WSZ-710A715A方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書070117資料

1、天津拓普WSZ-710A/715A方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置使用說明書V 1.0天津市拓普儀器有限公司目錄一、用途與適用范圍2二、儀器特點(diǎn)2三、儀器成套性2四、安裝說明2五、參考實(shí)驗(yàn)講義3實(shí)驗(yàn)一 用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距f ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )3實(shí)驗(yàn)二 牛頓環(huán)裝置( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )4實(shí)驗(yàn)三 測(cè)節(jié)點(diǎn)位置及透鏡組焦距( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )6實(shí)驗(yàn)四 自組望遠(yuǎn)鏡 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )10實(shí)驗(yàn)五 自組透射式幻燈機(jī)( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )11實(shí)驗(yàn)六 目鏡焦距 fe 的測(cè)量 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )13實(shí)驗(yàn)七 阿貝成像原理和空間濾波（測(cè)量實(shí)驗(yàn)）15實(shí)驗(yàn)八 菲涅爾雙棱鏡干涉( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )18實(shí)驗(yàn)九 用位移法測(cè)薄凸透鏡焦距f ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )21實(shí)驗(yàn)

2、十 夫朗和費(fèi)單縫衍射( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )23實(shí)驗(yàn)十一夫朗和費(fèi)圓孔衍射( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )26實(shí)驗(yàn)十二菲涅爾單縫衍射（演示實(shí)驗(yàn)）27實(shí)驗(yàn)十三菲涅爾圓孔衍射（演示實(shí)驗(yàn)）29實(shí)驗(yàn)十四菲涅爾直邊衍射（演示實(shí)驗(yàn)）30實(shí)驗(yàn)十五偏振光分析 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )32實(shí)驗(yàn)十六楊氏雙縫干涉 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )38實(shí)驗(yàn)十七調(diào)制和顏色合成（演示實(shí)驗(yàn)）41六、技術(shù)服務(wù)幫助431一、用途與適用范圍WSZ-710A/715A系列光具座是我公司專門為高等院校物理和光學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)備，能與本公司生產(chǎn)的多種調(diào)整架及光學(xué)器件配合使用。廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量中。可開設(shè)各種透鏡及透鏡組數(shù)據(jù)的測(cè)量試驗(yàn)；干涉、衍射的觀察和測(cè)量實(shí)驗(yàn)；偏振

3、光、信息光學(xué)等實(shí)驗(yàn)。二、儀器特點(diǎn)我公司生產(chǎn)的 WSZ-710A/715A 方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置導(dǎo)軌（見圖 1）采用方形截面鑄鐵材料，導(dǎo)軌長度為 1000mm（ 710A）/1500mm（715A）。具有外形美觀、穩(wěn)定性好、使用方便的特點(diǎn)。該裝置可以開設(shè) 17 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，用戶也可以根據(jù)需要從中任意選擇其中的幾項(xiàng)?？砷_設(shè)的實(shí)驗(yàn)見目錄。圖 1 方形光具座 （鑄鐵）三、儀器成套性WSZ-710A/715A 方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置包括 WSZ-710/715 型方形光具座一臺(tái)，以及各種滑座、調(diào)整架鏡頭等器件，根據(jù)所選實(shí)驗(yàn)的不同配置不同，成套性詳見裝箱單。四、安裝說明打開包裝箱，按裝箱單清點(diǎn)數(shù)量。將導(dǎo)軌置于桌面上

4、，分別調(diào)整底腳使其穩(wěn)固。新光具座開始使用時(shí)清除多余防銹用黃油，但應(yīng)在導(dǎo)軌上保留足夠的黃油以防生銹。將各器件按照講義要求分別放于導(dǎo)軌上，即可開始實(shí)驗(yàn)。長期不使用時(shí)，應(yīng)將其表面涂抹黃油放置在干燥環(huán)境中。2五、參考實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)一用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距f ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆蘸唵喂饴返姆治龊驼{(diào)整方法了解、掌握自準(zhǔn)法測(cè)凸透鏡焦距的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)發(fā)光點(diǎn)（物）處在凸透鏡的焦平面時(shí)， 它發(fā)出的光線通過透鏡后將成為一束平行光。若用與主光軸垂直的平面鏡將此平行光反射回去，反射光再次通過透鏡后仍會(huì)聚于透鏡的焦平面上，其會(huì)聚點(diǎn)將在發(fā)光點(diǎn)相對(duì)于光軸的對(duì)稱位置上。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光

5、源S2、品字形物象屏P： SZ-143、凸透鏡 L ：f=190mm(f=150mm)4、二維調(diào)整架：SZ-075、平面反射鏡 M6、二維調(diào)整架：SZ-077、滑座：TH708、滑座：TH70YZ9、滑座：TH7010、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖123456SPLM10LM毛玻璃SP*50190190圖一3五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部元件按圖一的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏，調(diào)至共軸。而后拉開一定的距離。可調(diào)成如圖一所示的距離2、前后移動(dòng)凸透鏡L ，使在物像屏 P 上成一清晰的品字形像。3、調(diào) M 的傾角，使 P 屏上的像與物重合。4、再前后微動(dòng)透鏡L ，使 P 屏上的像既清晰又與物同大小。5、

6、分別記下 P 屏和透鏡 L 的位置 a1、a2。6、把 P 屏和透鏡 L 都轉(zhuǎn) 180 度，重復(fù)做前四步。7、再記下 P 和 L 的新位置 b1、b2。8、分別把 f=150mm 和 f=190mm 的透鏡各做一遍，并比較實(shí)驗(yàn)值和真實(shí)值的差異，并分析其原因。9、老師可選擇更多規(guī)格的透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（選做）六、數(shù)據(jù)處理fa a2 a1f bb2 b1被測(cè)透鏡焦距： f( f af b ) / 2實(shí)驗(yàn)二牛頓環(huán)裝置(測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察等厚干涉現(xiàn)象，用干涉法測(cè)量透鏡表面的曲率半徑二、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡，以其凸面朝下，放在一塊平面玻璃板上（如附圖 1），二者之間形成一層厚度由零逐

7、漸增大的空氣膜，若對(duì)透鏡投射單色光，則空氣膜下緣面與上緣面反射的光就會(huì)互相干涉。從透鏡上看到的干涉花樣是以玻璃接觸點(diǎn)為中心的一組中央疏，邊緣密的明暗相間的同心圓環(huán)條紋，這就是牛頓環(huán)。它是等厚干涉，與接觸點(diǎn)等距離的空氣厚度是相同的。入射光Rrd附圖 14從附圖 1 來看，設(shè)透鏡的曲率半徑為R，與接觸點(diǎn) O 相距為 r 處的膜厚為 d，其中幾何關(guān)系為：22222rR ( R d)rR 2 R d d因 Rd，所以 d 2可略去，得：dr 2 / 2R光線應(yīng)是垂直入射的，計(jì)算光程差時(shí)還要考慮光波在平面玻璃上反射會(huì)有半波損失，從而帶來 /2 的附加光程差，所以總的光程差為：2d/ 2產(chǎn)生暗環(huán)的條件是：

