種軸外像差，而且是軸外細光束的像差。它是軸外點主光線在像面上交點的高度同近軸像高之差。由軸外點追跡一條主光線，求出在近軸像面上的截點高度hp，再求出同一物點在同一視場下的近軸像高hj，二者之差就是光學系統(tǒng)在該視場下的畸變值?；兒涂讖?jīng)]有關系，它只是視場的函數(shù)?；冸S視場的增加而增加。一個正方形通過光學系統(tǒng)成像就不是一個規(guī)則的正方形。圖a是個待正像的正方形，通過光學系統(tǒng)成像后，由于光學系統(tǒng)的畸變，而且畸變隨視場而變化，因此所成的像就不再是正方形了，可能會出現(xiàn)兩種情況，一種如圖b所示，視

34、場邊緣的像高小于理想像高，這樣的畸變?yōu)樨撝?，稱為桶形畸變。另一種情況是視場邊緣的像高大于理想像高，畸變?yōu)檎担Q為枕形畸變，如圖C所示?；兒推渌南癫畈灰粯樱话阆癫钤斐牲c像的彌散圓擴散，使圖像模糊，對比度降低導致分辨率降低。而畸變則不同，它既不影響圖像的清晰度，也不降低系統(tǒng)的分辨率，它只是使圖像的大小和形狀發(fā)生某些變化。因此對于不作測量用個光學系統(tǒng)，對畸變的要求并不很高，如照相物鏡，電影和電視物鏡。只是畸變控制在使人眼不易覺察的程度就可以了，通常在3%5%以內(nèi)。對于望遠鏡系統(tǒng)，由于視場角不大，畸變并不嚴重，不必特意校正它。對畸變要求最嚴格的是測量儀器和航攝設備，如用作測繪用的航天或航空攝影物鏡，各種測量顯微鏡，檢測儀器，大地測量經(jīng)緯儀等均要求校正畸變，通常需要控制在0.5%以內(nèi)。三實驗步驟與實驗結果，分析討論1.球面像差之觀察(1)利用光具座，架設實驗裝置篇五：基礎光學實驗實驗報告基礎光學實驗姓名：許學號：2120903018應物21班達一實驗儀器基礎光學軌道系統(tǒng)，基礎光學組合狹縫及偏振片，紅光激光器及光圈支架，光傳感器與轉動傳感器，科學工作室500或750接口，datastudio軟件系統(tǒng)二實驗目的1. 通過該實驗讓學生了解并會運用實驗器材，同時學會用