浙江大學(xué)應(yīng)用光學(xué)實驗報告

1、 本科實驗報告課程名稱：應(yīng)用光學(xué)實驗姓 名：龔晨晟學(xué) 部：信息學(xué)部系：光電信息工程學(xué)系專 業(yè)：信息工程（光電系）學(xué) 號：3100100986指導(dǎo)教師：岑兆豐2012年 5 月 11 日專業(yè)： 光電信息工程 姓名： 龔晨晟 學(xué)號： 3100100986 日期：2012年5月11日地點：紫金港東四605 實驗報告課程名稱： 應(yīng)用光學(xué)實驗 指導(dǎo)老師 岑兆豐 成績：_實驗名稱：典型光學(xué)系統(tǒng)實驗 實驗類型： 設(shè)計 同組學(xué)生姓名： 樂海濱,王祎樂 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得

2、一、實驗?zāi)康暮鸵笊钊肜斫怙@微鏡系統(tǒng)、望遠鏡系統(tǒng)光學(xué)特性及基本公式； 掌握顯微鏡系統(tǒng)、望遠鏡系統(tǒng)光學(xué)特性的測量原理和方法。二、實驗內(nèi)容和原理(1)望遠鏡特性的測定測定望遠鏡的入瞳直徑D、出瞳直徑D和出瞳距l(xiāng)p'；測定望遠鏡的視覺放大率；測定望遠鏡的物方視場角2w，像方視場角2w'；測定望遠鏡的最小分辨角。 =tgW'tgw=-f1'f2'=-DD'對于望遠鏡系統(tǒng)來說，任意位置物體的放大率是常數(shù)，此值由物鏡焦距f1'和目鏡焦距f2'確定，其視覺放大率可表示為(2) 顯微鏡視場及顯微物鏡放大率的測定顯微物鏡的放大率是指橫向放大率=y&

3、#39;y式中 y 標(biāo)準玻璃刻尺上一對刻線的距離（物）（格值0.01mm）； y由測微目鏡所刻得的像高。(3)顯微物鏡數(shù)值孔徑的測定顯微物鏡的數(shù)值孔徑為NA=n sinu,其中n為物方介質(zhì)的折射率，u為物方半孔徑角。若在空氣中n=1,則NA=sinu。數(shù)值孔徑通常用數(shù)值孔徑計來測定，數(shù)值孔徑計的結(jié)構(gòu)如圖5示，其主要元件是一塊不太厚的玻璃半圓柱體，沿直徑方向的側(cè)面是與上表面成45度角的斜面，從側(cè)面入射的光線在斜面上全反射，上表面上有兩組刻度沿圓周排列。其外圈刻度為數(shù)值孔徑（即角度的正弦值），內(nèi)圈刻度為相應(yīng)的角度值，以度為單位。半圓柱體上表面的圓心附近8mm范圍內(nèi)鍍鋁，鋁面上有透光狹縫（3），底座

4、（1）上裝有一金屬框（4），它可繞圓柱軸線轉(zhuǎn)動，金屬框的側(cè)面裝有一片乳白玻璃（6），上面刻有叉絲，可以通過狹縫（3）看到十字線的反射像。推動手柄（7），金屬框（4）便帶著叉絲一起圍繞孔徑計的圓柱面移動，金屬框的上表面裝有一塊刻有指示線的玻璃（5），指示線在隨著叉絲一起運動時通過兩組刻度值，所以兩組刻度都能反映叉絲的位置。數(shù)值孔徑計的45°用以轉(zhuǎn)折光路，若把數(shù)值孔徑計的光路圖拉直則如圖6示，狹縫（3）置于被測顯微物鏡的物面位置，經(jīng)物鏡成像在目鏡的物方焦點上，狹縫（3）前面的十字線（6）經(jīng)物鏡后成像在顯微鏡像方焦面后不遠的地方，去掉目鏡，人眼位于狹縫的（3）的像面附近，便能看到一個明亮的

