應(yīng)用光學(xué)實驗指導(dǎo)書

應(yīng)用光學(xué)實驗指導(dǎo)書應(yīng)用光學(xué)實驗指導(dǎo)書/應(yīng)用光學(xué)實驗指導(dǎo)書應(yīng)用光學(xué)實驗指導(dǎo)書劉冬梅、王文生等主編長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院2005年目 錄[實驗一]透鏡焦距的丈量[實驗二]望遠(yuǎn)系統(tǒng)特征參數(shù)的丈量[實驗三]顯微系統(tǒng)特征參數(shù)的丈量[實驗四]幾何象差的現(xiàn)象及規(guī)律[實驗五]立體判釋儀[實驗六]自組顯微鏡[實驗七]自組望遠(yuǎn)鏡[實驗八]考證透鏡成像及光芒流傳規(guī)律的實驗[實驗九]色度學(xué)實驗[實驗十]激光光學(xué)系統(tǒng)（演示型實驗）[實驗十一]傅立葉光學(xué)系統(tǒng)（演示型實驗）[實驗一] 透鏡焦距的丈量一、實驗?zāi)康?、掌握放大倍率法丈量焦距的原理、和步驟；2、熟習(xí)焦距儀的基本構(gòu)造并掌握焦距的丈量技術(shù)。二、實驗內(nèi)容丈量正透鏡的焦距，并給出正確的丈量結(jié)果三、實驗儀器型焦距儀（或光具座）及相應(yīng)附件，待測的正透鏡四、放大倍率法測焦距的原理放大倍率法丈量正透鏡焦距的原理如圖 1－1所示。將待測物鏡置于平行光管物鏡以前，并在平行光管物鏡焦面處擱置彼羅板。彼羅板上刻有若干已知間距的刻線對（依據(jù)不一樣的彼羅板其刻線對數(shù)也稍有不一樣，線對從中心往外數(shù)挨次為2mm,4mm,8mm）。任取一刻線對作為物，設(shè)此間距為y，則經(jīng)待測透鏡成像后在待測透鏡焦面上成象為y，如丈量顯微鏡丈量則測得y的象y為：yy（式中為顯微物鏡的放大率），則待測物鏡的焦距可由下式求得：fy（1－1）fcy式中fc為平行光管物鏡焦距。五、丈量方法1、第一將已知刻線對的彼羅板擱置于平行光管的物鏡焦平面上，并用丈量顯微鏡對該彼羅板的線對進(jìn)行調(diào)焦， 直至視場中出現(xiàn)清楚的像，選擇彼羅板的此中一對刻線作為物 y，測量出物的像的大小 y，則獲取丈量顯微鏡的物鏡放大率：y/y。2、將待測物鏡擱置于透鏡夾持器中，并調(diào)整透鏡、平行光管及丈量顯微鏡三者光軸共軸。圖1－13、微調(diào)顯微鏡，使刻線象清楚忽視差的成在測微目鏡的分劃板上，再次丈量象的大小y。4、將y代入到公式（1－1）中，即可求出待測透鏡的焦距。此種丈量透鏡焦距的方法丈量偏差較小，精度較高，當(dāng)待測透鏡象質(zhì)較好且丈量顯微鏡的實質(zhì)利用的數(shù)值孔徑不太小時，可達(dá) f/f 0.3%。六、丈量薄透鏡焦距的一般方法介紹1、遠(yuǎn)物法測焦距：位于無窮遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)待測透鏡進(jìn)行成像， 其像由接收屏接收，則待測透鏡到接收屏之間的距離即為透鏡焦距。此種丈量方法原理十分簡單，丈量也極為方便，但偏差較大。且實驗過程中也能夠用物距 l 20f來模擬無窮遠(yuǎn)的物體。此種丈量方法的相對丈量偏差為： f/f 5%。2、經(jīng)過分別丈量物距及像距來求取透鏡焦距：該方法可在簡略光具座上實現(xiàn)。第一采納遠(yuǎn)物法粗測被測透鏡的焦距大小，而后在光具座上挨次擱置物平面（物為一個帶有透明箭頭的黑屏）及接收屏，且使兩者間距大概為4倍的焦距。將待測透鏡嵌入透鏡夾持器上，并將夾持器置于兩屏之間，則當(dāng)以光源照明物體時，物體將經(jīng)透鏡進(jìn)行成像，沿導(dǎo)軌前后挪動透鏡，直至在接收屏上能夠看到清楚的像，讀取物平面到透鏡的距離（導(dǎo)軌上有刻劃線）即為物距l(xiāng)，則像距為lLl，故焦距可按下式計算：111（1－2）l l f當(dāng)采納此種方法進(jìn)行丈量時，其焦距相對丈量偏差約為1% f /f 5%。3、兩次成像法丈量焦距用微分求極值法或依據(jù)光芒的可逆性能夠證明：當(dāng)物、像間距L略大于4f時，前后挪動透鏡的地點必定能夠獲取兩個地點，在此兩個地點處都能夠在接收屏上接收到實像（如圖1－2所示），若透鏡的兩次成像的地點間距為d，則待測透鏡的焦距為：fL2d2（－）4L13該法的相對丈量偏差約為 1%~2%。圖1－2值得注意的是以上幾種方法僅合用于正透鏡的丈量，假如待測透鏡為負(fù)透鏡，則需要借助正透鏡與負(fù)透鏡構(gòu)成一透鏡組來加以丈量。七、思慮：1、如何保證平行光管、待測物鏡與丈量顯微鏡三者共軸？3、當(dāng)精細(xì)測焦距時，對平行光管及丈量顯微鏡有哪些要求？