光學(xué)平臺(tái)組件實(shí)驗(yàn)

光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：第一次課熟悉平臺(tái)組件功能和光路調(diào)整，利用光學(xué)平臺(tái)提供的組件完成光學(xué)實(shí)驗(yàn)測薄凸透鏡焦距自組望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)平行光產(chǎn)生和檢驗(yàn)第二次課利用光學(xué)平臺(tái)提供的組件完成偏振光實(shí)驗(yàn)偏振光的產(chǎn)生于檢驗(yàn)布儒斯特角測定驗(yàn)證馬呂斯定律了解波片作用，研究圓偏光和橢偏光產(chǎn)生和檢驗(yàn)光學(xué)平臺(tái)組件清單一序號(hào)型號(hào)名稱重要指標(biāo)數(shù)量1DH-HNK250氦氖內(nèi)腔激光器250mm;TEM00;2mW12GC0-01M空間濾波器含40X物鏡，三種規(guī)格針孔13GCM-085850M①50.8鏡架24GCM-081150M①50.8鏡架35GCL-010212雙凸透鏡①50.8f150雙棱鏡干涉26GCL-010101被測目鏡①6f9.8mm測目鏡焦距17GCM-081106M①6鏡架18GCL-010215顯微物鏡①10f15mm顯微鏡組裝19GCM-081110M①10鏡架110GCL-010213物鏡①50.8f250mm望遠(yuǎn)鏡組裝111GCL-010172聚光鏡①50.8f50mm幻燈機(jī)組裝，雙棱鏡干涉112GCL-010176放映物鏡①50.8f200mm幻燈機(jī)組裝113GCL-010147①40 f200215GCC-102104反射鏡①40加強(qiáng)鋁316GCM-085840M①40鏡架517GCC-411102五五分光平片①25.4,450-650nm218GCM-0858254M①254鏡架219GCM-420101磁座1220GCM-1302干板夾321GCM-03030276套筒1222GCM-03011276支桿1223GCM-181101M激光管夾持器GCM-180201M124小磁座轉(zhuǎn)接板125GCM-560102M狹縫126GCM-5701M光闌127GCL-200101毛玻璃128GCL-200202白屏100x100x2129GCL-050003偏振片230GCL-0606241/4波片131GCL-0606341/2波片132GCM-0902M偏振片/波片架433GCM-1101M旋轉(zhuǎn)臺(tái)134GCM-0702M棱鏡架135GCI-060411準(zhǔn)直光檢驗(yàn)器236GCI-060411led光源白光137GCG-YP907二維測量分劃板138GCM-081120M分劃板鏡架139卷尺140雙縫（多縫板）杭光141jx8測微目鏡杭光142PT-38讀數(shù)顯微鏡架杭光143PT-13白屏杭光144PT-14品字形物像屏杭光145平臺(tái)面包板長富600*1200*8/12不銹鋼146光功率計(jì)方式1目錄TOC\o"1-5"\h\z?EquationChapter1Section1 光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 4\o"CurrentDocument"光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí) 4\o"CurrentDocument"基本常識(shí) 4\o"CurrentDocument"基本知識(shí) 4\o"CurrentDocument"光學(xué)平臺(tái)組件的工作原理及調(diào)試方法 5\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)?zāi)康?5\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)原理 5\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)步驟 10\o"CurrentDocument"思考題 10\o"CurrentDocument"薄透鏡焦距測量及透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)位置測量 10\o"CurrentDocument"1.3.1.自準(zhǔn)直法測焦距 11\o"CurrentDocument"1.3.2.二次成像法（位移法）測焦距 13\o"CurrentDocument"1.3.3.透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測量 14\o"CurrentDocument"顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡原理與應(yīng)用 17\o"CurrentDocument"顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測 17\o"CurrentDocument"望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量 20\o"CurrentDocument"偏振光實(shí)驗(yàn) 23\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)?zāi)康?24\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)原理 24\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)器材 28\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)步驟 281.光學(xué)平臺(tái)組件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)基本常識(shí)光學(xué)平臺(tái)提供水平、穩(wěn)定的臺(tái)面，一般平臺(tái)都需要進(jìn)行隔振等措施，保證其不受外界因素干擾，使實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。所有光學(xué)鏡片（透鏡、平面鏡、棱鏡、光柵、波片、偏振片、分光鏡等等）通光面不能用手觸摸，需要清潔時(shí)必須用專用鏡頭紙。用于固定鏡片的支架上的固定螺釘和調(diào)節(jié)螺釘要輕扭。