8、( 2m1 )( m = 0 , 1 , 2 . . . )2其中 m 干涉條紋的級(jí)數(shù)綜合上面的式子可得到第m 級(jí)暗 環(huán)半徑為：rmm R從此式可見，只要波長 為已知，測(cè)量出第m 級(jí)暗環(huán)半徑 rm，即可得出平凸透鏡的曲率半徑值。但是由于兩鏡面接觸點(diǎn)之間難免存在著細(xì)微的塵埃，使光程差產(chǎn)生難以確定的變化，中央暗點(diǎn)就可變成亮點(diǎn)或若明若暗。再者，接觸壓力引起玻璃的變形會(huì)使接觸點(diǎn)擴(kuò)大成一個(gè)接觸面，以致接近圓心處的干涉條紋也是寬闊而模糊的。這就給M 帶來某種程度的不確定性。為了求得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，可以用兩個(gè)暗環(huán)半徑rm 和 rn 的平方差來計(jì)算曲率半徑。因rm2m R， rn2nR兩式相減得rm2rn

9、2mRnR所以：rm2rn2Rn)(m因 m 和 n 有著相同的不確定程度， 利用 m-n 這一相對(duì)性測(cè)量恰好消除了由絕對(duì)測(cè)量的不確定性帶來的誤差。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈2、半透半反鏡3、二維調(diào)整架：SZ-074、牛頓環(huán)5、牛頓環(huán)直立架：SZ-346、讀數(shù)顯微鏡架:SZ-387、讀數(shù)顯微鏡8、滑座：TH70YZ9、滑座：TH7010、滑座：TH70Z5四、儀器實(shí)物圖及原理圖145236770mm25mm35mm1098圖二五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)牛頓環(huán)裝置三個(gè)螺釘， 使接觸點(diǎn) O 大致在中心， 螺釘?shù)乃删o程度應(yīng)合適， 太松則接觸點(diǎn)不穩(wěn)定，太緊則將鏡片壓碎。將牛頓環(huán)置于牛頓環(huán)直立架上。2、把全部器件

10、按圖二的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。3、點(diǎn)亮鈉光燈，使鈉光垂直射到半透半反鏡上，調(diào)節(jié)半透半反鏡的角度和位置。此時(shí)顯微鏡上看到明亮的視場(chǎng)，前后移動(dòng)顯微鏡就可觀察到等厚干涉同心圓環(huán)。六、數(shù)據(jù)處理可用測(cè)微目鏡的鼓輪測(cè)出=20、15、 10、5 牛頓環(huán)直徑，用環(huán)差法 :m-n=5，再由已知波長 =5893? 和公式 R(rm2rn 2 ) /( mn) ，可求得牛頓環(huán)透鏡的曲率半徑R（） ,（）和 R（），三個(gè)值求平均就可以得出牛頓環(huán)的曲率半徑的大小。實(shí)驗(yàn)三測(cè)節(jié)點(diǎn)位置及透鏡組焦距( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔哥R組節(jié)點(diǎn)的特性，掌握測(cè)透鏡組節(jié)點(diǎn)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理光學(xué)儀器中的共軸球面系統(tǒng)、厚

11、透鏡、透鏡組，常把它作為一個(gè)整體來研究。這時(shí)可以用三對(duì)特殊的點(diǎn)和三對(duì)面來表征系統(tǒng)在成像上的性質(zhì)。若已知這三對(duì)點(diǎn)和三對(duì)面的位置，則可用簡單的高斯公式和牛頓公式來研究起成像規(guī)律。共軸球面系統(tǒng)的這三對(duì)基點(diǎn)和基面是：主焦點(diǎn)（ F， F）和主焦面，主點(diǎn)（ H， H）和主平面，節(jié)點(diǎn)（ N，N）和節(jié)平面。如附圖 1，6F uNNFHHu附圖 1PNNFQF附圖 2實(shí)際使用的共軸球面系統(tǒng)透鏡組，多數(shù)情況下透鏡組兩邊的介質(zhì)都是空氣，根據(jù)幾何光學(xué)的理論，當(dāng)物空間和像空間介質(zhì)折射率相同時(shí)，透鏡組的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與兩個(gè)主點(diǎn)重合，在這種情況下，主點(diǎn)兼有節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)，透鏡組的成像規(guī)律只用兩對(duì)基點(diǎn)（焦點(diǎn)，主點(diǎn)）和基面（焦面，主

12、面）就完全可以確定了。根據(jù)節(jié)點(diǎn)定義， 一束平行光從透鏡組左方入射，如附圖 2，光束中的光線經(jīng)透鏡組后的出射方向，一般和入射方向不平行，但其中有一根特殊的光線，即經(jīng)過第一節(jié)點(diǎn)N 的光線 PN，折射后必然通過第二節(jié)點(diǎn)N且出射光線 NQ 平行與原入射光線PN。設(shè) NQ 與透鏡組的第二焦平面相交于 F點(diǎn)。由焦平面的定義可知， PN 方向的平行光束經(jīng)透鏡組會(huì)聚于 F點(diǎn)。若入射的平行光的方向 PN 與透鏡組光軸平行時(shí)， F點(diǎn)將與透鏡組的主焦點(diǎn) F重合，如附圖37NNFPQF附圖 3綜上所述，節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有下列性質(zhì)：當(dāng)平行光入射透鏡組時(shí)，如果繞透鏡組的第二節(jié)點(diǎn)N微微轉(zhuǎn)過一個(gè)小角 ，則平行光經(jīng)透鏡組后的會(huì)聚點(diǎn) F

13、在屏上的位置將不橫移，只是變得稍模糊一點(diǎn)兒，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)透鏡組后入射于節(jié)點(diǎn) N 的光線并沒有改變?cè)瓉砣肷涞钠叫泄獾姆较?，因?NQ 的方向也不改變，又因?yàn)橥哥R組是繞 N點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)， N 點(diǎn)不動(dòng)，所以 NQ 線也不移動(dòng)，而像點(diǎn)始終在 NQ 線上，故 F點(diǎn)不會(huì)有橫向移動(dòng)，至于 NF的長度，當(dāng)然會(huì)隨著透鏡組的轉(zhuǎn)動(dòng)有很小的變化，所以F點(diǎn)前后稍有移動(dòng)，屏上的像會(huì)稍有模糊一點(diǎn)。反之，如果透鏡組繞N點(diǎn)以外的點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則 F點(diǎn)會(huì)有橫向移動(dòng)，利用節(jié)點(diǎn)的這一特性構(gòu)成了下面的測(cè)量方法。使用一個(gè)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌側(cè)面裝有刻度尺，這個(gè)裝置就是節(jié)點(diǎn)架。把透鏡組裝在可以旋轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)架導(dǎo)軌的上，節(jié)點(diǎn)架前是一束平行光，平行光射向透鏡

14、組。接著將透鏡組在節(jié)點(diǎn)架上前后移動(dòng)，同時(shí)使架做微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)動(dòng)作配合進(jìn)行，直到能得到清晰的像，且不發(fā)生橫移為止。這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸必通過透鏡組的像方節(jié)點(diǎn) N，它的位置就被確定了。并且當(dāng) N與 H重合時(shí)，從轉(zhuǎn)動(dòng)軸到屏的距離為 N F，即為透鏡組的像方焦距 f。把透鏡組轉(zhuǎn) 180 度，使光線由 L 2 進(jìn)入，由 L 1 射出。利用同樣的方法可測(cè)出物方節(jié)點(diǎn) N 的位置。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、1/10mm 分劃板 F13、二維調(diào)整架：SZ-074、物鏡 Lo ：fo=190mm5、二維調(diào)整架：SZ-076、透鏡組 L1、L2 ：f1=220mm，f2=300mm7、節(jié)點(diǎn)架：SZ-258