[實驗二] 望遠(yuǎn)系統(tǒng)特征參數(shù)的丈量一、實驗?zāi)康慕?jīng)過對望遠(yuǎn)系統(tǒng)特征參數(shù)的實質(zhì)丈量，進(jìn)一步掌握望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本成像原理，同時加深對其各參數(shù)的理解。二、實驗內(nèi)容實質(zhì)丈量望遠(yuǎn)系統(tǒng)的出瞳及出瞳距的大小。三、實驗儀器平行光管、待測望遠(yuǎn)系統(tǒng)（經(jīng)緯儀或水平儀） 、倍率計等。四、丈量原理關(guān)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)來而言，物鏡框就是孔徑光闌，也為入瞳；物鏡框經(jīng)后邊的目鏡所成的像即為望遠(yuǎn)系統(tǒng)的出瞳 D，出瞳到望遠(yuǎn)系統(tǒng)目鏡最后一面的極點的距離就是出瞳距離P，如圖2－1所示。圖2－1利用倍率計能夠簡單而比較精準(zhǔn)的丈量出出瞳直徑及出瞳距。倍率計的構(gòu)造原理如圖2－2所示，其光學(xué)系統(tǒng)是一個低倍的顯微鏡，物鏡的放大率是1倍，目鏡是倍，分劃板上刻實用來丈量出瞳像直徑的標(biāo)尺，其刻劃范圍為10mm。別的，顯微鏡能夠在外筒內(nèi)前后挪動，在顯微鏡筒上有一根長度標(biāo)尺，刻劃范圍為0~80mm，格值為1mm（在外筒上有一窗口可見到此標(biāo)尺）。當(dāng)顯微鏡在外筒內(nèi)挪動時，標(biāo)尺可指示出它的地點，以方便的丈量出出瞳距。圖2－2五、丈量步驟（一）望遠(yuǎn)系統(tǒng)出瞳直徑的丈量1、丈量前將被測望遠(yuǎn)系統(tǒng)的目鏡視度調(diào)整到零，使儀器處于正常工作狀態(tài)。2、將平行光管、被測望遠(yuǎn)系統(tǒng)、倍率計如圖2－3挨次擱置，并調(diào)整三者共軸等高。圖2－33、經(jīng)過倍率計察看望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡框所成之像，并對出瞳亮斑調(diào)焦，進(jìn)而使被測系統(tǒng)的出瞳在倍率計分劃板中心部位上成清楚的像，此時從倍率計分劃板上的刻線值即可正確地讀出被測系統(tǒng)的出瞳直徑的大小 D。（二）望遠(yuǎn)系統(tǒng)出瞳距離的丈量1、當(dāng)倍率計調(diào)焦在出瞳面上時，從倍率計外筒窗口上也能夠讀得一個讀數(shù)，此讀數(shù)即為沿軸方向的出瞳面的地點 a1。2、而后，沿倍率計外筒拉動顯微鏡，將它調(diào)焦在被測系統(tǒng)目鏡的最后一個表面極點上，此時再次記下外筒窗口上的讀數(shù)a2。兩次讀數(shù)之差就是被測系統(tǒng)的出瞳距p。六、思慮1、如何丈量望遠(yuǎn)鏡的入瞳及入瞳距？2、為何大部分望遠(yuǎn)系統(tǒng)的孔徑光闌都是位于物鏡上？[實驗三] 顯微系統(tǒng)特征參數(shù)的丈量一、實驗?zāi)康慕?jīng)過對顯微系統(tǒng)特征參數(shù)的實質(zhì)丈量，進(jìn)一步掌握顯微系統(tǒng)的基本成像原理，同時加深對其各參數(shù)的理解。二、實驗內(nèi)容實質(zhì)丈量顯微系統(tǒng)的線視場、放大倍率及數(shù)值孔徑的大小。三、實驗儀器待測顯微鏡、測微目鏡、標(biāo)準(zhǔn)刻尺、半反半透鏡、照明光源、標(biāo)準(zhǔn)柱等。四、丈量原理(一)顯微鏡線視場的檢測顯微鏡的原理表示以下列圖 3－1所示：圖3－1從圖中可見，顯微鏡由物鏡及目鏡構(gòu)成，被觀察的物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大后其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼察看，其成像過程是一個二次成像過程。關(guān)于顯微鏡而言，分劃板是其視場光闌，顯微鏡的線視場主要取決于視場光闌的大小，且顯微鏡的視覺放大率越大，它的物空間的線視場越小。若在顯微鏡承物臺上擱置一標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺，并以光源照明，令顯微鏡對標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺進(jìn)行調(diào)焦，令人眼經(jīng)過顯微鏡看清其像，則顯微鏡中所能看到的最大刻線范圍即為顯微鏡的線視場。(二)顯微鏡放大率的丈量其丈量原理如圖3－2所示：圖3－2使待檢顯微鏡對承物臺上的標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺 1調(diào)焦，在垂直光軸方向于明視距離處安置另一刻尺 2，并用光源同時照明兩個刻尺。此時人眼可同時看清兩刻尺的像，并將兩者消視差，在視場中讀取刻尺 1的像與刻尺2齊合的讀數(shù)M及N，則采用下式即可求得顯微鏡的視覺放大率：NM