白熾燈是復(fù)色光源（白光－由紅、澄、黃、綠、青、藍(lán)、紫色光混合而成）；汞燈是由部分線狀譜的光混合成的復(fù)色光源；鈉燈是準(zhǔn)單色光源（有兩條非常相近的波長），可以用于干涉實(shí)驗(yàn)的光源，只是光強(qiáng)較弱不方便觀測；激光是單色光源（一種波長），是用于干涉實(shí)驗(yàn)的光源。用于實(shí)驗(yàn)的光學(xué)儀器，在做實(shí)驗(yàn)前應(yīng)首先了解各部分的調(diào)節(jié)功能、作用和調(diào)節(jié)范圍，以及標(biāo)尺的讀數(shù)方法?；局R(shí)光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器（如：分光計(jì)、邁克爾遜干涉儀、讀數(shù)顯微鏡、棱鏡攝譜儀），可以用來做多種測試實(shí)驗(yàn)。分光計(jì)可以用于三棱鏡的頂角角度測量，某一波長的色散及色散曲線測量，光柵衍射及光譜觀測，某透明體的折射率測量。實(shí)驗(yàn)用光源有汞燈、鈉燈或激光器。邁克爾遜干涉儀可以用于未知激光波長的實(shí)驗(yàn)測量，微位移的測量，當(dāng)用平行光入射時(shí)，還可以進(jìn)行面形變、氣體折射率或溫度場的實(shí)驗(yàn)觀測。讀數(shù)顯微鏡以鈉燈為光源可以進(jìn)行微小尺寸、球面半徑的測量，還可以進(jìn)行固體熱脹系數(shù)、液體折射率等的測量。棱鏡攝譜儀可以拍攝各種光源（復(fù)色光）的光譜，還可以測量某一線狀光的波長。在光具座上可進(jìn)行的光學(xué)實(shí)驗(yàn)有：薄透鏡的焦距測定，典型光學(xué)系統(tǒng)（顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡）的設(shè)計(jì)，偏振現(xiàn)象的觀測，雙棱鏡的干涉、激光或鈉光燈的波長測量等。在光學(xué)平臺(tái)上可以進(jìn)行各種各樣的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，除上述的各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)外，還可以進(jìn)行許多設(shè)計(jì)性和研究性的實(shí)驗(yàn)、全息干涉測量或全息照相實(shí)驗(yàn)。全息照相分為兩個(gè)步驟：全息記錄和再現(xiàn)。從物理角度說，全息記錄是兩束光（物光和參考光）的干涉圖樣的拍攝和沖洗；全息再現(xiàn)是通過干涉圖片產(chǎn)生的衍射圖像。所有干涉類的實(shí)驗(yàn)，防震是最重要的要求，其次，根據(jù)光的時(shí)間相干性，進(jìn)行干涉的兩束激光（或鈉光）只能從一個(gè)光源分出（分振幅或分波面），且兩束光的光程差不能太大。兩個(gè)同樣的激光器會(huì)因?yàn)榇硕荒苓M(jìn)行干涉。光學(xué)平臺(tái)組件的工作原理及調(diào)試方法本實(shí)驗(yàn)介紹光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計(jì)原理和基本調(diào)試方法，其中基本技能的訓(xùn)練同樣適用于其他光學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計(jì)原理，熟悉其調(diào)節(jié)方法。（2）學(xué)習(xí)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用。（3）學(xué)習(xí)平行光束的調(diào)整方法。實(shí)驗(yàn)原理光學(xué)系統(tǒng)主要部件光學(xué)系統(tǒng)，一般由光源、光路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、成象系統(tǒng)及各種專用部件構(gòu)成。（1） 光源：用于產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所用的光，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要采用不同的光源，常用光源有鹵素?zé)?、汞燈、鈉燈、氦氖激光等。（2）光路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：主要包括光束升降器及各種反光鏡。光束升降器能使激光束的高度提升及轉(zhuǎn)向，有的光束升降器還帶有俯仰微調(diào)裝置；反光鏡的功能是使光路轉(zhuǎn)向。這兩類組件中的光學(xué)元件都是外表面鍍膜的反光鏡。（3）分光系統(tǒng)：分光系統(tǒng)的功能是將一束激光按要求的比例分成兩束，是全息實(shí)驗(yàn)及其它有關(guān)實(shí)驗(yàn)中不可缺少的部件。分光比n定義為1式中A、i2是被分開的兩光束的強(qiáng)度。按照分光的原理，可分成幾何分光及物理分光兩大類。幾何分光意味著在能量分配的過程中，光束主要發(fā)生幾何狀態(tài)的變化，例如傳播方向等，最常見的是利用折射及反射現(xiàn)象的分光鏡；物理分光表示伴隨能量分配，光波的物理狀態(tài)（或結(jié)構(gòu)）發(fā)生變化。例如偏振態(tài)的變化。按照分光比的變化范圍及形式，又可分為分級(jí)分光及連續(xù)分光兩類。（4）擴(kuò)束系統(tǒng)：通常是一個(gè)短焦距的透鏡或透鏡組（例如顯微鏡的物鏡），用以把細(xì)窄的激光束擴(kuò)大，使之照明整個(gè)物體或全息干板。擴(kuò)束時(shí)，通常還需進(jìn)行準(zhǔn)直和空間濾波。（5）成象系統(tǒng)：主要是傅立葉透鏡，是一個(gè)高質(zhì)量消象差的透鏡。在一般系統(tǒng)中，用一對傅立葉透鏡構(gòu)成4F系統(tǒng)。在簡單系統(tǒng)中，一個(gè)傅立葉透鏡兼變換及成象作用。光學(xué)系統(tǒng)各部件除激光器外都安裝在可調(diào)支架上，通過可調(diào)螺旋支架能做上下、左右、前后的平動(dòng)，及繞水平和垂直軸的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)時(shí)手不要碰摸光學(xué)元件，不要對著光學(xué)元件呼氣。各元件間的布局要合理，不要影響調(diào)節(jié)。部件的底部都有一個(gè)磁性表座，調(diào)好后，應(yīng)將磁性表座鎖緊在光學(xué)平臺(tái)上。擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和使用激光束的面積很小，一般都需經(jīng)過擴(kuò)束及準(zhǔn)直，必要時(shí)還需加上針孔濾波器，使其成為面積較大的均勻光斑。激光擴(kuò)束鏡通常使用半球形擴(kuò)束鏡或顯微鏡物鏡。