工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書目 錄 光學(xué)實驗預(yù)備知識2實驗一 用自準(zhǔn)法測薄凸透鏡焦距f 5實驗二 用位移法測薄凸透鏡焦距f 7實驗三 目鏡焦距fe的測量 9實驗四 自組顯微鏡 11實驗五 自組透射式幻燈機（投影系統(tǒng)） 13實驗六 測節(jié)點位置及透鏡組焦距 15實驗七 菲涅爾雙棱鏡干涉 18實驗八 偏振光分析 21工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書光學(xué)實驗預(yù)備知識返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書光學(xué)實驗是普通物理實驗的一個重要部分。這里先介紹光學(xué)實驗中經(jīng)常用到的知識和調(diào)節(jié)技術(shù)。初學(xué)者在做實驗以前應(yīng)認(rèn)真閱讀這些內(nèi)容，并且在實驗中遵守有關(guān)規(guī)則和靈活運用有關(guān)知識。一、光學(xué)元件和儀器的維護透鏡、棱鏡等光學(xué)元件，大多數(shù)是用光

2、學(xué)玻璃制成的。它們的光學(xué)表面都是經(jīng)過仔細(xì)的研磨和拋光，有些還鍍有一層或多層薄膜。對這些元件或其材料的光學(xué)性能（例如折射率、反射率、透射率等）都有一定的要求，而它們的機械性能和化學(xué)性能可能很差，若使用和維護不當(dāng)，則會降低光學(xué)性能甚至損壞報廢。造成損壞的常見原因有：摔壞、磨損、污損、發(fā)霉、腐蝕等。為了安全使用光學(xué)元件和儀器，必須遵守以下規(guī)則：必須在了解儀器的操作和使用方法后方可使用。輕拿輕放，勿使儀器或光學(xué)元件受到?jīng)_擊或震動，特別要防止摔落。不使用的光學(xué)元件應(yīng)隨時裝入專用盒內(nèi)并放入平臺的箱子內(nèi)，最好放入干燥器中保存。切忌用手接觸元件的光學(xué)表面。如必需用手拿光學(xué)元件時，只能接觸其磨沙面，如透鏡的邊緣

3、、棱鏡的上下底面等（如預(yù)備圖-1）。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書光學(xué)表面上如有灰塵，用實驗室專備的干燥脫脂棉輕輕拭去或用橡皮球吹掉。光學(xué)表面上若有輕微的污痕或指印，用清潔的鏡頭紙輕輕拂去，但不要加壓擦拭，更不準(zhǔn)用手帕、普通紙片、衣服等擦拭。若表面有較嚴(yán)重的污痕或指印，應(yīng)由實驗室人員用丙酮或酒精清洗。所有鍍膜面均不能接觸或擦拭。防止唾液或其溶液濺落在光學(xué)表面上。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書調(diào)整光學(xué)儀器時，要耐心細(xì)致，一邊觀察一邊調(diào)整，動作要輕、慢，嚴(yán)禁盲目及粗魯操作。儀器用畢后應(yīng)放回箱內(nèi)或加罩，防止灰塵沾污。二、消視差光學(xué)實驗中經(jīng)常要測量像的位置和大小，經(jīng)驗告訴我們，要測準(zhǔn)物體的大小，必須將量度標(biāo)尺與被測物體緊貼

4、在一起。如果標(biāo)尺遠(yuǎn)離被測物體，讀數(shù)將隨眼睛的位置不同而有所改變，難以測準(zhǔn)，如預(yù)備圖-2所示。可是在光學(xué)實驗中被測物往往是一個看得見摸不著的像，怎樣才能確定標(biāo)尺和待測像是緊貼在一起的呢？利用“視差”現(xiàn)象可以幫助我們解 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書決這個問題。為了認(rèn)識“視差”現(xiàn)象，讀者可做一簡單實驗：雙手各伸出一只手指，并使一指在前，一指在后相隔一定距離，且兩指平行。用一只眼睛觀察，當(dāng)左右（或上下）晃動眼睛時（眼睛移動方向應(yīng)與被觀察手指垂直），就會發(fā)現(xiàn)兩指間有相對移動，這種現(xiàn)象稱為“視差”。而且還會看到離眼近者，其移動方向與眼睛移動方向相反；離眼遠(yuǎn)者則與眼睛移動方向相同。若將兩指緊貼在一起，則無上述現(xiàn)象，即