2（3－1）1式中1,2分別為刻尺1及刻尺2的格值。除了此種丈量方法外，還能夠采納前置鏡法直接丈量或分別丈量構(gòu)成此顯微鏡的物鏡的垂軸放大率及目鏡的視覺放大率。在此就不一一介紹了。（三）顯微鏡物鏡數(shù)值孔徑 NA的丈量顯微鏡的數(shù)值孔徑是顯微鏡一個特別重要的參數(shù)，其大小直接決定了顯微系統(tǒng)的分辨能力及象面照度。數(shù)值孔徑的表示形式以下所示：NAnsinu（3－2）式中n為顯微物鏡物方介質(zhì)折射率；u為顯微物鏡物方半孔徑角。當(dāng)顯微鏡的數(shù)值孔值不大時可采納下邊的方法進(jìn)行丈量，其丈量原理如圖3－3所示：將已知高度為d的標(biāo)準(zhǔn)柱放在刻尺上，使待測顯微鏡以標(biāo)準(zhǔn)柱的上端面中心進(jìn)行調(diào)焦，取下標(biāo)準(zhǔn)柱及顯微鏡目鏡，用眼直接讀取視場所見的刻尺分劃的格數(shù)m，則有：tgum（3－3）2d依據(jù)式（3－3）即可求出物方孔徑角的大小，再利用式（3－2）即可求出被丈量顯微鏡的數(shù)值孔徑。圖3－3在顯微鏡的批量生產(chǎn)檢測時，可依照此檢測原理做成專用的數(shù)值孔徑儀檢測NA，以提升檢測效率。五、丈量步驟（一）顯微系統(tǒng)線視場的丈量1、將標(biāo)準(zhǔn)刻尺擱置在被丈量顯微鏡的承物臺上，固定好地點，并用光源照明刻尺。2、旋轉(zhuǎn)顯微鏡的轉(zhuǎn)動圓盤選擇一個放大率比較小的物鏡（假如物鏡的放大倍率選擇過大則看不到刻尺的像） ，同時通過拔插的方式選擇一個合適的目鏡， 轉(zhuǎn)動旋鈕令顯微鏡對刻尺進(jìn)行調(diào)焦，直至看到刻尺的清楚的像，若經(jīng)過調(diào)整只好看見刻尺的模糊的像，則還需旋轉(zhuǎn)目鏡進(jìn)行相應(yīng)的視度調(diào)理。3、此時讀出經(jīng)過顯微鏡目鏡所能看到的最大的刻尺范圍2y，此數(shù)值即為待測顯微鏡的線視場的大小。因為在此成像過程中所用的物為已知刻值的刻尺， 所以經(jīng)過直接讀取格值的方式便可以丈量出線視場的大小，十分方便快捷。（二）顯微系統(tǒng)放大倍率的丈量1、將標(biāo)準(zhǔn)刻尺 1擱置在被丈量顯微鏡的承物臺上，固定好地點，并用光源照明刻尺。2、在選擇了合適的物鏡及目鏡的基礎(chǔ)上，對標(biāo)準(zhǔn)刻尺 1進(jìn)行調(diào)焦，直至看清標(biāo)準(zhǔn)刻尺 1的像。3、在垂直于顯微鏡的光軸方向上再擱置一個刻尺2（現(xiàn)在尺的格值能夠與刻尺1同樣也可不一樣，依據(jù)詳細(xì)狀況而定），并使現(xiàn)在尺位于明視距離處。同時將一個半反半透鏡擱置于待測目鏡之上。此時讓照明光源同時照明兩個刻尺，當(dāng)人眼經(jīng)過半反半透鏡進(jìn)行察看時便可以同時看到兩個刻尺的像：此中刻尺1經(jīng)過顯微鏡成像、放大后經(jīng)半反半透鏡的透射進(jìn)入人眼，而刻尺2則僅經(jīng)過半反半透鏡的反射后進(jìn)入人眼，在此過程中沒有經(jīng)過放大。4、將兩像進(jìn)行調(diào)整并消視差，此時分別讀取所見視場中刻尺1的格值數(shù)N及同一視場中刻尺 2的格值數(shù)M，并利用式（3－1）即可求出被測顯微鏡的放大倍率。（三）顯微鏡數(shù)值孔徑的丈量1、第一將標(biāo)準(zhǔn)刻尺擱置在被丈量顯微鏡的承物臺上，固定好地點，而后將已知高度的標(biāo)準(zhǔn)小圓柱擱置于標(biāo)準(zhǔn)刻尺上，并用光源照明。2、而后調(diào)整顯微鏡令顯微鏡對此小圓柱的上端面進(jìn)行調(diào)焦，直至在目鏡中看到小圓柱上端面的清楚的像。3、先取下目鏡，再移走小圓柱，直接經(jīng)過人眼來察看標(biāo)準(zhǔn)刻尺經(jīng)顯微物鏡所成之像， 上下移感人眼的地點，直至能夠看見刻尺的清楚的像。數(shù)出所見視場中的刻尺的格值 m，并代入公式（3－3）、（3－2）中，即可求出該被測顯微鏡的數(shù)值孔徑。六、思慮1、如用小孔光闌取代標(biāo)準(zhǔn)圓柱，就如何檢測顯微鏡的數(shù)值孔徑？2、關(guān)于顯微鏡而言，其物方線視場的大小與哪些要素有關(guān)？4、關(guān)于低倍顯微鏡，其最大視場由哪一種光闌限制？該光闌一般放在哪里？[實驗四] 幾何象差的現(xiàn)象及規(guī)律一、實驗?zāi)康恼莆崭鳂訋缀蜗蟛町a(chǎn)生的條件及其基本規(guī)律，察看各樣象差現(xiàn)象。實質(zhì)丈量顯微系統(tǒng)的線視場、放大倍率及數(shù)值孔徑的大小。二、實驗儀器焦距儀、待觀察望遠(yuǎn)鏡、被觀察物鏡、簡略光具座及相應(yīng)附件等。三、丈量原理(三)顯微鏡線視場的檢測四、實驗原理光學(xué)系統(tǒng)所成實質(zhì)象與理想像的差異稱為像差， 只有在近軸區(qū)且以單色光所成像之像才是完美的（此時視場趨近于 0，孔徑趨近于 0）。