15、、測(cè)微目鏡 Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）9、讀數(shù)顯微鏡架:SZ-3810、滑座：TH70YZ11、滑座：TH70Z12、滑座：TH70Z13、滑座：TH70Z14、滑座：TH7015、白屏：SZ-138四、儀器實(shí)物圖及原理圖1234Lo5678Le9SFL1L2F1413121110毛玻璃FLoL1L2LeSFo透鏡組*50190130180圖三五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)由 F，Lo 組成的“平行光管”使其出平行光，可借助于對(duì)無窮遠(yuǎn)調(diào)焦的望遠(yuǎn)鏡來實(shí)現(xiàn)。2、將“平行光管”、待測(cè)透鏡組、測(cè)微目鏡，按圖三的順序擺放在導(dǎo)軌上，目測(cè)調(diào)至共軸。3、前后移動(dòng)測(cè)微目鏡，使之能看清F 處分劃板刻線的像。4、沿節(jié)點(diǎn)

16、調(diào)節(jié)架導(dǎo)軌前后移動(dòng)透鏡組， （同時(shí)也要相應(yīng)地移動(dòng)測(cè)微目鏡） ，直至轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，F(xiàn) 處分劃板刻線的像無橫向移動(dòng)為止，此時(shí)像方節(jié)點(diǎn)N 落在節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架的轉(zhuǎn)軸上。5、用白色屏 H 代替測(cè)微目鏡， 使分劃板刻線的像清晰的成于白色屏上，分別記下屏和節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架在標(biāo)尺導(dǎo)軌上的位置 a、b，再在節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架的導(dǎo)軌上記下透鏡組的中心位置 （用一條刻線標(biāo)記）與調(diào)節(jié)架轉(zhuǎn)軸中心（ 0 刻線的位置）的偏移量 d。6、把節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架轉(zhuǎn)180 度，使入射方向和出射方向相互顛倒，重復(fù)3、4、 5 步，從而得到另一組數(shù)據(jù) a 、b 、d 。六、數(shù)據(jù)處理1、像方節(jié)點(diǎn) N 偏離透鏡組中心的距離為：d透鏡組的像方焦距： f =a-b物方節(jié)

17、點(diǎn) N 偏離透鏡組中心的距離為：d透鏡組的物方焦距為： f=a-b2、用 1： 1 的比例畫出該透鏡組及它的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。9實(shí)驗(yàn)四自組望遠(yuǎn)鏡 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔h(yuǎn)鏡的基本原理和結(jié)構(gòu)，并掌握其調(diào)節(jié)、使用和測(cè)量它的放大率的兩種方法。二、實(shí)驗(yàn)原理最簡單的望遠(yuǎn)鏡是由一片長焦距的凸透鏡作為物鏡，用一短焦距的凸透鏡作為目鏡組合而成。遠(yuǎn)處的物經(jīng)過物鏡在其后焦面附近成一縮小的倒立實(shí)像，物鏡的像方焦平面與目鏡的物方焦平面重合。而目鏡起一放大鏡的作用，把這個(gè)倒立的實(shí)像再放大成一個(gè)正立的像，如圖五所示。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、毫米尺 FL=7mm3、二維調(diào)整架：SZ-074

18、、物鏡 Lo ：f o=225mm5、二維調(diào)整架：SZ-076、測(cè)微目鏡 Le：（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）7、讀數(shù)顯微鏡架:SZ-388、滑座：TH709、滑座：TH7010、滑座：TH7011、滑座：TH7012、白屏：SZ-13四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖四10五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部器件按圖四的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、把 F 和 Le 的間距調(diào)至最大，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)Lo ，使一只眼睛通過Le 看到清晰的分劃板 F 上的刻線。3、再用另一只眼睛直接看毫米尺F 上的刻線，讀出直接看到的F 上的滿量程 28 條線對(duì)應(yīng)于通過望遠(yuǎn)鏡所看到F 上的刻線格數(shù) e。4、分別讀出 F、 Lo

19、、Le 的位置 a、b、d。5、拿掉 Le，換上白屏 H 找到 F 通過 Lo 所成的像，讀出H 的位置 c。六、數(shù)據(jù)處理 MA B/U 2ABU1V1 U2AB /(U 1 V1U 2 )ABU 2又 ABV1ABU 1 MV1 (U1V1U2) /(U1U 2 )望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量放大率：M=140/e望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算放大率：MV1(U1V1U 2)/(U1U2 )其中： U1=b-a，V 1=c-b，U2=d-c，AB 、 AB 如圖四所示。實(shí)驗(yàn)五自組透射式幻燈機(jī)( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣脽魴C(jī)的原理和聚光鏡的作用，掌握對(duì)透射式投影光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。二、實(shí)驗(yàn)原理幻燈機(jī)能將圖片的像放映在遠(yuǎn)處的屏

20、幕上，但由于圖片本身并不發(fā)光，所以要用強(qiáng)光照亮圖片，因此幻燈機(jī)的構(gòu)造總是包括聚光和成像兩個(gè)主要部分，在透射式的幻燈機(jī)中，圖片是透明的。成像部分主要包括物鏡L 、幻燈片 P 和遠(yuǎn)處的屏幕。為了使這個(gè)物鏡能在屏上產(chǎn)生高倍放大的實(shí)像， P 必須放在物鏡L 的物方焦平面外很近的地方，使物距稍大于L 的物方焦距。聚光部分主要包括很強(qiáng)的光源（通常采用溴鎢燈）和透鏡 L1L 2 構(gòu)成的聚光鏡。聚光鏡的作用是一方面要在未插入幻燈片時(shí)，能使屏幕上有強(qiáng)烈而均勻的照度，并且不出現(xiàn)光源本身結(jié)構(gòu)（如燈絲等）的像；一經(jīng)插入幻燈片后，能夠在屏幕上單獨(dú)出現(xiàn)幻燈圖片的清晰的像。另一方面，聚光鏡要有助于增強(qiáng)屏幕上的照度。因此，應(yīng)

21、使從光源發(fā)出并通過聚光鏡的光束能夠全部到達(dá)像面。為了這一目的，必須使這束光全部通過物鏡L，這可用所謂“中間像”的方法來實(shí)現(xiàn)。即聚光器使光源成實(shí)像，成實(shí)像后的那些光束繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，不超過透鏡L 邊緣范圍。光源11的大小以能夠使光束完全充滿 L 的整個(gè)面積為限。聚光鏡焦距的長短是無關(guān)緊要的。通常將幻燈片放在聚光器前面靠近 L 2 的地方，而光源則置于聚光器后 2 倍于聚光器焦距之處。聚光器焦距等于物鏡焦距的一半，這樣從光源發(fā)出的光束在通過聚光器前后是對(duì)稱的，而在物鏡平面上光源的像和光源本身的大小相等。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、聚光鏡 L1：f1=50mm3、二維調(diào)整架：SZ-074