5、無“視差”。由此可以利用視差現(xiàn)象來判斷測像與標(biāo)尺是否緊貼。若待測像和標(biāo)尺間有視差，說明它們沒有緊貼在一起，則應(yīng)該稍稍調(diào)節(jié)像或標(biāo)尺位置，并同時微微晃動眼睛觀察，直到它們之間無視差后方可進行測量。這一調(diào)節(jié)步驟，我們常稱之為“消視差”。在光學(xué)實驗中，“消視差”常常是測量前必不可少的操作步驟。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書三、共軸調(diào)節(jié)光學(xué)實驗中經(jīng)常要用一個或多個透鏡成像。為了獲得質(zhì)量好的像，必須使各個透鏡的主光軸重合（即共軸）并使物體位于透鏡的主光軸附近。此外透鏡成像公式中的物距、像距等都是沿主光軸計算長度的，為了測量準(zhǔn)確，必須使透鏡的主光軸與帶有刻度的標(biāo)尺平行。為了達(dá)到上述要求的調(diào)節(jié)我們統(tǒng)稱為共軸調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方法

6、如下：1、粗調(diào)，將光源、物和透鏡靠攏，調(diào)節(jié)它們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，使它們的中心處在一條和標(biāo)尺平行的直線上，使透鏡的主光軸與標(biāo)尺平行，并且使物（或物屏）和成像平面（或像屏）與平臺垂直。這一步因單憑眼睛判斷，調(diào)節(jié)效果與實驗者的經(jīng)驗有關(guān)，故稱為粗調(diào)。通常應(yīng)再進行細(xì)調(diào)（要求不高時可只進行粗調(diào)）。2、細(xì)調(diào)，這一步驟要靠其他儀器或成像規(guī)律來判斷和調(diào)節(jié)。不同的裝置可能有不同的具體調(diào)節(jié)方法。下面介紹物與單個凸透鏡共軸的調(diào)節(jié)方法。使物體與單個凸透鏡共軸實際上是指將物上的某一點調(diào)到主光軸上。要解決這一問題，首先要知道如何判斷物上的點是否在透鏡的主光軸上。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律即可判斷。如預(yù)備圖-3所示，

7、當(dāng)物AB與像屏之間的距離b大于4f時，將凸透鏡沿光軸移到O1或O2位置都能在屏上成像，一次成大像A1B1，一次成小像A2B2。物點A位于光軸上，則兩次 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書像的A1和A2點都在光軸上而且重合。物點B不在光軸上，則兩次像的B1和B2一定都不在光軸上，而且不重合。但是，小像的B2點總是比大像的B1點更接近光軸。由此可知，若要將B點調(diào)到凸透鏡光軸上，只需記住像屏上小像的B2點位置（屏上貼有坐標(biāo)紙供記錄位置時作參照物），調(diào)節(jié)透鏡（或物）的高低左右，使B1向B2靠攏。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)幾次直到B1與B2重合，即說明B點已調(diào)到透鏡的主光軸上了。若要調(diào)多個透鏡共軸，則應(yīng)先將物上B點調(diào)到一個凸透鏡的主

8、光軸上，然后，同樣根據(jù)軸上物點的像總在軸上的原理，逐個增加待調(diào)透鏡，調(diào)節(jié)它們使之逐個與第一個透鏡共軸。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗一 用自準(zhǔn)法測薄凸透鏡 焦距f返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?掌握簡單光路的分析和調(diào)整方法了解、掌握自準(zhǔn)法測凸透鏡焦距的原理及方法二、實驗原理當(dāng)發(fā)光點（物）處在凸透鏡的焦平面時，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聚于透鏡的焦平面上，其會聚點將在發(fā)光點相對于光軸的對稱位置上。三、實驗儀器工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、品字形物屏P： SZ-143、凸透鏡L： f=190mm(f=