但實質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)均需對有必定大小的物體以必定的寬光束進(jìn)行成像，故此時的像已不具備理想成像的條件及特征，即像其實不完美。可見，象差是由球面自己的特征所決定的，即便透鏡的折射率特別平均，球面加工的特別完滿，像差仍會存在。幾何像差主要有七種：球差、彗差、像散、場曲、畸變、地點色差及倍率色差。前五種為單色像差，后二種為色差。1、球差圖4－1球差是軸上點像差，它跟著孔徑的變化而變化。如圖 4－1所示，假如系統(tǒng)中存在球差則將影響成像的清楚程度， 使像模糊。2、彗差彗差是軸外像差之一，它表現(xiàn)的是軸外物點發(fā)出的寬光束經(jīng)系統(tǒng)成像后的失對稱狀況，彗差既與孔徑有關(guān)又與視場相關(guān)。若系統(tǒng)存在較大彗差，則將致使軸外像點成為彗星狀的彌散斑，影響軸外像點的清楚程度。如圖 4－2所示：圖4－23、像散圖4－3像散用偏離光軸較大的物點發(fā)出的周邊主光芒的細(xì)光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，其子午焦線與弧矢焦線間的軸向距離表示：xts xtxs式中，xt,xs分別表示子午焦線至理想像面的距離及弧矢焦線至理想像面的距離，如圖4－3所示：當(dāng)系統(tǒng)存在像散時，不一樣的像面地點會獲取不一樣形狀的物點像。若光學(xué)系統(tǒng)對直線成像，因為像散的存在其成像質(zhì)量與直線的方向有關(guān)。比如，若直線在子午面內(nèi)其子午像是彌散的，而弧矢像是清楚的；若直線在弧矢面內(nèi)，其弧矢像是彌散的而子午像是清楚的；若直線既不在子午面內(nèi)也不在弧矢面內(nèi)，則其子午像和弧矢像均不清楚，故而影響軸外像點的成像清楚度。不單細(xì)光束有像散，寬光束同樣有像散。4、場曲使垂直光軸的物平面成曲面像的象差稱為場曲。如圖4－4所示：圖4－4子午細(xì)光束的交點沿光軸方向到高斯像面的距離稱為細(xì)光束的子午場曲；弧矢細(xì)光束的交點沿光軸方向到高斯像面的距離稱為細(xì)光束的弧矢場曲。并且即便像散消逝了（即子午像面與弧矢像面相重合），則場曲仍舊存在（像面是曲折的）。場曲是視場的函數(shù)，跟著視場的變化而變化。當(dāng)系統(tǒng)存在較大場曲時，就不可以使一個較大平面同時成清楚像， 若對邊沿調(diào)焦清楚了，則中心就模糊，反之亦然。5、畸變畸變描繪的是主光芒像差，不一樣視場的主光芒經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后與高斯像面的交點高度其實不等于理想像高， 其差異就是系統(tǒng)的畸變，如圖 4－5所示：圖4－5畸變僅是視場的函數(shù)，不一樣的視場的實質(zhì)垂軸放大倍率不一樣，畸變也不一樣。因為畸變是垂軸像差，它只改變軸外物點在理想像面上的成像地點，使像的形狀產(chǎn)生失真但不影響像的清楚度。6、地點色差軸上點兩種色光成像地點的差異稱為地點色差。如圖4－6所示：圖4－6地點色差是軸上點像差，在近軸區(qū)就已產(chǎn)生，對目視儀器而言常對C光及F光較正地點色差。因為同一孔徑的光芒經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后與光軸有不一樣的交點，不一樣孔徑不一樣色光的光芒也與光軸的交點不同樣，故而在任何像面地點物點的像都是一個彩色的散斑。7、倍率色差所謂倍率色差是指軸外物點發(fā)出的兩種色光的主光芒在消單色像差的高斯象面交點高度之差。當(dāng)系統(tǒng)存在較大的倍率色差時，物領(lǐng)會表現(xiàn)彩色的邊沿，影響成像清楚度。五、實驗裝置及步驟本次實驗所采納的裝置為焦距儀（光具座）及附件等。原理如圖4－7所示：圖4－7其實驗步驟以下：1、第一將已知刻線對的彼羅板擱置于平行光管的物鏡焦平面上，將待觀察物鏡擱置于透鏡夾持器中，并調(diào)整透鏡、平行光管及丈量顯微鏡三者光軸共軸、等高。2、調(diào)整觀察顯微鏡直至在視場中看到清楚的彼羅板的像。3、取下彼羅板，放上星點板，此時在視場中能夠見到星點的像。4、因為衍射及待測物鏡的像差的影響，星點的像不是一個點像而是一個擁有必定大小的彌散斑，該彌散斑的大小、形狀直接表現(xiàn)了像差的種類及大小。經(jīng)過察看星點的像便可以充足認(rèn)識不一樣種類的像差對系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響及其特征。將星點的像調(diào)整到視場中心，直到經(jīng)過沿軸前后挪動顯微鏡能夠看到星點的衍射環(huán)齊心的擴充并達(dá)到盡可能圓，這表示星點像已位于待觀察透鏡的光軸之上。5、沿軸前后挪動顯微鏡觀察星點像的變化及其規(guī)律，以察看球差及地點色差；微搖動物鏡夾持器以察看軸外像差如彗差、象散的星點圖及特征。