在擴(kuò)束鏡的焦點(diǎn)上放置針孔濾波器，在針孔濾波器后面放置準(zhǔn)直鏡。準(zhǔn)直透鏡與擴(kuò)束鏡構(gòu)成倒裝的伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，如圖1-1。為了獲得均勻的平行光，必須使光學(xué)元件的方位符合盡量減少像差的條件。首先應(yīng)使激光束與全息臺(tái)面平行，其他光學(xué)元件必須共軸。而且，要求發(fā)散或會(huì)聚的光束應(yīng)朝向擴(kuò)束鏡及準(zhǔn)直鏡的曲率半徑R大的表面或平面；平行光應(yīng)朝向R小的表面。通?？捎脽艚z的反射光來判斷R的大小。圖1-1伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)針孔濾波器激光器發(fā)生的光束是高度相干的，即使遇到很小的灰塵，散射后的光束也會(huì)產(chǎn)生干涉，形成很多斑點(diǎn)。擴(kuò)束后這種斑點(diǎn)可以看得非常清楚。對于全息圖來說，這些斑點(diǎn)就是“噪聲”，其存在將影響全息圖的質(zhì)量。針孔濾波器的作用就是讓所需要的光束從針孔中通過，而將經(jīng)灰塵散射后的光擋住。其基本原理如下：由頻譜分析的原理我們知道，激光器發(fā)出的光束基本上是均勻的，其頻譜成分主要是基頻(零頻)，經(jīng)灰塵散射后所形成的斑點(diǎn)的頻譜成分主要是高頻。從傅立葉光學(xué)關(guān)于空間濾波器的原理來分析，針孔濾波器就是一個(gè)低通濾波器。細(xì)窄平行的激光束射到擴(kuò)束鏡后，在擴(kuò)束鏡的后焦面上得到了頻譜，將針孔濾波器放在后焦面(頻譜面)上，并且僅讓零頻通過針孔而擋住了散射光的頻譜，這時(shí)由針孔出射的就是非常干凈的、均勻的光束。當(dāng)針孔的中心準(zhǔn)確地位于擴(kuò)束鏡后焦點(diǎn)時(shí)，針孔的出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)幾乎沒有什么差別。實(shí)際調(diào)節(jié)針孔是一件非常耐心細(xì)致的工作，需反復(fù)調(diào)節(jié)。調(diào)整擴(kuò)束鏡(1)準(zhǔn)備工作：先把激光束調(diào)到合適的高度，并使光束與工作臺(tái)面平行。然后放上擴(kuò)束鏡。(a)激光束與擴(kuò)束鏡光軸重合 (b)激光束與擴(kuò)束鏡不同心 (c)激光束與擴(kuò)束鏡方向不同圖1-2擴(kuò)束鏡的光軸與激光束的光軸位置示意圖在擴(kuò)束鏡L1前放一中心帶孔的光屏A,孔的直徑約為3?5mm,讓激光束無遮擋的通過，在擴(kuò)束鏡后也放一光屏B。A、B兩個(gè)光屏離擴(kuò)束鏡約在5~10cm左右。調(diào)整好的擴(kuò)束鏡的光軸必須與激光束的光軸重合，如圖1-2(a)所示，即要求兩者同位置同方向。這可借助于A和B兩個(gè)光屏上的光斑來判斷是否達(dá)到了要求?？上日{(diào)L1使屏上的光斑盡可能均勻、對稱，可由調(diào)節(jié)L1的橫向坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。然后在屏上仔細(xì)找類似于牛頓環(huán)樣的干涉圓環(huán)。由于光很弱或是沒有調(diào)整好，圓環(huán)出現(xiàn)在遠(yuǎn)離中心的地方如圖1-2⑹所示，甚至看不到圓環(huán)。干涉圓環(huán)是由擴(kuò)束鏡前后兩曲面對入射光的部分反射，在屏上相干涉形成的，仔細(xì)找到出現(xiàn)在屏上的圓環(huán)，然后慢慢調(diào)整擴(kuò)束鏡的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)微調(diào)，直到A、B二屏上的圓環(huán)中心與激光束重合為止。通常要反復(fù)幾次調(diào)平移微調(diào)及旋轉(zhuǎn)微調(diào)才能達(dá)到。調(diào)好的圓環(huán)如圖1-3(a)所示。(a)已調(diào)準(zhǔn)(b)未調(diào)準(zhǔn)(a)已調(diào)準(zhǔn)(b)未調(diào)準(zhǔn)圖1-3干涉圓環(huán)圖樣調(diào)針孔濾波器由于針孔濾波器微調(diào)機(jī)構(gòu)的x、yz三個(gè)方向的平移范圍很小，一般只有3~5mm，所以開始要用光屏找到光束會(huì)聚點(diǎn)的位置。使針孔的三個(gè)微調(diào)旋鈕都處在可調(diào)的中間部位。然后把針孔架放好，使針孔盡可能處于焦點(diǎn)處。一開始從針孔中過來的光可能很少，只能用肉眼對著針孔的后面觀察才能看到一點(diǎn)亮光。為了調(diào)整有效，這時(shí)應(yīng)把下面的磁性座鎖緊。先仔細(xì)微調(diào)x方向和y方向，使透過的光最強(qiáng)。如看不到通過針孔的光，可采用離焦法。使針孔沿z軸向遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的位置移動(dòng)幾毫米后再觀察。這時(shí)針孔處于擴(kuò)展的光場中，易于使光通過針孔，肉眼也便于觀察。如果無論如何也看不到針孔的光，就可能是針孔被灰塵堵塞，可用吹氣球把灰塵吹掉。微調(diào)針孔最佳位置當(dāng)用肉眼觀察到通過針孔的光較強(qiáng)時(shí)，即可用光屏觀察。依次調(diào)節(jié)x、y、z三個(gè)方向的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，使屏上的光越來越強(qiáng)。由于越接近最佳位置，越容易失調(diào)，稍有偏離，屏上的光就會(huì)完全消失，所以要盡量仔細(xì)、輕微、緩慢的進(jìn)行。x、y、z三個(gè)方向的平移微調(diào)鈕，要一個(gè)一個(gè)地調(diào)，不要兩個(gè)一起調(diào)。三個(gè)調(diào)好之后要鎖緊，使處于最佳位置。平行光的產(chǎn)生與檢驗(yàn)激光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡會(huì)聚及針孔濾波器后，由針孔出射的是一束發(fā)散的同心光束，一般要用準(zhǔn)直鏡將它調(diào)成平行光。準(zhǔn)直鏡一般用口徑較大焦距較長的雙膠合透鏡來擔(dān)任，這樣可以得到面積較大的光束，處理較大的圖象。在要求不太高的場合，用薄的單片凸透鏡也可以。下面介紹用準(zhǔn)直鏡獲得平行光的方法。（1） 把準(zhǔn)直鏡放在針孔后面，使準(zhǔn)直鏡較平的一面對著擴(kuò)束鏡，另一面為光束的輸出面。（2） 粗略移動(dòng)準(zhǔn)直鏡，使其前焦點(diǎn)大致與擴(kuò)束鏡的后焦點(diǎn)（即針孔所在位置）重合。