9、150mm)4、二維調(diào)整架： SZ-075、平面反射鏡M二維調(diào)整架： SZ-077、通用底座： SZ-048、二維底座： SZ-029、通用底座： SZ-04 10、通用底座： SZ-04工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書四、儀器實物圖及原理圖 圖一工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟1、把全部元件按圖一的順序擺放在平臺上，靠攏，調(diào) 至共軸。而后拉開一定的距離?？烧{(diào)成如圖一所示的距離2、前后移動凸透鏡L，使在物屏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、再前后微動透鏡L，使P屏上的像既清晰又與物同大小。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書5、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

10、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，并比較實驗值和真實值的差異，并分析其原因。9、老師可選擇更多規(guī)格的透鏡進行實驗。（選做） 六、數(shù)據(jù)處理 被測透鏡焦距：f=(fa+fb)/2工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗二 用位移法測薄凸透鏡焦距f返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康牧私?、掌握位移法測凸透鏡焦距的原理及方法二、實驗原理對凸透鏡而言，當(dāng)物和像屏間的距離L大于4倍焦距時，在它們之間移動透鏡，則在屏上會出現(xiàn)兩次清晰的像，一個為放大的像，一個為縮小的像。分別記下兩次成像時透鏡距物的距離O1、O2(e=|O1-O2|)，距屏的距離O1、O

11、2根據(jù)光線的可逆性原理，這兩個位置是“對稱”的。即 O1=O2，O2=O1則：Le= O1 O2O1O2O1=O2(Le)/而O1= LO1L(Le)/(L+e)/2 把結(jié)果帶入透鏡的牛頓公式1/s+1/s=1/f工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書得到透鏡的焦距為由此便可算得透鏡的焦距，這個方法的優(yōu)點是，把焦距的測量歸結(jié)為對于可以精確測定的量L和e的測量，避免了在測量u和v時，由于估計透鏡中心位置不準(zhǔn)確所帶來的誤差。三、實驗儀器帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、品字形物屏P： SZ-143、凸透鏡L： f=190mm(f=150mm)4、二維調(diào)整架： SZ-075、白屏H： SZ-136、通用底座： SZ-047、

12、二維底座： SZ-028、通用底座： SZ-049、通用底座： SZ-04四、儀器實物圖及原理圖（見圖二）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟把全部器件按圖二的順序擺放在平臺上，靠攏后目測調(diào)至共軸，而后再使物屏P和白屏H之間的距離大于4倍焦距。沿標(biāo)尺前后移動L，使品字形物在白屏H上成一清晰的放大像，記下L的位置a1。再沿標(biāo)尺向后移動L，使物再在白屏H上成一縮小像，記下L的位置a2。將P、L、H轉(zhuǎn)180度，重復(fù)做前三步，又得到L的兩個位置b1、b2。分別把f=150mm和f=190mm的透鏡各做一遍，并比較實驗值和真實值的差異并分析其原因。老師可選擇更多規(guī)格的透鏡進行實驗。（選做）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書六

13、、數(shù)據(jù)處理透鏡焦距： f=(fa+fb)/2 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書圖二工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗三 目鏡焦距fe的測量返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康牧私?、掌握用測量物像放大率來求目鏡焦距fe的原理及方法二、實驗原理焦距的測量可以歸結(jié)為測量焦點到光學(xué)系統(tǒng)的某一指定點的距離。測量焦距時，常用到牛頓公式： 。若物空間和像空間的光學(xué)介質(zhì)相同，則。線放大率：。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書三、實驗儀器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、被測目鏡Le(fe=14mm)5、可變口徑二維架： SZ-056、測微目鏡L(去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡)7、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-3

14、88、三維底座： SZ-019、一維底座： SZ-0310、一維底座： SZ-0311、通用底座： SZ-04工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書四、儀器實物圖及原理圖圖三工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟把全部器件按圖三的順序擺放在平臺上，靠攏后目測調(diào)至共軸。在F、Le、L的底座距離很小的情況下，前后移動Le，直至在測微目鏡L中看到清晰的1/10mm的刻線，并使之與測微目鏡中的標(biāo)尺（mm刻線）無視差。測出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。把測微目鏡L向后移動3040mm，再慢慢向前移動Le，直至在測微目鏡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。再測