6、察看已準(zhǔn)備好的望遠(yuǎn)鏡，以認(rèn)識畸變、場曲及倍率色差的特征及規(guī)律。六、思慮1、正、負(fù)透鏡及雙膠合透鏡產(chǎn)生的球差各有什么特色？2、透鏡應(yīng)如何調(diào)才能察看到彗差現(xiàn)象？3、在該實驗裝置中，哪個面是子午面，哪個面是弧矢面？4、什么是畸變，常有的畸變有哪兩種形式？繪圖說明。5、常有的用以除去場曲的方法有哪些？6、什么是消色差系統(tǒng)？[實驗五] 立體判釋儀一、實驗?zāi)康恼莆债a(chǎn)生立體視覺的原理并利用立方體判釋儀感覺立體視覺。二、實驗儀器光源、立體判釋儀及其有關(guān)的待觀察的圖片等。三、實驗原理體視效應(yīng)是雙眼所獨有的特征，單眼沒有立體視覺。正常狀況下人們老是用雙眼察看一個物體，雙眼視覺能提升視力銳度，同時也將產(chǎn)生空間深度感覺。兩眼瞳間的距離稱為眼基線，一般為62~65mm，正是因為基線的存在，離察看者不一樣遠(yuǎn)近的物體在兩眼網(wǎng)膜上成像的相對地點不一樣（視差角不一樣），進(jìn)而產(chǎn)生體視效應(yīng)。雙眼剛能分辨體視差角的渺小差值為體視銳度 min ，一般狀況下min 10，但其實不是人對任何遠(yuǎn)近的物體都會產(chǎn)生立體的感覺，人眼能夠分辨遠(yuǎn)近的最大距離為體視半徑：Lmax b/ min 1200m超出體視半徑人將不可以產(chǎn)生遠(yuǎn)近的感覺。雙眼能分辨兩點間的最短深度距離為立體視覺閾， 它可表示為：L L2/b從式中可見，若想減少立體視覺閾只有兩條門路：一為增大基線，一為減少體視銳度。立體判釋儀就是經(jīng)過增大基線來加強立體視覺的敏捷度的。假如眼睛配以視放大率為的雙目儀器察看光景，則體視銳度可提升倍，若雙目儀器的物方基線是人眼基線的B倍，則體視銳度又可提升 B倍，故借雙目儀器可綜合提升體視銳度B倍，故而能夠加強察看渺小物體的深度感。本實驗所用的體視鏡（HP型立體判釋儀）就是使物方左右兩圖片合成為立體圖像并經(jīng)過B的視覺銳度放大作用來顯然加強所察看圖片的立體感，其外形簡單以下圖：別的，經(jīng)過雙目立體顯微鏡還能夠?qū)ㄈ锘蛐±ハx等細(xì)微物體進(jìn)行立體察看。圖5－1四、實驗步驟1、第一將兩個待觀察圖片擱置在臺面上，用光源照明待察看物體，而后經(jīng)過立體判釋儀的雙目鏡進(jìn)行察看， 這里可看見兩個圖片各自的像。2、用手挪動兩個圖片的地點直至有關(guān)的像發(fā)生完整的疊合，此時因為視覺銳度的放大作用， 察看者將顯然感覺到加強了所察看圖片的立體感。五、思慮1、什么是體視銳度？2、往常用以提升體視視覺敏捷度的方法有哪兩種？[實驗六] 自組顯微鏡一、實驗?zāi)康恼莆诊@微鏡的原理及特征，并在此基礎(chǔ)上經(jīng)過自組顯微鏡來提升學(xué)生的著手能力以進(jìn)一步加深對顯微系統(tǒng)理解。二、實驗裝置實驗工作平臺、顯微物鏡（焦距f'40~50mm）、顯微目鏡（焦距f'25~40mm）、光源、物體（刻尺）、多個磁力表座、接收屏等。三、實驗原理顯微鏡的原理表示以下列圖 6－1所示：圖6－1從圖中可見，顯微鏡由物鏡及目鏡構(gòu)成，顯微鏡的特色是有較大的光學(xué)間隔且其物鏡的焦距不大，目鏡的焦距也比較小。被觀察的物體第一經(jīng)顯微鏡的物鏡放大后其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼察看，其成像過程是一個二次成像過程。其系統(tǒng)放大率為：目式中 為物鏡的垂軸放大倍率， 目為目鏡的視覺放大倍率。四、實驗步驟1、第一將已知焦距的顯微物鏡、目鏡及物體（波羅板或透明刻尺）分別夾持在磁力表座上，以后將光源、物體、顯微物鏡、目鏡挨次擱置在工作平臺上，并經(jīng)過調(diào)整磁力表座夾持器進(jìn)行調(diào)整以令各構(gòu)成元件大概等高，如圖 6－2所示。2、依據(jù)已知顯微物鏡的焦距大小，將物擱置在物鏡的物方焦面周邊并分別固定好物及顯微物鏡的地點。3、用接收屏搜尋物體經(jīng)物鏡所成的像的地點，該像應(yīng)為一倒立放大的實像，記錄下此時的地點。挪動顯微目鏡的沿軸方向的地點，盡量使其目鏡的物方焦面與物鏡的實像面地點相重合，此時固定好目鏡的地點。圖6－24、經(jīng)過微調(diào)裝置沿軸向前后挪動顯微物鏡進(jìn)行調(diào)焦，人眼位于目鏡以后進(jìn)行察看，并也可相應(yīng)的沿軸調(diào)整目鏡直至能夠看到清楚的像，進(jìn)而實現(xiàn)了顯微鏡的自組。五、思慮1、為何說顯微鏡是復(fù)雜化了的放大鏡？2、若顯微鏡的出瞳地點與眼瞳不重合，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？