22、、幻燈底片 P5、干板架：SZ-126、放映物鏡 L2：f2=190mm7、二維調(diào)整架：SZ-078、白屏 H：SZ-139、滑座：TH70YZ10、滑座：TH70Z11、滑座：TH70YZ12、滑座：TH70Z13、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖五）123 45 6 Lo 78FS131211109H毛玻璃L1PL2S*U1=270V1=35U2=290V2=530圖五五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部儀器按圖五的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、將 L2 與 H 的間隔固定在間隔所能達(dá)到的最大位置，前后移動(dòng)P，使其經(jīng) L 2 在屏 H 上成一最清晰的像。123、將聚光鏡 L1 緊挨

23、幻燈片 P 的位置固定，拿去幻燈片P，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)光源S，使其經(jīng)聚光鏡 L 1 剛好成像于白屏H 上。4、再把底片 P 放在原位上，觀察像面上的亮度和照度的均勻性。 并記錄下所有儀器的位置，并算 U1、U2、V1、V2 的大小。5、把聚光鏡 L1拿去，再觀察像面上的亮度和照度的均勻性。6、注：演示其現(xiàn)象時(shí)的參考數(shù)據(jù)為 U1=35，V1=35，U2=300， V2=520。和計(jì)算焦距時(shí)的數(shù)據(jù)并不相同。六、數(shù)據(jù)處理放映物鏡的焦距： f2M /(M1)2D2聚光鏡的焦距： f1D1 /(M1)D1 /(M 1) 2其中： D2U2 V2、D1U 1V1 、 M iVi（ i1,2 ）為像的放大率U

24、 if iU i Vi（ i1,2 ）U i Vi實(shí)驗(yàn)六目鏡焦距 fe 的測(cè)量 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?、掌握用測(cè)量物像放大率來求目鏡焦距f e 的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理焦距的測(cè)量可以歸結(jié)為測(cè)量焦點(diǎn)到光學(xué)系統(tǒng)的某一指定點(diǎn)的距離。測(cè)量焦距時(shí)，常用到牛頓公式：x xff 。若物空間和像空間的光學(xué)介質(zhì)相同，則x xf 2 。線放大率： my / yf / xx / f 。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、1/10mm 分劃板 F3、二維調(diào)整架：SZ-074、被測(cè)目鏡 Le(fe=14mm)5、可變口徑二維架：SZ-056、測(cè)微目鏡 L( 去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡)7、讀數(shù)顯微鏡架:

25、SZ-388、滑座：TH70YZ139、滑座：TH70Z10、滑座：TH70Z11、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖123 4567SFLe111098毛玻璃 FLe分劃板S*1515120圖六五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部器件按圖六的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、在 F、Le、L 的底座距離很小的情況下，前后移動(dòng)Le，直至在測(cè)微目鏡 L 中看到清晰的1/10mm 的刻線，并使之與測(cè)微目鏡中的標(biāo)尺（mm 刻線）無視差。3、測(cè)出 1/10mm 刻線的寬度，求出其放大倍率 m1，并分別記下 L 和 Le 的位置 a1、 b1。4、把測(cè)微目鏡 L 向后移動(dòng) 3040mm，再慢慢向前移動(dòng) Le

26、，直至在測(cè)微目鏡L 中又看到清晰且與毫米標(biāo)尺刻線無視差的1/10mm 的刻線像。5、再測(cè)出像寬，求出m2，記下 L 和 Le 的位置 a2、 b2。六、數(shù)據(jù)處理mx=像寬 /實(shí)寬像距改變量： S(a2b2 )( a1b1 )S被測(cè)目鏡焦距：fem2m114實(shí)驗(yàn)七阿貝成像原理和空間濾波（測(cè)量實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私飧独锶~光學(xué)基本原理的物理意義，加深對(duì)光學(xué)中的空間頻譜和空間濾波等概念的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理1、傅立葉變換在光學(xué)成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。在信息光學(xué)中、常用傅立葉變換來表達(dá)和處理光的成像過程。設(shè)一個(gè) xy 平面上的光場(chǎng)的振幅分布為 g(x,y)，可以將這樣一個(gè)空間分布展開為一系列基元函數(shù) expiz

27、 ( fx x f y y) 的 線性疊加。即g ( x, y)G( fx f y )exp2( fx xfy y)df xdf y(1)f x ， fy 為 x,y 方向的空間頻率，量綱為L 1 ； G( fx f y ) 是相應(yīng)于空間頻率為fx ， f y 的基元函數(shù)的權(quán)重，也稱為光場(chǎng)的空間頻率，G( f x f y ) 可由下式求得：G( x, y)g( x, y)exp2i ( fx xf y y)dxdy(2)g(x,y)和 G( f x f y ) 實(shí)際上是對(duì)同一光場(chǎng)的兩種本質(zhì)上等效的描述。當(dāng) g(x,y)是一個(gè)空間的周期性函數(shù)時(shí)，其空間頻率就是不連續(xù)的。例如空間頻率為f0 的一維

28、光柵，其光振幅分布展開成級(jí)數(shù)：g (x)Gn exp i 2 n f0 xn相應(yīng)的空間頻率為f=0， f0 ， f0 。2、阿貝成像原理傅立葉變換在光學(xué)成像中的重要性，首先在顯微鏡的研究中顯示出來。 E.阿貝在 1873 年提出了顯微鏡的成像原理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。阿貝認(rèn)為，在相干光照明下，顯微鏡的成像可分為兩個(gè)步驟， 第一個(gè)步驟是通過物的 衍射光在物鏡后焦面上形成一個(gè)初級(jí)衍射 （頻譜圖）圖。第二個(gè)步驟則為物鏡后焦面上的初級(jí)衍射圖向前發(fā)出球面波，干涉疊加為位于目鏡焦面上的像，這個(gè)像可以通過目鏡觀察到。成像的這兩步驟本質(zhì)上就是兩次傅立葉變換，如果物的振幅分布是g(x,y) ，可以證明在物鏡

29、后面焦面 x ， y 上的光強(qiáng)分布正好是 g(x,y)的傅立葉變換 G( f x f y ) 。（只要令 f xx， f yy，F(xiàn)F為波長， F 為物鏡焦距）。所以第一步驟起的作用就是把一個(gè)光場(chǎng)的空間分布變成為：空間頻率分布；而第二步驟則是又一次傅氏變換將G( f x f y ) 又還原到空間分布。附圖 1 顯示了成像的這兩個(gè)步驟，為了方便起見，我們假設(shè)物是一個(gè)一維光柵，平行光照15在光柵上，經(jīng)衍射分解成為向不同方向的很多束平行光 （每一束平行光相應(yīng)于一定的空間頻率） 。經(jīng)過物鏡分別聚集在后焦面上形成點(diǎn)陣，然后代表不同空間頻率的光束又從新在像平面上復(fù)合而成像。附圖 1但一般說來，像和物不可能完

30、全一樣，這是由于透鏡的孔徑是有限的，總有一部分衍射角度較大的高次成分（高頻信息）不能進(jìn)入到物鏡而被丟棄了，所以像的信息總是比物的信息要少一些，高頻信息主要是反映物的細(xì)節(jié)的， 如果高頻信息受到了孔徑的阻擋而不能到達(dá)像平面，則無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù)，也不可能在像平面上分辨出這些細(xì)節(jié)，這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因，特別當(dāng)物的結(jié)構(gòu)是非常精細(xì)（例如很密的光柵） ，或物鏡孔徑非常小時(shí)，有可能只有 0 級(jí)衍射（空間頻率為 0）能通過，則在像平面上就完全不能形成圖像。3、光學(xué)空間濾波上面我們看到在顯微鏡中物鏡的孔徑實(shí)際上起了一個(gè)高頻濾波的作用，這就啟示我們，如果在焦平面上人為的插上一些濾波器（吸收板