15、出像寬，求出m2，記下L和Le的位置a1、b2。六、數(shù)據(jù)處理 mx=(像寬/實寬)20 （20為測微目鏡的放大倍數(shù)）像距改變量：s=(a1-a2)+(b2-b1)被測目鏡焦距：fe=s/(m2-m1)工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗四 自組顯微鏡返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康牧私怙@微鏡的基本原理和結(jié)構(gòu)，并掌握其調(diào)節(jié)、使用和測量它的放大率的一種方法。二、實驗原理 物鏡Lo的焦距fo很短，將F1放在它前面距離略大于fo的位置，F(xiàn)1經(jīng)Lo后成一放大實像F1，然后再用目鏡Le作為放大鏡觀察這個中間像F1，F(xiàn)1應(yīng)成像在Le的第一焦點Fe之內(nèi)，經(jīng)過目鏡后在明視距離處成一放大的虛像F1。三、實驗儀器1、帶有毛玻璃

16、的白熾燈光源S2、1/10mm分劃板F1工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書3、二維調(diào)整架： SZ-074、物鏡Lo： fo=15mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、測微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）7、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-388、三維底座： SZ-019、一維底座： SZ-0310、一維底座： SZ-0311、通用底座： SZ-04工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書四、儀器實物圖及原理圖圖四（1）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書圖四（2） 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟1、把全部器件按圖四的順序擺放在平臺上，靠攏后目測調(diào)至共軸。2、把透鏡Lo、Le的間距固定為180mm。3、沿標(biāo)尺導(dǎo)軌前后移動F1（F1緊挨毛玻璃裝置，使F1置于

17、略大于fo的位置），直至在顯微鏡系統(tǒng)中看清分劃板F1的刻線。六、數(shù)據(jù)處理顯微鏡的計算放大率：M（250 ）/（f0fe） 其中： =f0-fe ，見圖示。本實驗中的fe=250/20(計算方法可參考光學(xué)書籍)工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗五 自組透射式幻燈機返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康牧私饣脽魴C的原理和聚光鏡的作用，掌握對透射式投影光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。二、實驗原理幻燈機能將圖片的像放映在遠(yuǎn)處的屏幕上，但由于圖片本身并不發(fā)光，所以要用強光照亮圖片，因此幻燈機的構(gòu)造總是包括聚光和成像兩個主要部分，在透射式的幻燈機中，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。為了使這個物鏡能在屏上產(chǎn)生高

18、倍放大的實像?；脽羝琍必須放在物鏡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的光源（通常采用溴鎢燈）和透鏡L1L2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，能使屏幕上有強烈而均勻的照度，工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書并且不出現(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屏幕上的照度。因此，應(yīng)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”的方法來實現(xiàn)。即聚光器使光源成實像，成實像后的那些光束繼續(xù)前進時，不超過透鏡L邊緣范圍。光源的

19、大小以能夠使光束完全充滿L的整個面積為限。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L2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稱的，而在物鏡平面上光源的像和光源本身的大小相等。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書三、實驗儀器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、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、三維底座： SZ-0110、一維底座： SZ-0311、二維底座： SZ-0

20、212、一維底座： SZ-0313、通用底座： SZ-04四、儀器實物圖及原理圖（見圖六）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書圖六工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟把全部儀器按圖六的順序擺放在平臺上，靠攏后目測調(diào)至共軸。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P，使其經(jīng)L2在屏H上成一最清晰的像。將聚光鏡L1緊挨幻燈片P的位置固定，拿去幻燈片P，沿導(dǎo)軌前后移動光源S，使其經(jīng)聚光鏡L1剛好成像于白屏H上。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。把聚光鏡L1拿去，再觀察像面上的亮度和照度的均勻性。注：演示其現(xiàn)象時的參考數(shù)據(jù)為U1=35

21、，V1=35，U2=300，V2=520。和計算焦距時的數(shù)據(jù)并不相同。六、數(shù)據(jù)處理放映物鏡的焦距：f2=M/(M+1)平方D2聚光鏡的焦距： f1=D1/(M+1)D1 /(M+1)平方工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗六 測節(jié)點位置及透鏡組焦距返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康牧私馔哥R組節(jié)點的特性，掌握測透鏡組節(jié)點的方法。二、實驗原理光學(xué)儀器中的共軸球面系統(tǒng)、厚透鏡、透鏡組，常把它作為一個整體來研究。這時可以用三對特殊的點和三對面來表征系統(tǒng)在成像上的性質(zhì)。若已知這三對點和三對面的位置，則可用簡單的高斯公式和牛頓公式來研究其成像規(guī)律。共軸球面系統(tǒng)的這三對基點和基面是：主焦點（F，F(xiàn)）和主焦面，主點（H，H