[實驗七] 自組望遠(yuǎn)鏡一、實驗?zāi)康恼莆胀h(yuǎn)鏡的原理及特征，并在此基礎(chǔ)上經(jīng)過自組望遠(yuǎn)鏡來提升學(xué)生的著手能力以進(jìn)一步加深對望遠(yuǎn)系統(tǒng)的理解。二、實驗裝置實驗工作平臺、望遠(yuǎn)物鏡(焦距大概為300mm)、目鏡（焦距大概為40mm）、平行光管（或與物鏡相距較遠(yuǎn)的刻尺，可取物距大于2米）、接收屏等、多個磁力表座。三、實驗原理亥普勒望遠(yuǎn)鏡的原理表示以下列圖 7－1所示：圖 7－1圖中可見亥普勒望遠(yuǎn)鏡也是由物鏡與目鏡構(gòu)成，與顯微鏡不一樣的是望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)間隔為 0，平行光入射平行光射出。其系統(tǒng)的視覺放大倍率為：fo/fe式中，f0為物鏡的焦距；fe為目鏡的焦距。在此成像過程中，有一個實像面位于分劃面上，故能夠?qū)崿F(xiàn)丈量。四、實驗步驟1、第一將已知焦距的望遠(yuǎn)物鏡、目鏡分別夾持在磁力表座上，以后將平行光管（供給無窮遠(yuǎn)的物） 、望遠(yuǎn)物鏡、目鏡挨次擱置在工作平臺上，如圖 7－2所示。2、將物鏡的地點固定，用接收屏來接收物體經(jīng)物鏡所成的像，直到最清楚，并記下此時接收屏所位于的工作臺上的刻尺的讀數(shù)。圖7－23、移走接收屏，將目鏡移近物鏡，直至令目鏡的物方焦面與接收屏所處的刻尺讀數(shù)地點大概相重合， 此時固定好目鏡的地點。經(jīng)過調(diào)整磁力表座夾持器調(diào)整三者共軸等高。4、經(jīng)過微調(diào)裝置沿軸向前后挪動目鏡，人眼位于目鏡之后進(jìn)行察看，直至能夠看到清楚的像。此時可大略以為物鏡的像方焦面與目鏡的物方焦面相重合，進(jìn)而實現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡的自組。五、思慮1、請問伽利略望遠(yuǎn)鏡與亥普勒望遠(yuǎn)鏡在構(gòu)造形式上有什么區(qū)別？2、在系統(tǒng)組合過程中應(yīng)注意此什么？[實驗八] 考證透鏡成象及光芒流傳規(guī)律的實驗一、實驗?zāi)康?、經(jīng)過該實驗?zāi)軌蚣由顚W(xué)生對光的流傳規(guī)律的掌握；2、認(rèn)識透鏡及反射鏡的成像特征及其規(guī)律。二、實驗裝置實驗工作平臺、JY－1型激光光學(xué)綜合演示儀（幾何光學(xué)）、光源、接收屏、透鏡（正、負(fù)）、反射鏡等附件。三、實驗原理幾何光學(xué)有四大基本定律，分別為：光的直線流傳定律、光的獨立流傳定律、折射定律及反射定律。此中光的光的直線流傳定律、光的獨立流傳定律歸納了光在同平均介質(zhì)中流傳的規(guī)律，而折射定律及反射定律則是研究光流傳到兩種平均介質(zhì)分界面時的現(xiàn)象和規(guī)律。當(dāng)一束光以必定的角度入射到兩個不一樣的介質(zhì)分界面上時是同時陪伴著反射及折射的產(chǎn)生，反射光依照反射定律折射光依照折射定律。透鏡是最常有的折射元件，它又分為正透鏡及負(fù)透鏡。一般狀況下正透鏡起匯聚作用，負(fù)透鏡起發(fā)散作用，假如正負(fù)透鏡進(jìn)行合適組合便可以出現(xiàn)不一樣狀態(tài)的像。圖8－1本次實驗的目的就是希望學(xué)生經(jīng)過簡略的實驗裝置，充足發(fā)揮自己的想象力，經(jīng)過改變透鏡的種類、地點及相互的組合來察看不一樣狀況下的光芒走向及成像特征，以加深對成像規(guī)律的掌握和理解。其實驗裝置如圖8－1所示。四、實驗步驟1、翻開光源，在激光演示儀上擱置正透鏡或負(fù)透鏡，調(diào)整入射光的入射狀態(tài)（平行、匯聚等），察看光芒經(jīng)透鏡后的詳細(xì)走向。2、取下正透鏡，擱置各樣反射鏡、棱鏡、平板等，也可同時放上正透鏡及負(fù)透鏡，實現(xiàn)透鏡的組合以察看不一樣種類的光學(xué)元件在不一樣狀態(tài)下的光芒走向。經(jīng)透鏡后的詳細(xì)走向前后挪動接收屏，以察看不一樣地點所成的像的大小及倒正。3、如圖8－1所示在工作平臺上擱置好光源、物體、透鏡及接收屏的地點，盡量做到共軸等高，而后前后挪動接收屏以觀察物體經(jīng)透鏡所成之像，并剖析一下像的特征。4、當(dāng)物、像間距略大于 4f時，保持其余元件不動，前后移動透鏡，能夠找到兩個成實像面的地點， 若丈量出出現(xiàn)兩實像的透鏡的距離時，便可以丈量出透鏡的焦距。五、思慮1、負(fù)透鏡成像必定成虛像，正透鏡成像必定成實像嗎？2、實像與虛像都能被接收屏和人眼所接收，這句話對嗎？為什么？[實驗九] 色度學(xué)實驗一、實驗?zāi)康恼莆?、認(rèn)識各樣樣品的主波長丈量的方法。 WGS-9型色度實驗系統(tǒng)二、實驗裝置WGS-9型色度實驗系統(tǒng)三、實驗原理在理論上為了定量的表示顏色，往常采納平面直角色度坐標(biāo)來加以表示：x=