31、或移相板）以改變焦平面上光振幅和位相就可以根據(jù)需要改變像平面上的頻譜，這就叫做空間濾波。最簡單的濾波器就是把一些特殊形式的光闌插到焦平面上，使一個(gè)或幾個(gè)頻率分量能通過，而擋住其他頻率分量，從而使像平面上的圖像只包括一種或幾種頻率分量，對(duì)這些現(xiàn)象的觀察能使我們對(duì)空間傅立葉變換和空間濾波有更明晰的概念。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、He-Ne 激光器（ 632.8nm）2、擴(kuò)束鏡 L1：f1=4.5mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、準(zhǔn)直鏡 L2：f2=190mm5、二維調(diào)整架：SZ-076、一維光柵（ 25L/mm ）7、干板架：SZ-128、傅立葉透鏡 L3f3=150mm9、白屏 P：SZ-1310、滑座：

32、TH7011、滑座：TH70YZ12、滑座：TH70Z13、滑座：TH70YZ14、滑座：TH70Z15、滑座：TH70Z16、滑座：TH701617、頻譜濾波器：SZ-32四、儀器實(shí)物圖及原理圖H123 45678179L1L2L3傅氏面16151413 121011頻譜濾波器H一維光柵L1L2L312016070120250230圖七五、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理1、用 L1、L2 組成擴(kuò)束系統(tǒng)，使其出射的平行激光光束垂直的照射在其狹縫沿鉛直方向放置的一維光柵上。前后移動(dòng)變換透鏡L3，使光柵（物）清晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。此時(shí)光柵位置接近于透鏡的前焦面，故透鏡的后焦面就為其傅氏面，該面上光

33、強(qiáng)的分布即為物的空間頻譜。 用白屏 H 在透鏡的后焦面附近慢慢移動(dòng)，在透鏡后焦面上可以觀察到水平排列的一些清晰光點(diǎn)。這些光點(diǎn)相應(yīng)于光柵的0， 1， 2.級(jí)衍射極大值，用米尺大約測(cè)出各光點(diǎn)與中央最亮點(diǎn)的距離x ，由 x 以及透鏡的焦距F，光波波長，試求出這些光點(diǎn)相應(yīng)的空間頻率。位置x空間頻率（ 1/mm）（mm）一級(jí)衍射二級(jí)衍射三級(jí)衍射172、在 L3 后焦面（傅氏面）處放入頻譜濾波器，擋去0 級(jí)以外的各點(diǎn)，觀察像面上有無光柵條紋。3、調(diào)節(jié)光欄，使 0 級(jí)和 1 級(jí)最大值通過，觀察像面上的光柵條紋像，再把光欄拿去，讓更高級(jí)次的衍射都能通過， 再觀察像面上的光柵條紋像， 試看這兩種情況的光柵條紋像

34、的寬度有無變化。選做：4、把一維光柵換成二維正交光柵，再前后移動(dòng)變換透鏡L3，使光柵（物）清晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。這時(shí)在透鏡后焦面上觀察到二維的分立光點(diǎn)陣（即 正交光柵的頻譜）。在傅氏面處加一頻譜濾波器，使通過光軸的一系列光點(diǎn)通過，觀察像平面上一維條紋像的方向。5、將頻譜濾波器轉(zhuǎn)過90 度角，讓包含 0 級(jí)的水平的一排光點(diǎn)通過，觀察像平面上一維條紋像的方向。6、再將頻譜濾波器轉(zhuǎn)過45 度角，觀察像面上條紋像的方向。7、用網(wǎng)格字替換二維光柵，觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成。8、再將一個(gè)可變圓孔光欄放在付氏面上， 逐步縮小光欄， 直到只讓光軸上一個(gè)光點(diǎn)通過為止，再觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成，試與沒濾波之

35、前的字相比較。實(shí)驗(yàn)八菲涅爾雙棱鏡干涉( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察雙棱鏡干涉現(xiàn)象及測(cè)定光波波長二、實(shí)驗(yàn)原理利用光的干涉現(xiàn)象進(jìn)行光波波長的測(cè)量，首先要獲得兩束相干光，使之重疊形成干涉，干涉條紋的空間分布既跟條紋與相干光源之間的相對(duì)位置有關(guān)，又跟光波波長有關(guān)，從它們之間的關(guān)系式就能測(cè)出光波波長。本實(shí)驗(yàn)利用雙棱鏡獲得兩束相干光，如附圖 1 所示，雙棱鏡是由兩塊底邊相接、折射棱角 小于 1 度的直角棱鏡組成的，從單縫 S 發(fā)出的單色光的波陣面，經(jīng)雙棱鏡折射后形成兩束互相重疊的光束，它們相當(dāng)于從狹縫 S 的兩個(gè)虛像 S1 和 S2 射出的兩束相干光。于是在波束重疊的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了干涉，在該區(qū)域內(nèi)放置的屏

36、上可以觀測(cè)到干涉條紋。雙棱鏡觀察屏S1SxS2干涉條紋D附圖 1如附圖 2 所示，設(shè) S1 與 S2 的間距為 d，縫 S 至觀察屏的距離為 D，O 為觀察屏上距 S1 和 S2 等距的點(diǎn)，由 S1 和 S2 射來的兩束光在 O 點(diǎn)的光程差為零，故在 O 點(diǎn)處兩光波互相加強(qiáng)形成18零級(jí)亮條紋，而在O 點(diǎn)兩側(cè)，則排列著明暗相間的等距干涉條紋。pS1xdSOS2D附圖 2對(duì)于屏上距 O 點(diǎn) 為 x 的 P 點(diǎn)。當(dāng) Dd。Dx 時(shí)，有 d=x/ SP因?yàn)?SPD故 dx/D即=xd/D根據(jù)相干條件，當(dāng)光程差 滿足：（1） =2k()時(shí)，即在x=D處（k=0、 、 、 ），產(chǎn)生亮條紋。k1 22d（2

37、） =（ 2k-1） 時(shí)，即在 x= D （ 2k-1）處（ k=0、 1、 2、 ），產(chǎn)生暗條紋。2d2因此，兩相鄰亮條紋（或暗條紋）間的距離為干涉條紋的間距為：x=xk+1 -xk= Dd兩個(gè)狹縫中心的間距d單色光波波長D狹縫屏到觀測(cè)屏（測(cè)微目鏡焦平面）的距離從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得 D，d 以及x，即可由上式算出波長。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈（可加圓孔光欄）2、凸透鏡 L ：f=50mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、單面可調(diào)狹縫：SZ-225、二維調(diào)整架：SZ-076、菲涅爾雙棱鏡：7、測(cè)微目鏡 Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）8、讀數(shù)顯微鏡架:SZ-389、滑座：TH70YZ10、滑座：TH70YZ