5、圓，此即被測物鏡的出瞳，出瞳對像面中心的張角為像方孔徑角，入瞳對物面中心的張角為物方孔徑角。四、操作方法和實驗步驟一、望遠鏡特性的測定1、D、D、和lp'的測定圖1是望遠鏡參數(shù)的測定裝置。調(diào)整步驟： 將被測望遠鏡（由物鏡L1和目鏡L2組成）和數(shù)顯讀數(shù)顯微鏡（由物鏡L3和目鏡L4組成）固定于光學(xué)導(dǎo)軌上； 前后移動望遠鏡，改變其與讀數(shù)顯微鏡的間距，直至通過讀數(shù)顯微鏡能看到一個邊緣清晰且完整的圓斑； 轉(zhuǎn)動測微鼓輪，使其在水平方向移動，當(dāng)視場里的十字線豎絲切于亮斑兩端時，由數(shù)顯讀數(shù)裝置讀取兩種狀態(tài)時的示數(shù)，二者之差即為出瞳直徑D； 出瞳距的測量：記下出瞳在讀數(shù)顯微鏡里成像清晰時讀數(shù)顯微鏡在光軸

6、方向的位置A1，再微調(diào)數(shù)顯讀數(shù)顯微鏡，直至看清玻璃表面的細微結(jié)構(gòu)，記下此時讀數(shù)顯微鏡的位置A2； A1A2之差即為出瞳距l(xiāng)p'的值。2) 2w的測定 完成上述實驗后，取下讀數(shù)顯微鏡，調(diào)整并使望遠鏡和廣角平行光管共軸。通過過望遠鏡觀察廣角平行光管焦平面上的分劃板，所看到的刻度數(shù)就是被測望遠鏡的物方視場范圍。廣角平行光管（黑），焦距fw'=240mm，分劃板格值1mm，由圖2可見，只要讀取視場范圍內(nèi)的刻度數(shù)，就很易計算出2W，并可由以上公式求出2W；廣角平行光管（灰），分劃板上有兩條刻線，其格值分別為5和3.6，所讀取的視場范圍即是視場角。 3) 最小分辨角的測定 將被測望遠鏡移到

7、高分辨率的平行光管前（焦距550mm），其光路圖仍如圖2所示，只是其焦平面用標(biāo)準鑒別率板代替分劃板，人眼通過被測望遠鏡觀察，如能將鑒別率板上某一組的四個方向線條同時看清楚，而線條更密更細的更高一組看不清了，則這一組就是望遠鏡能分辨的最高組數(shù)了。根據(jù)所用的鑒別率板號數(shù)（3號鑒別率板），可在有關(guān)手冊（置于實驗裝置旁）查到刻線組的線條寬度d值，并由下式求出被測望遠鏡的最小分辨角''=2df'×206265''本實驗所用望遠鏡是內(nèi)調(diào)焦式物鏡，倍數(shù)較大，f2'較小故出瞳距l(xiāng)p'也較小。二、顯微鏡視場及顯微物鏡放大率的測定如圖3所示，調(diào)整好

8、照明燈和顯微鏡聚光系統(tǒng)之間的相互位置，以滿足顯微鏡使用時所需要符合的柯拉照明條件，在顯微鏡載物臺上放置一把分劃值已知的標(biāo)準玻璃刻尺（有蓋玻片的一面朝向顯微鏡物鏡）。通過調(diào)節(jié)手輪上下移動鏡筒進行調(diào)焦，直到看到刻尺像最清晰為止，取下目鏡，換上測微目鏡（其結(jié)構(gòu)如圖4所示）。測微目鏡除了在焦面上裝有一固定的毫米刻尺分劃板外，還有一塊刻有平分絲和十字線的活動分劃板，在精密絲桿的推動下，后者可沿推動的方向移動，移動值可以從固定刻尺上以及測微鼓輪上的刻度讀出（前者最小分劃值為1mm，后者格值為0.01mm）。此時若刻尺像的清晰度發(fā)生變化，可直接改變抽筒位置重新獲得清晰的像。任意選定刻尺上兩條刻線（相隔距離盡