（3） 用光屏放在準(zhǔn)直鏡后觀察輸出光束與準(zhǔn)直鏡邊框的影子，橫向平移準(zhǔn)直鏡，使光斑處于框影的中央位置。（4） 旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直鏡，使光軸與激光傳播方向一致?？梢詮臄U(kuò)束鏡前面順著激光傳播方向觀察準(zhǔn)直鏡，可以看到隨準(zhǔn)直鏡光軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)光點(diǎn)，此三個(gè)光點(diǎn)是激光束透過準(zhǔn)直鏡時(shí)，由透鏡玻璃的三個(gè)球形表面部分反射回來的光形成的。當(dāng)此三個(gè)光點(diǎn)的連線與激光束傳播方向重合時(shí)（目視）即可認(rèn)為準(zhǔn)直鏡的光軸方向已調(diào)好。（5） 用平晶檢查輸出光是否平行。平晶是兩個(gè)表面嚴(yán)格平行的一塊玻璃。由薄膜干涉的理論知道，一束光射到平晶上后，在前、后兩個(gè)界面反射的光束將發(fā)生干涉。由于平晶各處的厚度相等，故光程差由光的入射角度決定。當(dāng)入射光調(diào)整為平行光時(shí)，光程差處處相等，整個(gè)光場上的光強(qiáng)應(yīng)均勻分布，看不到干涉條紋。然而由于平晶兩表面不可能絕對平行，而且其折射率也存在某種不均勻性，所以即使平行光照射時(shí)，也會(huì)看到干涉條紋，但這時(shí)干涉條紋的間隔應(yīng)為最大。調(diào)節(jié)時(shí)，將平晶放在準(zhǔn)直透鏡后面使其與入射光成一角度，觀察平晶前后表面反射光形成的干涉條紋，沿z軸平移準(zhǔn)直透鏡位置，直至條紋間隔為最大。如圖1-4所示。

圖1-4平晶檢查輸出光是否平行示意圖（6） 用自準(zhǔn)直法檢查輸出光平行與否。可用一塊平面反射鏡，放在準(zhǔn)直鏡后，使準(zhǔn)直鏡的輸出光經(jīng)平面鏡反射回來。并將針孔濾波器拿掉（可在調(diào)好平行光后再調(diào)針孔濾波器）。用一帶孔的光屏放在擴(kuò)束鏡的會(huì)聚點(diǎn)上，使激光束從屏孔中無阻擋的通過。這樣由平面鏡反射回來的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡后又會(huì)聚到帶孔的屏上。轉(zhuǎn)動(dòng)反射平面鏡使會(huì)聚光斑在小孔的近旁。當(dāng)前后移動(dòng)準(zhǔn)直鏡時(shí)可看到光斑的大小在變化。當(dāng)光斑最小時(shí)即認(rèn)為已經(jīng)調(diào)好，這時(shí)由準(zhǔn)直鏡輸出的光為平行光。實(shí)驗(yàn)步驟（1） 將出射激光擴(kuò)束。（2） 用針孔濾波器濾波。（3） 調(diào)節(jié)平行光，并用平晶和自準(zhǔn)直法檢查輸出光平行度。思考題（1） 用平晶檢查輸出光時(shí)，為什么條紋最少時(shí)即為平行光？（2） 用自準(zhǔn)直法檢查輸出光時(shí)，為什么會(huì)聚光斑最小是即為平行光？薄透鏡焦距測量及透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)位置測量透鏡分為會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡兩類，當(dāng)透鏡厚度與焦距相比甚小時(shí)，這種透鏡稱為薄透鏡。如圖1-5所示，設(shè)薄透鏡的像方焦距為f'，物距為l，對應(yīng)的(1-1)(1-2)像距為r,在近軸光線的條件下.透鏡成像的高斯公式為(1-1)(1-2)l'lf'ii'口應(yīng)用上式時(shí)必須注意各物理量所適用的符號(hào)法則。在本實(shí)驗(yàn)中我們規(guī)定，距離自參考點(diǎn)（薄透鏡光心）量起。與光線行進(jìn)方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)，運(yùn)算時(shí)已知量須添加符號(hào)，未知量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其物理意義。測量會(huì)聚透鏡焦距的一般方法有：靠測量物距與像距求焦距。具體方法是：用反射照明光后的實(shí)物作為光源，其發(fā)出的光線經(jīng)會(huì)聚透鏡后，在一定條件下成實(shí)像，可用白屏獲取實(shí)像加以觀察，通過測定物距和像距，利用式（1-2）即可算出f。但是此種方法精度不高。1.3.1.自準(zhǔn)直法測焦距自準(zhǔn)直法是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的方法。在光學(xué)信息處理中，自準(zhǔn)直法測量透鏡焦距，簡單迅速，能直接測得透鏡焦距的數(shù)值。在光學(xué)信息處理中，多使用相干的平行光束，而自準(zhǔn)直法作為檢測平行光的手段之一，仍不失為一種重要的方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。（2）掌握薄透鏡焦距的常用測定方法。（3）研究透鏡成像的規(guī)律。基本原理如圖1-6自準(zhǔn)直法測會(huì)聚透鏡焦距原理圖所示，若物體AB正好處在透鏡L的前焦面處，那么物體上各點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過透鏡后，變成不同方向的平行

光，經(jīng)透鏡后方的反射鏡M把平行光反射回來，反射光經(jīng)過透鏡后，成一倒立的與原物大小相同的實(shí)象AB,像AB位于原物平面處。即成像于該透鏡的前焦面上。此時(shí)物與透鏡之間的距離就是透鏡的焦距f，它的大小可用刻度尺直接圖1-6自準(zhǔn)直法測會(huì)聚透鏡焦距原理圖實(shí)驗(yàn)儀器激光平行光源(包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等)干板架目標(biāo)板(4)待測透鏡(①=40.0mm，f=200.0mm)反射鏡二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架光學(xué)平臺(tái)，支桿，調(diào)節(jié)支座實(shí)驗(yàn)步驟圖1-7自準(zhǔn)直光路裝配圖(2)移動(dòng)待測透鏡，直至在目標(biāo)板上獲得鏤空圖案的倒立實(shí)像；調(diào)整反射鏡，并微調(diào)待測透鏡，使像最清晰且與物等大(充滿同一圓面積)；分別記下目標(biāo)板和被測透鏡的位置ai、a2；計(jì)算：八ai_a2；(6)重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦距，取平均值。1.3.2.二次成像法(位移法)測焦距二次成像法(也稱位移法)測量焦距是通過兩次成像，測量出相關(guān)數(shù)據(jù)通過成像公式計(jì)算出透鏡焦距。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸。掌握薄透鏡焦距的常用測定方法研究透鏡成像的規(guī)律?；驹碛赏哥R兩次成像求焦距方法如下當(dāng)物體與白屏的距離l>4f時(shí)，保持其相對位置不變，則會(huì)聚透鏡置于物體與白屏之間，可以找到兩個(gè)位置，在白屏上都能看到清晰的像．如圖1-8所示，透鏡兩位置之間的距離的絕對值為d,運(yùn)用物像的共扼對稱性質(zhì)，容易證