38、11、滑座：TH70Z12、滑座：TH70Z13、凸透鏡 L：f=150mm1914、二維調(diào)整架：SZ-0715、滑座：TH7016、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖八）123 4567Le 8L161210911L單縫雙棱鏡Le鈉光燈S1S2505050280單縫雙棱鏡LLeLL鈉光燈S1S2130680505050870圖八五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部儀器按照?qǐng)D八的順序在導(dǎo)軌上擺放好(圖上數(shù)值均為參考數(shù)值 )，并調(diào)成共軸系統(tǒng)。鈉光燈（可加圓孔光欄）經(jīng)透鏡 L 聚焦于狹縫上。調(diào)節(jié)單縫和雙棱鏡的棱脊平行，而且由單縫射出的光對(duì)稱地照在棱脊的兩側(cè)。2、用白屏 H 或直接用眼睛觀測(cè)到干涉條紋后，

39、再從測(cè)微目鏡中觀測(cè)。使相干光束處在目鏡視場(chǎng)中心，并調(diào)節(jié)單縫和棱脊的平行度，使干涉條紋最清晰。雙棱鏡干涉圖樣，應(yīng)為等間隔的明暗相間的干涉條紋。3、用測(cè)微目鏡測(cè)出干涉條紋的間距x，測(cè)出單縫到測(cè)微目鏡叉絲分劃板的距離D，再用二次成像法測(cè)出兩個(gè)虛光源的間距d，由x=xk+1 -xk= D便可求出光波的波長，并d與鈉燈的波長實(shí)際值比較，分析誤差原因。（二次成像法，在數(shù)據(jù)處理中有講解） 。20六、數(shù)據(jù)處理二次成像法：保持圖中狹縫、雙棱鏡的位置不動(dòng)，加入一已知焦距f=150 的透鏡放在雙棱鏡后，使單縫與測(cè)微目鏡間的距離D4f ，移動(dòng)透鏡成像時(shí)，可以在兩個(gè)不同的位置上，從目鏡中看到一大一小兩個(gè)清晰的縫像（既虛

40、光源S1、S2的像），測(cè)出兩個(gè)清晰的像間距d1 及 d2 ，根據(jù)物象公式，虛光源 S1、S2的間距 d= s1（第一成像）。d= s2第二次成像而1，2，故 d1d2 ()s = s2s1=ss1s2d 2( s1)( s2 )d1 d2s1s2即dd1d2代入公式xd / D 即可求出波長 。實(shí)驗(yàn)九用位移法測(cè)薄凸透鏡焦距f ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?、掌握位移法測(cè)凸透鏡焦距的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)凸透鏡而言，當(dāng)物和像屏間的距離 L 大于 4 倍焦距時(shí)，在它們之間移動(dòng)透鏡，則在屏上會(huì)出現(xiàn)兩次清晰的像，一個(gè)為放大的像，一個(gè)為縮小的像。分別記下兩次成像時(shí)透鏡距物的距離 O1、O2(e=|O

41、1-O2|)，距屏的距離 O1、O2，根據(jù)光線的可逆性原理，這兩個(gè)位置是“對(duì)稱” 的。即O1=O2， O2=O1則： L e= O1 O2 O1 O2O1=O2 (L e)/而 O1= L O1 L (L e)/ (L+e)/2 把結(jié)果帶入透鏡的牛頓公式 1/s+1/s=1/f得到透鏡的焦距為f( L2e2 ) / 4L由此便可算得透鏡的焦距，這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是，把焦距的測(cè)量歸結(jié)為對(duì)于可以精確測(cè)定的量 L 和 e 的測(cè)量，避免了在測(cè)量 u 和 v 時(shí)，由于估計(jì)透鏡中心位置不準(zhǔn)確所帶來的誤差。三、實(shí)驗(yàn)儀器4、帶有毛玻璃的白熾燈光源 S2、品字形物像屏P： SZ-143、凸透鏡 L ：f=190mm

42、(f=150mm)4、二維調(diào)整架：SZ-075、白屏 H：SZ-136、滑座：TH707、滑座：TH70YZ8、滑座：TH709、滑座：TH7021四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖九）H12345SPL9876PL毛玻璃SH*50480300P毛玻璃LSH*50300480圖九五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把全部器件按圖九的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸， 而后再使物屏 P 和像屏H 之間的距離 l大于 4 倍焦距。2、沿標(biāo)尺前后移動(dòng)L ，使品字形物在像屏H 上成一清晰的放大像，記下1。L 的位置 a3、再沿標(biāo)尺向后移動(dòng) L ，使物再在像屏 H 上成一縮小像，記下 L 的位置 a2 。4、將 P、L、H

43、轉(zhuǎn)1、b2。180 度，重復(fù)做前三步，又得到 L 的兩個(gè)位置 b225、分別把 f=150mm 和 f=190mm 的透鏡各做一遍， 并比較實(shí)驗(yàn)值和真實(shí)值的差異并分析其原因。6、老師可選擇更多規(guī)格的透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（選做）六、數(shù)據(jù)處理eaa1 a2 ， ebb1b2f a (l 2ea 2 ) / 4l ， f b(l 2eb 2 ) / 4l透鏡焦距： f ( f af b ) / 2實(shí)驗(yàn)十夫朗和費(fèi)單縫衍射( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察夫朗和費(fèi)衍射圖樣及演算單縫衍射公式二、實(shí)驗(yàn)原理平行光通過狹縫時(shí)產(chǎn)生的衍射條紋定位于無窮遠(yuǎn)，稱作夫朗和費(fèi)單縫衍射。它的衍射圖樣比較簡單，便于用菲涅耳半波帶法計(jì)算

44、各級(jí)加強(qiáng)和減弱的位置。設(shè)狹縫 AB 的寬度為 a （如附圖 1，其中把縫寬放大了約百倍） ，入射光波長為 ，附圖 1O 點(diǎn)是縫寬的中點(diǎn)， OP0 是 AB 面的法線方向。 AB 波陣面上大量子波發(fā)出的平行于該方向的光線經(jīng)透鏡 L 會(huì)聚于 P0 點(diǎn)，這部分光波因相位相同而得到加強(qiáng)。就 AB 波陣面均分為 AO 、BO 兩個(gè)波陣面而言，若從每個(gè)波帶上對(duì)應(yīng)的子波源發(fā)出的子波光線到達(dá)P0 點(diǎn)時(shí)光程差為 /2，此處的光波因干涉相消成為暗點(diǎn)，屏幕上出現(xiàn)暗條紋。如此討論，隨著角的增大，單縫波面被分為更多個(gè)偶數(shù)波帶時(shí)，屏幕上會(huì)有另外一些暗條紋出現(xiàn)。若波帶數(shù)為奇數(shù)，則有一些次級(jí)子波在屏上別的一些位置相干出現(xiàn)亮條