22、）和主平面，節(jié)點（N，N）和節(jié)平面。如附圖1，工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書附圖1附圖2 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實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，透鏡組的兩個節(jié)點分別與兩個主點重合，在這種情況下，主點兼有節(jié)點的性質(zhì)，透鏡組的成像規(guī)律只用兩對基點（焦點，主點）和基面（焦面，主面）就完全可以確定了。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書根據(jù)節(jié)點定義，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N的光線PN，折射后必須通過第二節(jié)點N且出射光線NQ平行于原入射光線P

23、N。設(shè)NQ與透鏡組的第二焦平面相交于F點。由焦平面的定義可知，PN方向的平行光束經(jīng)透鏡組會聚于F點。若入射的平行光的方向PN與透鏡組光軸平行時，F(xiàn)點將與透鏡組的主焦點F重合，如附圖3 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書綜上所述節(jié)點應(yīng)具有下列性質(zhì)：當(dāng)平行光入射透鏡組時，如果繞透鏡組的第二節(jié)點N微微轉(zhuǎn)過一個小角，則平行光經(jīng)透鏡組后的會聚點F在屏上的位置將不橫移，只是變得稍模糊一點兒，這是因為轉(zhuǎn)動透鏡組后入射于節(jié)點N的光線并沒有改變原來入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改變，又因為透鏡組是繞N點轉(zhuǎn)動，N點不動，附圖3工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書所以 NQ線也不移動，而像點始終在NQ線上，故F點不會有橫向移動，至于NF的長

24、度，當(dāng)然會隨著透鏡組的轉(zhuǎn)動有很小的變化，所以F點前后稍有移動，屏上的像會稍有模糊一點。反之，如果透鏡組繞N點以外的點轉(zhuǎn)動，則F點會有橫向移動，利用節(jié)點的這一特性構(gòu)成了下面的測量方法。使用一個能夠轉(zhuǎn)動的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌側(cè)面裝有刻度尺，這個裝置就是節(jié)點架。把透鏡組裝在可以旋轉(zhuǎn)的節(jié)點架的導(dǎo)軌上，節(jié)點架前是一束平行光，平行光射向透鏡組。接著將透鏡組在節(jié)點架上前后移動，同時使架做微小的轉(zhuǎn)動。兩個動作配合進行，直到能得到清晰的像，且不發(fā)生橫移為止。這時轉(zhuǎn)動軸必通過透鏡組的像方節(jié)點N，它的位置就被確定了。并且當(dāng)N與H重合時，工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書從轉(zhuǎn)動軸到屏的距離為N F，即為透鏡組的像方焦距f。把透鏡組轉(zhuǎn)180度，

25、使光線由L2進入，由L1射出。利用同樣的方法可測出物方節(jié)點N的位置。三、實驗儀器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、物鏡Lo： fo=190mm5、二維調(diào)整架： SZ-07工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書6、透鏡組L1、L2： f1=220mm，f2=300mm7、節(jié)點架： SZ-258、測微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）9、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-3810、三維底座： SZ-0111、一維底座： SZ-0312、一維底座： SZ-0313、一維底座： SZ-0314、通用底座： SZ-0415、白屏H： SZ-13工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書四、儀器實物圖及原理

26、圖 圖七 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟調(diào)節(jié)由F，Lo組成的“平行光管”使其出平行光，可借助于對無窮遠(yuǎn)調(diào)焦的望遠(yuǎn)鏡來實現(xiàn)。將“平行光管”、待測透鏡組、測微目鏡，按圖七的順序擺放在平臺上，目測調(diào)至共軸。前后移動測微目鏡，使之能看清F處分劃板刻線的像。沿節(jié)點調(diào)節(jié)架導(dǎo)軌前后移動透鏡組，（同時也要相應(yīng)地移動測微目鏡），直至轉(zhuǎn)動平臺時，F(xiàn)處分劃板刻線的像無橫向移動為止，此時像方節(jié)點N落在節(jié)點調(diào)節(jié)架的轉(zhuǎn)軸上。用白屏H代替測微目鏡，使分劃板刻線的像清晰的成于白屏H上，分別記下屏和節(jié)點調(diào)節(jié)架在標(biāo)尺導(dǎo)軌上的位置a、b，再在節(jié)點調(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