X

y=

Y

z=

ZX Y Z

X Y

Z

X Y

Z此中X，Y，Z為三刺激值，全部的光譜色在色坐標(biāo)上為一馬蹄形曲線，該圖稱為 CIE1931色坐標(biāo)，在圖中紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色坐標(biāo)點為極點，圍成的三角形內(nèi)的所有顏色均能夠由三基色按必定的量般配生成。任一顏色M（x,y）的色彩是由其照明光源坐標(biāo)點（如 A光源）到M點連線并延伸與光譜軌跡訂交于 N點，N點的光譜色的色彩，即為顏色 M的主波長（或補色波長），如圖9－1所示，則M的飽和純度為：=AM=xmxAANxnxA的色度純度為：M=AM=xmxAMNxnxm為丈量某光源（發(fā)光體）的色坐標(biāo)，一定先丈量其光譜組成的功率散布s(λ)，而后再查表找出各光譜的三刺激值，則光源的三刺激值為,X=KY=KZ=K

s(λ)x(λ)△λs(λ)y(λ)△λs(λ)z(λ)△λ圖9－1上式中，K為調(diào)整因數(shù)，它是將發(fā)光體的 Y值調(diào)整為100時獲取的值，K=100S()y()則色坐標(biāo)為：Xy=YZx=z=XYZXYZXYZ為丈量某透射或反射樣品的色坐標(biāo)，一定先丈量其樣品的透射或反射曲線T（λ），而后再查表找出各光譜的三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)及參照光的功率散布s(λ)，則,X=Y=Z=該樣品的色坐標(biāo)為：

s(λ)T(λ)x(λ)s(λ)T(λ)y(λ)s(λ)T(λ)z(λ)X Y Zx= y= z=X Y Z X Y Z X Y Z四、實驗步驟1、第一確認(rèn)各條信號線及電源線連結(jié)好后， 按下電控箱上的電源按鈕，儀器正式啟動。2、透過率及發(fā)光體丈量，系統(tǒng)光路如圖 9－2所示：圖9－2圖中，M1為反射鏡；M2為準(zhǔn)光鏡；M3為物鏡；G為平面衍射光柵；S1為入射狹縫；S2為出縫2。假如目前接收器不是放在出縫 1端，請封閉電源，把接收器移到出縫1端，并把轉(zhuǎn)鏡打到出縫 1端。當(dāng)擱置樣品時，打開樣品池蓋，把有液體樣品的比色皿放入液體樣品池或把固體樣品直接插在固體樣品架上，而后開機丈量（當(dāng)丈量透過率時，要先放空白樣品做透過基線）。3、反射丈量圖9－3假如目前接收器不是放在出縫 2端，請封閉電源，把接收器移到出縫2端，并把轉(zhuǎn)鏡打到出縫 2端。當(dāng)擱置樣品時，拉開樣品壓板，把樣品放在積分球的圖中，M1為反射鏡；M2為準(zhǔn)光鏡；M3為物鏡；G為平面衍射光柵；Z為轉(zhuǎn)鏡；S1為入射狹縫；S2為出縫2；S3為出縫1；S為樣品池。樣品反射口處，并壓上壓板，而后開機丈量（當(dāng)丈量反射率前，要先放標(biāo)準(zhǔn)白板做反射基線），光路如圖9－3所示。4、關(guān)機先檢索波長到400nm處，使機械系統(tǒng)受力最小，而后封閉應(yīng)用軟件，最后按下電控箱上的電源按鈕封閉儀器電源。三、思慮題1、丈量反射樣品和丈量透射樣品時有何不一樣？2、明度、色彩、彩度三個觀點有何不一樣？[實驗十] 激光光學(xué)系統(tǒng)（演示型實驗）一、實驗?zāi)康恼J(rèn)識激光器的種類掌握激光器的發(fā)光原理二、實驗內(nèi)容掌握實驗步驟，察看各樣激光器產(chǎn)生的光斑現(xiàn)象。三、實驗儀器CO2激光器、半導(dǎo)體甭浦激光器、 Ar+激光器、He-Ne激光器、Nd:YAG激光器、導(dǎo)軌、小孔光闌、調(diào)理架、針孔（ 25μ）、顯微物鏡、透鏡及夾持器四、實驗原理擁有代表性的典型激光器主要有氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器、染料激光器等。氣體激光器是以氣體或蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器。它是利用氣體原子、分子或離子的分別能級進(jìn)行工作的。氣體激光器常用的泵浦方法是電激勵，即令足夠大的電流經(jīng)過氣體介質(zhì)來達(dá)成泵浦的。 因為氣體的光學(xué)平均性較好，較之固體激光器和半導(dǎo)體激光器其輸出光束的質(zhì)量(如單色性、相關(guān)性等)也較好。氣體激光器中又包含由原子激光器、離子激光器和分子激光器。原子激光器是利用氣體或蒸氣形式下的中性原子作為工作物質(zhì)， 常有的有He-Ne激光器；離子激光器是利用氣體離子激發(fā)態(tài)之間的躍遷來產(chǎn)生激光的一種氣體激光器，常有的有 Ar+激光器；分子激光器是利用未電離的氣體份子作為工作物質(zhì)的一種氣體激光器，如： CO2激光器。固體激光器的基本構(gòu)成包含工作物質(zhì)、 泵浦系統(tǒng)、諧振腔、Nd3+）,部分Nd3+:YAG）激冷卻與濾光系統(tǒng)四部分。此中，工作物質(zhì)是激光器的核心，固體工作物質(zhì)是把金屬離子摻入基質(zhì)而形成的，發(fā)光粒子就是工作物質(zhì)中的金屬離子(稱為激活離子)，工作物質(zhì)的物理、化學(xué)性能主要決定于基質(zhì)資料，而它的光譜特征則主要由激活離子的能級構(gòu)造所決定。常有的有摻釹釔鋁石榴石（光器,這是在基質(zhì) Y3Al5O12(YAG)中摻入釹離子（3+取代YAG中的釔離子（Y）而成為