45、紋。若波帶為非整數(shù)，則有明暗相間的干涉結(jié)果?？傊?，當(dāng)衍射光滿足：BC asink（ k1,2.）時(shí)產(chǎn)生暗條紋；當(dāng)滿足：23BC asin(2 k 1) / 2（ k0， 1,2. ）時(shí)產(chǎn)生明條紋。在使用普通單色光源的情況下（本實(shí)驗(yàn)使用鈉燈），滿足上述原理要求的實(shí)驗(yàn)裝置一般都需要在衍射狹縫前后各放置一個(gè)透鏡。但是一種近似的方法也是可行的，就是使光源和觀測(cè)屏距衍射縫都處在 “遠(yuǎn)區(qū)” 位置。用一個(gè)長焦距的凸透鏡L 使狹縫光源 SP1 成像于觀測(cè)屏 S 上（如附圖 2），其中 S 與 SP1 的距離稍大于四倍焦距，透鏡大致在這個(gè)距離中間，在僅靠L 安放一個(gè)衍射狹縫 SP2，屏 S 上即出現(xiàn)夫朗和費(fèi)衍射

46、條紋。附圖 2設(shè)狹縫 SP2 與觀測(cè)屏 S 的距離為 b，第 k 級(jí)亮條紋與衍射圖樣中心的距離為xk 則t gkx/ b由于 角極小，因而 tgsin。又因?yàn)檠苌鋱D樣中心位置不易準(zhǔn)確測(cè)定，所以一般是量出兩條同級(jí)條紋間的距離 2xk。由產(chǎn)生明條紋的公式可知：2xk( 2kb1 )a由此可見，為了求得入射光波長，須測(cè)量 2 xk ，a 和 b 三個(gè)量。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈2、單面可調(diào)狹縫：SZ-223、凸透鏡 L 1：f=50mm4、二維調(diào)整架：SZ-075、單面可調(diào)狹縫：SZ-226、凸透鏡 L 2：f=70mm7、二維調(diào)整架：SZ-078、測(cè)微目鏡 Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）9、讀數(shù)顯

47、微鏡架:SZ-3810、滑座：TH70YZ11、滑座：TH70YZ12、滑座：TH70Z13、滑座：TH70Z14、滑座：TH70Z15、滑座：TH7024四、儀器實(shí)物圖及原理圖1234567 8Le9L2L1151413121110縫或孔光欄1單縫LLeL2鈉光燈50 60610180120圖十五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把鈉燈光通過透鏡聚焦到單縫上成為縫光源。 再把所有器件按圖十的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。其中小孔（ =1mm）和測(cè)微目鏡之間的距離必須保證滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。 （圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）2、調(diào)節(jié)焦距為 70 的透鏡直至能在測(cè)微目鏡中看到衍射條紋。如果無條紋，可以調(diào)節(jié)小孔的大小，直到找到合適的

48、小孔為止。3、仔細(xì)調(diào)節(jié)狹縫的寬度，直到目鏡視場(chǎng)內(nèi)的中央條紋兩側(cè)各有可見度較好的3，4 條亮紋。記錄單縫和測(cè)微目鏡的位置，計(jì)算出兩者間的距離b。4、讀出狹縫寬度 a，并且記錄下來。六、數(shù)據(jù)處理為了便于計(jì)算波長可以設(shè)bz ，2xka且2xk 為兩條同級(jí)條紋間的距離z2k 1選不同的級(jí)次 k，求出 z 值，求平均，再計(jì)算a b七、注：多孔架的 8 孔大小分別為： 0.10mm，0.15mm，0.20mm， 0.30mm，0.50mm，0.60mm， 1.0mm， 2.0mm。25實(shí)驗(yàn)十一夫朗和費(fèi)圓孔衍射( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣二、實(shí)驗(yàn)原理把實(shí)驗(yàn)十的單縫衍射裝置中的單縫以一

49、小孔代替，應(yīng)用鈉燈光源，可以在透鏡的焦平面上看到圓孔衍射圖樣，衍射圖樣是一組同心的明暗相間的圓環(huán)，可以證明以第一暗環(huán)為范圍的中央亮斑的光強(qiáng)占整個(gè)入射光束光強(qiáng)的84%，這個(gè)中央光斑稱為艾里斑。經(jīng)計(jì)算可知，艾里斑的半角寬度為：1sin 10.611.22RD式中 D 是圓孔的直徑。附圖 1若透鏡 L 2 的焦距為 f，則艾里斑的線半徑由附圖1 可知，為lf. t g1由于1 一般很小，故 tg 1 sin 11 。則l 1 . 2 2 fD三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈（加圓孔光欄）2、多孔架（ 1mm）：SZ-213、凸透鏡 L ：f=70mm4、二維調(diào)整架：SZ-075、測(cè)微目鏡 Le（去掉其物鏡頭的

50、讀數(shù)顯微鏡）6、讀數(shù)顯微鏡架 :SZ-387、滑座：TH70YZ8、滑座：TH70YZ9、滑座：TH70Z10、滑座：TH7026四、儀器實(shí)物圖及原理圖1234 5Le 6L98710孔光欄=1mm衍射孔=1mm LLe鈉光燈6007570圖十一五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把所有器件按圖十一的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。其中光欄和測(cè)微目鏡之間的距離必須保證滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。其中衍射孔的大小為 1mm。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）2、調(diào)節(jié)透鏡直至能在測(cè)微目鏡中看到其中心為亮斑的衍射條紋。3、記錄下艾里斑的直徑e，和計(jì)算值進(jìn)行比較。六、數(shù)據(jù)處理用測(cè)微目鏡測(cè)出艾里斑的直徑e，由已知衍射小孔直徑d=1mm，焦距 f=70

51、mm，可驗(yàn)證e1.22fa公式的正確性（其中a 為孔的半徑），本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)環(huán)境很暗。實(shí)驗(yàn)十二菲涅爾單縫衍射（演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾單縫衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理菲涅爾衍射和夫朗和費(fèi)衍射是研究衍射現(xiàn)象的兩種方法，前者是不需要用任何儀器就可以直接觀察到衍射現(xiàn)象，在這種情況下，觀察點(diǎn)和光源（或其中之一）與障礙物（或孔）間的距27離有限，在計(jì)算光程和疊加后的光強(qiáng)等問題時(shí)，都難免遇到繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算。而后者研究的是觀察點(diǎn)和光源距障礙物都是無限遠(yuǎn)（平行光束）時(shí)的衍射現(xiàn)象，在這種情況下計(jì)算衍射圖樣中的光強(qiáng)分布時(shí)，數(shù)學(xué)運(yùn)算就比較簡單。所謂光源無限遠(yuǎn)，實(shí)際上就是把光源置于第一個(gè)透鏡的焦平面上，得到平行光束；

52、所謂觀察點(diǎn)無限遠(yuǎn)，實(shí)際上就是在第二個(gè)透鏡的焦平面上觀察衍射圖樣。請(qǐng)讀者在以下的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中注意觀察。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe 激光器（ 632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡 L：f=6.2mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、單面可調(diào)狹縫 :SZ-225、白屏 H：SZ-136、滑座：TH707、滑座：TH70Z8、滑座：TH70Z9、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖H12345L9876HL單縫40200600圖十二五、實(shí)驗(yàn)步驟把所有器件按圖十二的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。激光器通過擴(kuò)束鏡（以不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件）投射到單縫上，如圖十二所示，即可在屏幕上出現(xiàn)衍射條紋，緩慢地連續(xù)地將單縫由窄變寬，同時(shí)注