4l(1-3)4l(1-3)上式表明.只要測出d和/，就可以算出f'.由于是通過透鏡兩次成像而求得的f'，這種方法稱為二次成像法或貝塞爾法.這種方法中不須考慮透鏡本身的厚度，因此用這種方法測出的焦距一般較為準(zhǔn)確.儀器用具（1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2）干板架（3）目標(biāo)板（4）待測透鏡（①=40.0mm，f=80.0mm）（5）光屏（6）二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架（7）導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等實(shí)驗(yàn)步驟（1） 布置各器件并調(diào)至共軸，使目標(biāo)板與光屏之間的距離l>4f'；（2） 移動(dòng)待測透鏡，使被照亮的目標(biāo)板在光屏上成一清晰的放大像，記下待測透鏡的位置和目標(biāo)板與分劃板間的距離l；（3） 再移動(dòng)待測透鏡，直至在像屏上成一清晰的縮小像，記下L的位置a，判斷清晰像時(shí)在像屏位置放上反射鏡，當(dāng)目標(biāo)板成像與目標(biāo)圖案完全重合2時(shí)，為清晰像；（4） 計(jì)算：d=ai—a2（5）重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算焦距，取平均值。1.3.3.透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測量每個(gè)厚透鏡及共軸球面透鏡組都有六個(gè)基點(diǎn)。即兩個(gè)焦點(diǎn)F,F'；兩個(gè)主點(diǎn)H,H；兩個(gè)節(jié)點(diǎn)N,N。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解透鏡組的基點(diǎn)的一般特性（2） 學(xué)習(xí)測定光具組基點(diǎn)和焦距的方法基本原理（1） 主面和主點(diǎn)若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在第一主點(diǎn)H處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于第二主點(diǎn)H'處，即主點(diǎn)是橫向放大率0=+1的一對共軛點(diǎn)。過主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一和第二主面，如圖1-9中的MH和MH'。（2） 節(jié)點(diǎn)和節(jié)面節(jié)點(diǎn)是角放大率y=+1的一對共軛點(diǎn)。入射光線（或其延長線）通過第一節(jié)點(diǎn)N時(shí)，出射光線（或其延長線）必通過第二節(jié)點(diǎn)M，并與N的入射光線平行（如圖1-9）。過節(jié)點(diǎn)垂直于主光軸的平面分別稱為第一和第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。圖1-9透鏡組光路示意圖（3）焦點(diǎn)、焦面平行于系統(tǒng)主軸的平行光束，經(jīng)系統(tǒng)折射后與主軸的交點(diǎn)F'稱為像方焦點(diǎn)；過F垂直于主軸的平面稱為像方焦面。第二主點(diǎn)H'到像方焦點(diǎn)F的距離，稱為系統(tǒng)的像方焦距f。此外，還有物方焦點(diǎn)F及焦面和焦距f。

L.S.L.S.圖1-10測量基點(diǎn)示意圖綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異。實(shí)際使用透鏡組時(shí)，多數(shù)場合透鏡組兩邊都是空氣，物方和像方媒質(zhì)的折射率相等，此時(shí)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合。本實(shí)驗(yàn)以兩個(gè)薄透鏡組合為例，主要討論如何測定透鏡組的節(jié)點(diǎn)（主點(diǎn)）。設(shè)L為已知透鏡焦距等于-厶的凸透鏡，L.S.為代測透鏡組，其主點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）為H、H'（N、N），像焦點(diǎn)為F；當(dāng)AB（高度已知）放在L的前焦點(diǎn)處時(shí)，它經(jīng)過L以及L.S?將成像AB于L.S?的后焦面上。因?yàn)锳O||A'N,AB||A'B‘,OB||NB‘，所以AAOBs山NB，即AB_AfBf一f0廣，所以f_-fo等（3-1）因此我們可以通過測量AB的大小，從而得到f的數(shù)值。因?yàn)槭瞧叫泄馊肷涞酵哥R組上，所以像AB的位置就是Ff的位置。Ff的位置既然確定，而NF=f，因此N的位置也就確定了。把L.S.的入射方向和出射方向互相顛倒，即可測定F和N的位置。本實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合，所以H和H的位置也得到確定。儀器用具1） 激光平行光源（包括激光器,擴(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡等）（2）干板架

3）目標(biāo)板（4）標(biāo)準(zhǔn)透鏡（O=40.0mm,f=80.0mm）5）一維調(diào)節(jié)滑塊導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等6） 節(jié)點(diǎn)器（含兩O=40透鏡,f=200和f=350）7） 固定套8）支桿底座（GCM-5305M）9） 反射鏡10） 二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架實(shí)驗(yàn)步驟（1）安置各器件,調(diào)整各光學(xué)元件同軸等高。（2） 借助反射鏡調(diào)節(jié)目標(biāo)板（目標(biāo)板圖案為正方形，邊長10mm）與標(biāo)準(zhǔn)透鏡（透鏡焦距為-厶）之間的距離，使目標(biāo)板（物方圖案寬度為曾）位于透鏡L0的前焦面。（自準(zhǔn)直法）（3） 借助反射鏡找到節(jié)點(diǎn)器后方清晰像的位置a，用分劃板替換平面鏡，測量清晰像的寬度h2。記錄節(jié)點(diǎn)器在導(dǎo)軌上的位置b，從節(jié)點(diǎn)器上讀出透鏡L2的偏移量c。f'f'4）計(jì)算像方焦距fh-J2