9、可能大些），轉(zhuǎn)動測微鼓輪選定一條刻線a（即置此刻線于平分線的中央），記下此時的a'，然后再對準第二條刻線b又得讀數(shù)b'，二者讀數(shù)之差即為兩刻線像的間隔大小，物鏡的橫向放大率為：=y'y=a'-b'y在測定顯微物鏡的放大率的同時，還可以測出顯微鏡視場的大小。為此，只需要重新?lián)Q上目鏡，并直接從目鏡視場中讀出所能見到的最大刻尺長度，此即為顯微鏡的物方線視場值。三、顯微物鏡數(shù)值孔徑的測定1) 把數(shù)值孔徑計放置在顯微鏡的載物臺上，刻度分劃線向上，利用調(diào)焦手輪上下移動鏡筒對準鍍鋁面上狹縫（3）進行調(diào)焦，移動孔徑計使狹縫大致落在視場中央。2) 若被測物鏡是低倍的（NA

10、<0.4），測量過程較簡單，即取下目鏡，換上一個小孔光闌（圖7），以便使人眼觀測時，保持在固定位置上。通過小孔光闌便能看到一明亮的圓斑，此即被測物鏡的出瞳。推動數(shù)值孔徑計的手柄（7），使叉絲像出現(xiàn)在亮斑上，并使叉絲交點正好與圓的左（右）側(cè)相切（如圖8），并由指示線按外圈刻度讀數(shù)NA1，再轉(zhuǎn)動手柄，使叉絲移動至亮斑的另一邊緣并與其相切，得另一讀數(shù)NA2，兩次讀數(shù)的平均值就是被測物鏡的實際數(shù)值孔徑。 3) 若被測的是高倍物鏡，因叉絲經(jīng)物鏡所成的像很小而不易看見，為此，需要用輔助物鏡。測量時首先按步驟a 做，然后撥出抽筒，在抽筒上與目鏡相對的一端裝上輔助物鏡（孔徑計附件，見圖七），再把抽筒插進

11、鏡筒（注意在撥出或推入抽筒時，不得使被測物鏡的調(diào)節(jié)位置變動），插上目鏡后，輔助物鏡與目鏡組成一個輔助低倍顯微鏡，將輔助顯微鏡在主鏡筒內(nèi)移動，直到看清楚在被測物鏡出瞳附近十字線像，然后按照上述方法進行測量。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理(注：單位mm)一、望遠鏡特性的測定入瞳直徑D35mm項目次數(shù)物方視場角2W出瞳直徑D放大率J出瞳距l(xiāng)p'像方視場角2W最小分辨角”第一次1.471.31-26.74.537.910.6第二次1.501.34-26.14.434.0第三次1.501.32-26.54.434.0平均1.491.32-26.44.435.3二、顯微鏡視場及顯微物鏡放大率的測定物=(a

12、'-b')/y顯微鏡放大率測定：選定的 y=0.1mma'b'a'-b'17.3673.0564.31143.1125.0050.6284.37743.77物平均36.9132.5484.36543.6543.51顯微鏡視場L的測量 格值 0.01mm 格數(shù) 44視場 L=0.44mm三、顯微物鏡數(shù)值孔徑的測定NA1NA2NA=(NA1+NA2)/210.250.220.2420.260.220.2430.270.210.24平均0.260.220.24六、實驗結(jié)果與分析由望遠鏡的成像特性可知，望遠鏡視覺放大率為角放大率，即望遠鏡的像方視場角得到

13、增大。在實驗中，組員的視覺差異表現(xiàn)得比較明顯，尤其是在測量分辨率時，組員讀取的最小分辨間隔有較大的差異。在研究顯微鏡特性的實驗中，準確調(diào)焦找到分劃板的刻線異常困難。測量數(shù)值孔徑實驗中，因為光源的原因，難以看到叉絲的中心，這對實驗帶來了一定的誤差。七、思考題及討論、心得1改變被測望遠鏡和廣角平行光管的相對位置，測量結(jié)果會改變嗎？為什么？測量結(jié)果不會改變，因為平行光管出射平行光，不隨相對距離而變化，改變平行光管的相對位置不會造成入射望遠鏡的光線的變化，因此測量結(jié)果不改變。2設(shè)廣角平行光管的視場為30度，能否用來測量實驗中被測望遠鏡的像方視場角？不能，因為被測望遠鏡的視場受到其視場光闌的限制，其視場角遠小于平行光管的視場角。若以此為入射光，則由計算望遠鏡像方視場角的最大值遠超真實視場范圍。3如何調(diào)節(jié)被測望遠