53、意屏幕上的圖樣，即可觀察到與理論分析結(jié)果一致的由夫朗和費(fèi)單縫衍射圖樣過渡到菲涅爾單縫衍射圖樣。也可不加擴(kuò)束鏡。 （圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）28實(shí)驗(yàn)十三菲涅爾圓孔衍射（演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾圓孔衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理附圖 1如附圖 1 所示： S單色光源P光場(chǎng)中任一點(diǎn)S 與 P 之間有一帶圓孔的光屏M ，圓孔中心在 SP 連線上。這時(shí) S 對(duì) P 的作用就只是內(nèi)露出的一部分波面上的那些次波源在 P 點(diǎn)所產(chǎn)生的光振動(dòng)的疊加。按照波帶法，分別以P 為中心， r+2/ ，r+ 為半徑將露出的波面分成若干個(gè)波帶，各波帶在P 點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的振幅為：a1aiAj22當(dāng)圓孔露出奇數(shù)個(gè)波帶時(shí)， P 點(diǎn)的光強(qiáng)

54、度是約等于a12 的亮點(diǎn)，而當(dāng)圓孔露出偶數(shù)個(gè)波帶時(shí)，點(diǎn)是光強(qiáng)度接近于零的暗點(diǎn)。1、圓孔的大小變化時(shí)， P 點(diǎn)周圍呈現(xiàn)出的明暗相間的圓形條紋，會(huì)發(fā)生亮暗交替變化。2、若將 P 點(diǎn)處的白屏沿軸向移動(dòng)時(shí)，中心點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生亮暗交替變化。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe 激光器（ 632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡 L：f=6.2mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、多孔架（ 0.5mm）：SZ-215、白屏 H：SZ-136、滑座：TH707、滑座：TH70Z8、滑座：TH70Z9、滑座：TH7029四、儀器實(shí)物圖及原理圖H123 45L6987HL衍射孔=0.5mm40200600圖十三五、實(shí)驗(yàn)步驟把所有器件按圖十

55、三的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。只是將實(shí)驗(yàn)十二中的衍射單縫換成直徑 0.5mm 的衍射圓孔，將屏幕逐漸遠(yuǎn)離圓孔，將看到中心點(diǎn)由亮 暗 亮的衍射結(jié)果，當(dāng)距離為 400mm 時(shí)，中心是一個(gè)暗點(diǎn)， 210mm 和 600mm 時(shí)為亮點(diǎn)。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)） ，也可去掉擴(kuò)束鏡，找到合適的圓孔，觀察艾里斑。實(shí)驗(yàn)十四菲涅爾直邊衍射（演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾直邊衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理如附圖 1 所示： S發(fā)散光源，（垂直于圖面的相干光源）D直邊屏，（不透明）平行于線光源P白屏 K 上的任一點(diǎn)30附圖 1對(duì)于幾何影界上的P 點(diǎn)，直邊屏 D 將下半部的波面全部遮攔，只有上半部波面對(duì)P 點(diǎn)發(fā)生作用。所以

56、 P 點(diǎn)的振幅為不遮攔時(shí)的一半，而光強(qiáng)度為不遮攔時(shí)的1/4。當(dāng) P到 P 的距離逐漸增大時(shí)， P的光強(qiáng)度將單調(diào)減少。 P足夠遠(yuǎn)時(shí)，光強(qiáng)度趨于零。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe 激光器（ 632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡L：f=6.2mm3、二維調(diào)整架：SZ-074、刀片5、干板架：SZ-126、白屏 H：SZ-137、滑座：TH708、滑座：TH70Z9、滑座：TH70Z10、滑座：TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見圖十四）五、實(shí)驗(yàn)步驟把所有器件按圖十四的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。再把實(shí)驗(yàn)十二裝置中的單縫換成刀片，即可看到直邊衍射圖樣，當(dāng)觀察點(diǎn)從幾何陰影邊界向外移動(dòng)時(shí)，衍射光強(qiáng)是以類似于衰減振蕩形

57、式分布的，最后趨于無障礙自由傳播的光強(qiáng)，強(qiáng)度的最大值并不在幾何陰影邊界上，而是在直接照明區(qū)內(nèi)稍微靠外的亮區(qū)內(nèi)，衍射條紋的光強(qiáng)單調(diào)的減少，一直到零。 （圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）31H12345 6 L97108HL刀片40200600圖十四實(shí)驗(yàn)十五偏振光分析 ( 測(cè)量實(shí)驗(yàn) )一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察光的偏振現(xiàn)象，分析偏振光，起偏，定光軸二、實(shí)驗(yàn)原理（一）偏振光的基本概念光是電磁波，它的電矢量 E 和磁矢量 H 相互垂直，且均垂直于光的傳播方向 c，通常用電矢量 E 代表代表光的振動(dòng)方向，并將電矢量 E 和光的傳播方向 c 所構(gòu)成的平面稱為光振動(dòng)面。在傳播過程中，電矢量的振動(dòng)方向始終在某一確定方向的光稱為平

58、面偏振光或線偏振光，如附圖 1（ a）。光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射構(gòu)成的。 由于大量原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)和輻射的隨機(jī)性，它們所發(fā)射的光的振動(dòng)面，出現(xiàn)在各個(gè)方面的幾率是相同的。故這種光源發(fā)射的光對(duì)外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)， 稱為自然光附圖 1（b）。在發(fā)光過程中， 有些光的振動(dòng)面在某個(gè)特定方向上出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時(shí)間內(nèi)電矢量在某一方向上較強(qiáng)，這種光稱為部分偏振光，如圖附圖 1（c）所示，還有一些光，其振動(dòng)面的取向和電矢量的大小隨時(shí)間作有規(guī)律的變化，而電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓或圓。這種光稱為橢圓偏振光或圓偏振光。32附圖 1（a）附圖 1（b）附圖 1（c）（二

59、）獲得偏振光的常用方法將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏，起偏的裝置稱為起偏器。 常用的起偏裝置主要有：1、反射起偏器（或透射起偏器）當(dāng)自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角達(dá)到某一特定值b 時(shí)，反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面（見附圖2）而角b 就是布儒斯特角，也稱為起偏振角，由布儒斯特定律得tgbn2 / n1例如，當(dāng)光由空氣射向n=1.54 的玻璃板時(shí)，b =57 度若入射光以起偏振角b 射到多層平行玻璃片上，經(jīng)過多次反射最后透射出來的光也就接近于線偏振光， 其振動(dòng)面平行于入射面。 由多層玻璃片組成的這種透射起偏振器又稱為玻璃片堆。見附

60、圖 3。bn1空氣n2玻璃附圖 233非線偏振光入射b附圖 3偏振片入射自然光透射的平面偏振光附圖 42、晶體起偏器利用某些晶體的雙折射現(xiàn)象來獲得線偏振光，如尼科爾棱鏡等。2、偏振片（分子型薄膜偏振片）聚乙烯醇膠膜內(nèi)部含有刷狀結(jié)構(gòu)的煉狀分子。在膠膜被拉伸時(shí)，這些煉狀分子被拉直并平行排列在拉伸方向上，拉伸過的膠膜只允許振動(dòng)取向平行于分子排列方向（此方向稱為偏振片的偏振軸）的光通過，利用它可獲得線偏振光， 其示意圖參看圖附圖 4。偏振片是一種常用的 “起偏”元件，用它可獲得截面積較大的偏振光束（它就是本實(shí)驗(yàn)使用的元件） 。(三 )偏振光的檢測(cè)鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，它所用的裝置稱為檢偏器。