27、偏移量d。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書把節(jié)點調(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)點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節(jié)點的相對位置。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗七 菲涅爾雙棱鏡干涉返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康挠^察雙棱鏡干涉現(xiàn)象及測定光波波長二、實驗原理利用光的干涉現(xiàn)象進行光波波長的測量，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位置有關(guān)，又跟光波

28、波長有關(guān)，從它們之間的關(guān)系式就能測出光波波長。本實驗利用雙棱鏡獲得兩束相干光，如附圖5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)放置的屏上可以觀測到干涉條紋。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書如附圖6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，由S1和S2射來的兩束光在O點的光程差為零，故在O點處兩光波互相加強形成零級亮條紋，而在O點兩側(cè)，則排列著明暗相間的等距干涉條紋。 附圖

29、5 附圖6工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書對于屏上距O 點 為x的P點。當(dāng)Dd。Dx時，有d=x/因為D 故dx/D 即=xd/D根據(jù)相干條件，當(dāng)光程差滿足：（1）=2k()時，即在x=k處（k=0、1、2、），產(chǎn)生亮條紋。（2）=（2k-1）時，即在x=（2k-1）處（k=0、1、2、），產(chǎn)生暗條紋。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=d兩個狹縫中心的間距 單色光波波長 D狹縫屏到觀測屏（測微目鏡焦平面）的距離從實驗中測得D，d以及x，即可由上式算出波長。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書三、實驗儀器1、鈉光燈（可加圓孔光闌）2、凸透鏡L： f=50mm3、二維調(diào)整架： SZ

30、-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、測微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書8、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-389、三維底座： SZ-0110、二維底座： SZ-0211、一維底座： SZ-0312、一維底座： SZ-0313、凸透鏡L： f=150mm14、二維調(diào)整架： SZ-0715、通用底座： SZ-01四、儀器實物圖及原理圖（見圖十）工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書圖十 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書五、實驗步驟 1、把全部儀器按照圖十的順序在平臺上擺放好(圖上數(shù)值均為參考數(shù)值)，并調(diào)成共軸系統(tǒng)。鈉光燈（可加圓孔光闌）經(jīng)透鏡L聚焦于狹縫上。調(diào)節(jié)單縫

31、和雙棱鏡的棱脊平行，而且由單縫射出的光對稱地照在棱脊的兩側(cè)。2、用白屏H或直接用眼睛觀測到干涉條紋后，再用測微目鏡中觀測。使相干光束處在目鏡視場中心，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。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書3、用測微目鏡測出干涉條紋的間距x，測出單縫到測微目鏡叉絲分劃板的距離D，再用二次成像法測出兩個虛光源的間距d，由x=xk+1-xk=便可求出光波的波長，并與鈉燈的波長實際值比較，分析誤差原因。（二次成像法，在數(shù)據(jù)處理中有講解）。六、數(shù)據(jù)處理二次成像法：工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書保持圖中狹縫、雙棱鏡的位置不動，加入一已知焦距f=150的透鏡放在雙

32、棱鏡后，使單縫與測微目鏡間的距離D4f，移動透鏡成像時，可以在兩個不同的位置上，從目鏡中看到一大一小兩個清晰的縫像（既虛光源S1、S2的像），測出兩個清晰的像間距d1及d2，根據(jù)物象公式，虛光源S1、S2的間距d=（第一成像）。d=(第二次成像)而s1=，=s2，故 即 代入公式即可求出波長。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書實驗八 偏振光分析返回工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康挠^察光的偏振現(xiàn)象，分析偏振光，起偏，定光軸二、實驗原理偏振光的基本概念 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面。在傳

33、播過程中，電矢量的振動方向始終在某一確定方向的光稱為平面偏振光工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書或線偏振光，如附圖15（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動和輻射的隨機性，它們所發(fā)射的光的振動面，出現(xiàn)在各個方面的幾率是相同的。故這種光源發(fā)射的光對外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光附圖15（b）。在發(fā)光過程中，有些光的振動面在某個特定方向上出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時間內(nèi)電矢量在某一方向上較強，這種的光稱為部分偏振光，如圖附圖15（c）所示，還有一些光，其振動面的取向和電矢量的大小隨時間作有規(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