0h1像方主點(diǎn)H'與節(jié)點(diǎn)器中透鏡L光心的距離為d'二f'—（a—b+c）2（5） 將節(jié)點(diǎn)架旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)第3步，測得數(shù)據(jù)h，a'，b'，H計(jì)算物方3焦距f,物方主點(diǎn)H與節(jié)點(diǎn)器中透鏡L光心的距離d。1（6） 繪圖標(biāo)示節(jié)點(diǎn)器中透鏡組的主面及基點(diǎn)位置。顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡原理與應(yīng)用1.4.1.顯微鏡搭建與光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測顯微鏡主要是用來幫助人眼觀察近處的微小物體，顯微鏡與放大鏡的區(qū)別是二級(jí)放大。通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更了解顯微鏡的原理，自己搭建顯微鏡，測量相關(guān)參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)顯微鏡的原理及使用顯微鏡觀察微小物體的方法2）學(xué)習(xí)測定顯微鏡放大倍數(shù)的方法；3）測量顯微鏡的分辨本領(lǐng)?；驹碜詈唵蔚娘@微鏡是由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。其中，物鏡的焦距很短，目鏡的焦距較長。它的光路如圖1-11所示。圖中的L為物鏡（焦點(diǎn)在F和F），其焦o00距為f；L為目鏡，其焦距為f。將長度為y的被觀測物體AB放在L的焦距oee1o外且接近焦點(diǎn)F處，物體通過物鏡成一放大倒立實(shí)像A'B'（其長度為y），此實(shí)02像在目鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，經(jīng)過目鏡放大，結(jié)果在明視距離D上得到一個(gè)放大的虛像A"B"（其長度為y）。虛像A"B"對于被觀測物AB來說是倒立的。由圖31-11可見，顯微鏡的放大率為(1-4)v tan屮 yI' yy(1-4)丫= = 3_2=——3-2y2y1tanQy:—ly2y1-Il12-Il為目鏡的放大率；式中，￡二沁—=0(因—=D),

y—lfe 2為目鏡的放大率；-ll-ll—￡二--=0（因比fo大得多），為物鏡的放大率。y—lfo12eA為顯微物鏡焦點(diǎn)F到目鏡焦點(diǎn)F之間的距離，稱為物鏡和目鏡的光學(xué)間oe隔。因此式（1-4）可改寫成(1-5)DAQQ(1-5)丫二二卩卩ffeo

e0由式（1-5）可見，顯微鏡的放大率等于物鏡放大率和目鏡放大率的乘積。在f、f、A和D為已知的情形下，可以利用式（1-5）算出顯微鏡的放大率。eo圖1-11簡單顯微鏡的光路圖儀器用具白光點(diǎn)光源開口式二維調(diào)節(jié)透鏡/反射鏡支架光源探頭夾持器顯微目鏡(10X，帶分劃板)(5)干板架(6)支桿底座(GCM-5305M)(7)毛玻璃(8)干板架(9)分辨率板(10)顯微物鏡(①=20.0mm,f=50.0mm)(11)導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等五、實(shí)驗(yàn)步驟(1)參照圖1-11布置各器件，調(diào)整光學(xué)元件同軸等高。將透鏡Lo和Le之間的距離定位195mm。觀測分辨率板上線數(shù)對為10的區(qū)間，從目鏡分劃板上讀出此區(qū)間的長度。計(jì)算顯微鏡的物鏡放大率。（5）觀察分辨率板，記錄能夠清晰分辨的分辨率板區(qū)間。1.4.2.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的搭建和參數(shù)測量望遠(yuǎn)鏡是幫助人們看清遠(yuǎn)處物體以便觀察、瞄準(zhǔn)與測量的一種助視儀器，通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更加了解望遠(yuǎn)鏡原理，自己搭建望遠(yuǎn)鏡，測量相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)了解望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及原理；（2）學(xué)習(xí)測定望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)的方法；（3）理解分辨本領(lǐng)的含義?；驹硗h(yuǎn)鏡是如何把遠(yuǎn)處的景物移到我們眼前來的呢？這靠的是組成望遠(yuǎn)鏡的兩塊透鏡。望遠(yuǎn)鏡的前面有一塊直徑大、焦距長的凸透鏡，名叫物鏡；后面的一塊透鏡直徑小焦距短，叫目鏡。物鏡把來自遠(yuǎn)處景物的光線，在它的后面匯聚成倒立的縮小了的實(shí)像，相當(dāng)于把遠(yuǎn)處景物一下子移近到成像的地方。而這景物的倒像又恰好落在目鏡的前焦點(diǎn)處，這樣對著目鏡望去，就好象拿放大鏡看東西一樣，可以看到一個(gè)放大了許多倍的虛像。這樣，很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的景物，在望遠(yuǎn)鏡里看來就仿佛近在眼前一樣。常見望遠(yuǎn)鏡可簡單分為伽利略望遠(yuǎn)鏡，開普勒望遠(yuǎn)鏡等。伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史中占有重要地位。它由一個(gè)凹透鏡（目鏡）和一個(gè)凸透鏡（物鏡）構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能直接成正像。但自從開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)明后此種結(jié)構(gòu)已不被專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡采用，而多被玩具級(jí)的望遠(yuǎn)鏡采用，所以又被稱做觀劇鏡。開普勒望遠(yuǎn)鏡：原理由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間有一個(gè)實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。