3+Nd:YAG。此外還有半導(dǎo)體激光泵浦激光器也屬于固體激光器。半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體資料作為激光工作物質(zhì)的激光器，它擁有超小型、高效率、構(gòu)造簡單、價錢廉價以及能夠高速工作等一系列長處。每一種激光器的發(fā)光機理各不同樣，詳細(xì)問題可詳細(xì)分析。五、實驗步驟察看激光光斑：Ⅰ）接通電源；Ⅱ）翻開激光器開關(guān)，將其發(fā)出的光束投射到墻上或是接收屏上，察看光斑現(xiàn)象，對功率較大的激光器及非可見光波段的激光光束可用功率計進(jìn)行接收（切勿將光束直接射向人體，特別是眼部）。準(zhǔn)直擴束光斑：Ⅰ）將半導(dǎo)體激光器放在導(dǎo)軌上， 翻開激光器開關(guān)，使激光器發(fā)出光束；Ⅱ）用小孔光闌作為基準(zhǔn)調(diào)理激光器的上下、左右地點，使光束平行于導(dǎo)軌；Ⅲ）將顯微物鏡和針孔放在調(diào)理架上，調(diào)理架放于導(dǎo)軌上，并對其進(jìn)行調(diào)整，使激光光束經(jīng)過顯微物鏡后聚焦于針孔地點處；Ⅳ）將透鏡及夾持器放在導(dǎo)軌上， 前后調(diào)理其地點，使針孔恰好位于透鏡的焦點地點處，此光陰束經(jīng)透鏡后出射的即為平行光束，察看其光斑現(xiàn)象。六、實驗結(jié)果展現(xiàn)1）He-Ne激光器（波長為）及其光斑現(xiàn)象：2）CO2激光器（波長為 10.6μm）：3）Nd:YAG激光器（波長為1.06μm）及其光斑現(xiàn)象：5）準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)及其光斑現(xiàn)象：[實驗十一] 傅立葉光學(xué)系統(tǒng)（演示型實驗）一、實驗?zāi)康恼J(rèn)識傅立葉變換理論；掌握結(jié)合變換有關(guān)器的使用方法二、實驗內(nèi)容掌握儀器的開關(guān)次序，觀察經(jīng)過裝置所產(chǎn)生的實驗結(jié)果。三、實驗裝置光電混淆結(jié)合變換有關(guān)器、電腦控制系統(tǒng)四、實驗原理傅里葉變換傅立葉變換形式以下：G(f)g(x)ej2fxg(x)G(f)ej2fx

dx （1）df （2）這兩個積分即傅立葉積分。G(f)稱為g(x)的傅立葉變換或頻譜。若g(x)表示某空間域的物理量，G(f)則是該物理量在頻次域的表示形式，g(x)和G(f)構(gòu)成傅立葉變換對。二維傅立葉變換是一維傅立葉變換的推行：G(fx,fy)g(x,y)exp[j2(fxxfyy)dxdy（3）g(x,y)G(fx,fy)exp[j2(fxxfyy)]dfxdfy（4）結(jié)合變換有關(guān)器原理結(jié)合變換有關(guān)的主要特色是參照圖像與目標(biāo)圖像同時輸入光學(xué)運算系統(tǒng)，在第一個傅立葉變換平面上記錄結(jié)合變換功率譜，結(jié)合變換功率譜經(jīng)過第二次傅立葉變換后， 獲取一對相關(guān)輸出。將準(zhǔn)直的相關(guān)單位振幅光入射到物體

w(x,y)

上，物體被寫入光空間調(diào)制器，設(shè)輸入圖像為：w(x,y) t(x,y) h(x,y)（t(x,y) h(x,y)）

（5）此中t(x,y)是目標(biāo)圖像，h(x,y)是復(fù)雜背景圖像，另設(shè)參照模板為r(x,y)，這樣，經(jīng)過目標(biāo)t(x,y)與參照模板r(x,y)的光學(xué)有關(guān)獲取的有關(guān)峰函數(shù)rt或許tr，能夠確立目標(biāo)t(x,y)在輸入圖像w(x,y)中確實切地點。yLurxvtff圖1結(jié)合變換功率譜的記錄對目標(biāo)與參照模板的結(jié)合圖像進(jìn)行傅里葉變換。如圖1所示，圖中的L為傅里葉變換透鏡，待辨別圖像（已經(jīng)二值化）tx,y置于輸