34、振光或圓偏振光。工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書 附圖15（a） 附圖15（b） 附圖15（c）（二）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，反射光和折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角達(dá)到某一特定值時，反射光成為完全偏振光，其振動面垂直于入射面（見附圖16）而角就是布儒斯特角，也稱為起偏振角，由布儒斯特定律得工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書例如，當(dāng)光由空氣射向的玻璃板時，=57度45679若入射光以起偏振角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，其振動面平行于入射

35、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。見附圖17。 附圖16 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書2、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。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，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，其示意圖參看附圖18。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（它就是本實驗使用的元件）。附圖17 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書(三)偏振光的檢測 鑒別光的偏振光狀態(tài)的過程稱為檢偏，它所用的裝

36、置稱為檢偏器。實際上，起偏器和檢偏器是通用的。用于起偏的偏振片稱為起偏振器，把它用于檢偏就成為檢偏器了。按照馬呂斯定律，強度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強度為式中為入射光偏振方向與檢偏器偏振軸之間的夾角。顯然，當(dāng)以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光強度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)=0度時，透射光強度最大；當(dāng)=90度時，透射光強度最小（消失狀態(tài)）；當(dāng)0度90度時，透射光強度介于最大值和最小值之間。因此，根據(jù)透射光強度變化的情況，可以區(qū)別光的不同偏振狀態(tài)。 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書(三)偏振光的檢測 鑒別光的偏振光狀態(tài)的過程稱為檢偏，它所用的裝置稱為檢偏器。實際上，起偏器和檢偏器是通用的。用于起偏

37、的偏振片稱為起偏振器，把它用于檢偏就成為檢偏器了。按照馬呂斯定律，強度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強度為式中為入射光偏振方向與檢偏器偏振軸之間的夾角。顯然，當(dāng)以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光強度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)=0度時，透射光強度最大；當(dāng)=90度時，透射光強度最?。ㄏ顟B(tài)）；當(dāng)0度90度時，透射光強度介于最大值和最小值之間。因此，根據(jù)透射光強度變化的情況，可以區(qū)別光的不同偏振狀態(tài)。附圖18工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書（四）偏振光通過波晶片時的情形1.波晶片波晶片是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，其表面平行于晶體的光軸。當(dāng)一束單色平行自然光正入射到波晶片上時，光在晶體內(nèi)部便分解為

38、o光與e光。o光電矢量垂直于光軸;e光電矢量平行于光軸。而o光和e光的傳播方向不變，仍都與表面垂直。但o光在晶體內(nèi)的速度為,e光的為即相應(yīng)的折射率、不同。設(shè)晶片的厚度為L，則兩束光通過晶體后就有位相差,即 工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書式中為光波在真空中的波長。的晶片，稱為全波片，；稱為半波片（/2波片）；為/4片，上面的k都是任意整數(shù)。不論全波片，半波片或/4片都是對一定波長而言。以下直角坐標(biāo)系的選擇，是以e光振動方向為橫軸，o光振動方向為縱軸。沿任意方向振動的光，正入射到波晶片的表面，其振動便按此坐標(biāo)系分解為e分量和o分量。2.光束通過波片后偏振態(tài)的改變平行光垂直入射到波晶片后，分解為e分量和o分量，透過晶片，二者間產(chǎn)生一附加位相差。離開晶片時合成光波的偏振性質(zhì)，決定于及入射光的性質(zhì)。（1）偏振態(tài)不變的情形工程光學(xué)實驗指導(dǎo)書（i）自然光通過波晶片，仍為自然光。因為自然光的兩個正交分量之間的位相差是無規(guī)的，通過波晶片，引入一恒定的位相差，其結(jié)果還是無規(guī)的。（ii）若入射光為線偏振光，其電矢量E平行e軸（或o軸），則任何波長片對它都不起作用，出射光仍為原來的線偏振光。因為這時只有一個分量，談不上振動的合成與偏振態(tài)的改變。除上述二情形外