圖1-12圖1-12開普勒望遠(yuǎn)鏡光路示意圖為能觀察到遠(yuǎn)處的物體，物鏡用較長焦距的凸透鏡，目鏡用較短焦距的凸透鏡。遠(yuǎn)處射來光線（視為平行光），經(jīng)過物鏡后，會(huì)聚在它的后焦點(diǎn)外離焦點(diǎn)很近的地方，成一倒立、縮小的實(shí)像。目鏡的前焦點(diǎn)和物鏡的后焦點(diǎn)是重合的。所以物鏡的像作為目鏡的物體，從目鏡可看到遠(yuǎn)處物體的倒立虛像，由于增大了視角，故提高了分辨能力，見圖1-12。e當(dāng)觀測無限遠(yuǎn)處的物體時(shí)，物鏡的焦平面和目鏡的焦平面重合，物體通過物鏡成像在它的后焦面上，同時(shí)也處于目鏡的前焦面上，因而通過目鏡觀察時(shí)成像于無限遠(yuǎn)，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡的放大率為：e(1-6)由此可見，望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡和目鏡焦距之比。若要提高望遠(yuǎn)鏡的放大率，可增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡觀測近處物體時(shí)，其成像的光路圖可用圖1-13來表示。圖中l(wèi)、l和l、l分別為透鏡L和L成像時(shí)的物距和像距，A是物鏡和目鏡焦點(diǎn)之1122oe間的距離，即光學(xué)間隔（在實(shí)用望遠(yuǎn)鏡中是一個(gè)不為零的小數(shù)量）。由圖1-13可得AByTOC\o"1-5"\h\ztan申= =yOrBrl2AB y yl\o"CurrentDocument"tan甲= =i= 2-1O'B—l+廠一/ V（—l+廠一/）112112

2zLAo3LEFeB2zLAo3LEFeBw圖1-13觀察近處物體時(shí)望遠(yuǎn)鏡的光路圖故觀察近處物體時(shí)望遠(yuǎn)鏡的放大率為(1-7)tan屮 l'(-l+廠)(1-7)Y= =T1 1tan甲1112在滿足近軸光線和薄透鏡條件前提下，利用透鏡成像公式，可得fl—o1—l-f1o為了把放大的虛像y3與物體yi直接比較，必須使y3和yi處于同一平面內(nèi),即要求l2=l1+l1+l2。同時(shí)引入望遠(yuǎn)鏡鏡筒長度心l1+l2，并利用l1和l2兩個(gè)表達(dá)式，得(1-8)_/T(-l+1+f、f

Y=—1-2=(—1 e)o(1-8)-l-ff1o e在測出f、f、l和l后，由式(1-8)可算出望遠(yuǎn)鏡的放大率。顯然當(dāng)物距oe1l>>f時(shí)，因式(1-8)中括號(hào)內(nèi)的量接近于1，式(1-8)變回式(1-6)。1o望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)用它的最小分辨角59來表示。由光的衍射理論知：59(理論)二1.22—D式中，久為照明光波的波長，D為望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑，角度59的單位是弧度。即兩個(gè)物體如果對望遠(yuǎn)鏡的張角小于59(理論)值。則望遠(yuǎn)鏡將無法分辨它們是兩個(gè)物體(兩個(gè)物體重疊成一個(gè)像)。儀器用具標(biāo)尺干板架磁力表座(4)物鏡(040.0f150.0)一維調(diào)節(jié)滑塊一維調(diào)節(jié)滑塊(7)目鏡(O=20.0mm,f=30.0mm；①=20.0mm,f=-40.0)8)導(dǎo)軌，滑塊，支桿，調(diào)節(jié)支座等五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)按照圖1-12組裝開普勒望遠(yuǎn)鏡(物鏡選擇/=150mm,目鏡選擇=30mm),調(diào)整光學(xué)元件同軸等高。(2)將標(biāo)尺安放在距離望遠(yuǎn)鏡物鏡大于1米處,用一只眼睛直接觀察標(biāo)尺,同時(shí)用另外一只眼睛通過望遠(yuǎn)鏡的目鏡看標(biāo)尺的像,并對準(zhǔn)標(biāo)尺上兩個(gè)紅色標(biāo)記間的區(qū)間，長度為L。經(jīng)適應(yīng)性練習(xí)，獲得被望遠(yuǎn)鏡放大的和直觀的標(biāo)尺的疊加像。測出紅色標(biāo)記內(nèi)標(biāo)尺的長度L，則其放大率為量出望遠(yuǎn)鏡的鏡筒長度l和物距1],按照式(1-8)計(jì)算其放大率，并與實(shí)驗(yàn)觀察出來的放大率進(jìn)行比較。替換目鏡(f=-40mm)，搭建伽利略望遠(yuǎn)鏡，重復(fù)(2)(3)(4)步。由波長和物鏡孔徑，理論計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的的最小分辨角59。偏振光實(shí)驗(yàn)光波是一種電磁波、因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向，所以光波的速度與電矢量E和磁矢量H相互垂直。在光波的影響中，通常H的影響是較小的，E的影響最大，所以通常把E稱為光矢量，光的偏振態(tài)也是由E來決定。光的偏振現(xiàn)象是光學(xué)中一種重要現(xiàn)象，是驗(yàn)證光是橫波的重要依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)通過對偏振現(xiàn)象的理論分析，并從實(shí)驗(yàn)操作入手，通過觀測各波片之后的偏振態(tài)變化和偏振光的光強(qiáng)，對光的偏振現(xiàn)象作出理論與實(shí)驗(yàn)的解釋。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 了解光的偏振態(tài)的性質(zhì)；2） 了解波片的作用及圓偏光和橢偏光的；3） 驗(yàn)證馬呂斯定律；利用布儒斯特角測量介質(zhì)的折射率實(shí)驗(yàn)原理按照光的電磁理論，光波就是電磁波，電磁波是橫波，所以光波也是橫波。在大多數(shù)情況下，電磁輻射同物質(zhì)相互作用時(shí)，起主要作用的是電場，因此常以電矢量作為光波的振動(dòng)矢量。其振動(dòng)方向相對于傳播方向的一種空間取向稱為偏振，光的這種偏振現(xiàn)象是橫波的特征。圖1-14自然光根據(jù)偏振的概念，如果電矢量的振動(dòng)只限于某一確定方向的光，稱為平面偏振光，亦稱線偏振光；如果電矢量隨時(shí)間作有規(guī)律的變化，其末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓（或圓），這樣的光稱為橢圓偏振光（或圓偏振光）；若電矢量的取向與大小都隨時(shí)間作無規(guī)則變化，各方向的取向率相同，稱為自然光，如圖1-14所圖1-14自然光凡是電振動(dòng)只限于某一確定方向和該方向的負(fù)方向的光稱為線偏振光（亦稱平面偏振光）。在垂直于光傳播方向的任一確定平面內(nèi)，光波電矢量端點(diǎn)隨時(shí)間作橢圓運(yùn)動(dòng)的光稱作橢圓偏振光；作圓運(yùn)動(dòng)的稱作圓偏振光。以上三種統(tǒng)稱完全偏振光，若在垂直于光傳播方向的平面（簡稱迎光平面）內(nèi)，電矢量的取向與大小都隨時(shí)間作無規(guī)則變化，且各方向的取向幾率相同，彼此之間沒有固定的位相關(guān)系，則稱為自然光。自然光和線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光三者的任一個(gè)組合起來，就成為部分偏振光。獲得偏振光的方法（1）非金屬鏡面的反射，當(dāng)自然光從空氣照射在折射率為n的非金屬鏡面（如玻璃、水等）上，反射光與折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角增大到某一特定值?o時(shí)，鏡面反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于射面，這時(shí)入射角?稱為布儒斯特角，也稱起偏振角，由布儒斯特定律得：(1-9)其中，n為折射率。（2）多層玻璃片的折射，當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到疊在一起的多層平行玻璃片上時(shí)，經(jīng)過多次反射后透過的光就近似于線偏振光，其振動(dòng)在入射面內(nèi)。（3）晶體雙折射產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光），均為線偏振光。（4）用偏振片可以得到一定程度的線偏振光。偏振片偏振片是利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性，將其滲入透明塑料薄膜中，經(jīng)定向拉制而成。它能吸收某一方向振動(dòng)的光，而透過與此垂直方向振動(dòng)的光，由于在應(yīng)用時(shí)起的作用不同而叫法不同，用來產(chǎn)生偏振光的偏振片叫做起偏器，用來檢驗(yàn)偏振光的偏振片叫做檢偏器。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：I=10cos20 （1-10）式中0為入射偏振光的偏振方向與檢偏器偏振化方向之間的夾角，顯然當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I發(fā)生周期性變化。當(dāng)0=0°時(shí)，透射光強(qiáng)最大；當(dāng)0=90°時(shí)，透射光強(qiáng)為極小值（消光狀態(tài)）；當(dāng)0°<0<90°時(shí)，透射光強(qiáng)介于最大和最小之間。自然光通過起偏器后可變?yōu)榫€偏振光，線偏振光振動(dòng)方向與起偏器的透光軸方向一致。因此，如果檢偏器的透光軸與起偏器的透光軸平行，則在檢偏器后面可看到一定光強(qiáng)，如果二者垂直時(shí)，則無光透過，如圖1-15所示。其中（a）圖為起偏器透光軸P1與檢偏器透光軸P2平行的情況；（b）圖為起偏器透光軸P1與檢偏器透光軸P2垂直的情況。此時(shí)透射光強(qiáng)為零，此種現(xiàn)象稱為消光。在實(shí)驗(yàn)中要經(jīng)常利用“消光”現(xiàn)象來判斷光的偏振狀態(tài)。適光軸i-0起偏器 檢偏罟<b）圖適光軸i-0起偏器 檢偏罟<b）圖1-15偏振光馬呂斯定律如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面E表示）投射在起偏器P上（圖3-2）,只有相當(dāng)于它的成份之一的E（平行于光軸方向的矢量）能夠通過，另一成份yE（=Ecos9）則被吸收。與此類似，若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅x0為E，則透過A的振幅為Ecos9（這里9是P與A偏振化方向之間的夾角）。由00于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，可知透射光強(qiáng)I隨9而變化的關(guān)系為I=ICOS29 （1-11）0這就是馬呂斯定律。布儒斯特角當(dāng)光從折射率為n的介質(zhì)（例如空氣）入射到折射率為n的介質(zhì)（例如玻12璃）交界面，而入射角又滿足：(1-12)n(1-12)9=tan—

n1時(shí)，反射光即成完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面。9稱布儒斯特角，B上式即布儒斯特定律。顯然，9角的大小因相關(guān)物質(zhì)折射率大小而異。若n表B1示的是空氣折射率，（數(shù)值近似等于1）上式可寫成：圖1-16圖1-16布儒斯特定律波片波片也稱相位延遲片，是由晶體制成的厚度均勻的薄片，其光軸與薄片表

面平行，它能使晶片內(nèi)的。光和e光通過晶片后產(chǎn)生附加相位差。根據(jù)薄片的厚度不同，可以分為1/2波長片，1/4波長片等，所用的1/2、1/4波長片皆是對鈉光而言的。當(dāng)線偏振光垂直射到厚度為L表面平行于自身光軸的單軸晶片時(shí)，則尋常光（o光）和非常光（e光）沿同一方面前進(jìn)，但傳播的速度不同。這兩種偏振光通過晶片后，它們的相位差?為：甲二2n（n-n）L （1-13）人oe其中，尢為入射偏振光在真空中的波長，no和ne分別為晶片對o光和e光的折射率，L為晶片的厚度。橢圓偏振光和圓偏振光我們知道，兩個(gè)互相垂直的，同頻率且有固定相位差的簡諧振動(dòng)，可用下列方程表示（通過晶片后o光和e光的振動(dòng)）：(1-14)X二Asin①t(1-14)Y二Asin（①t+p）o從兩式中消去t,經(jīng)三角運(yùn)算后得到全振動(dòng)的方程式為：X2Y22XY(1-15)+ + cos串二sin2p(1-15)A2A2AAeoeo由此式可知；當(dāng)p=心（K=0，1.2.……）時(shí)，為線偏振光。當(dāng)p=（2K+1）n（K=0，1.2.……）時(shí)，為正橢圓偏振光。在Ao=AM，2 oe為圓偏