工程光學實驗報告課件

1、工程光學實驗報告最小偏向角法測棱鏡折射率1.    測量原理 從幾何光學可知，棱鏡的玻璃折射率n與棱鏡頂角A及最小偏向角 之間有如下的關系： 在不同波長的單色光照明下，在分光儀上測得A和 ，即可利用上式求得不同波長的玻璃折射率 。 2.    實驗儀器設備 分光儀：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理進行角度測量的儀器。它主要由下列幾個部分組成：自準直望遠鏡，平行光管，載物臺，度盤和游標盤。望遠鏡通過支臂與度盤固定在一起，組成儀器的照準部。它與游標盤和棱鏡臺可分別繞度盤的垂直軸旋轉，轉過的角度由游標盤和度盤讀出（游標精度為1，度盤每格值

2、為30），每次讀數要在對徑方向上二個游標上讀數，然后取其平均值，這樣可消除度盤的偏心誤差，且要在度盤的三個不同位置上讀數，以消除度盤的刻度誤差，軸的晃動誤差等，儀器上各運動部分備有鎖緊、微動和調整裝置的螺釘。 光源： a.    用鈉光燈作照明光源測量D光折射率，鈉光譜線=0.6328。 b.    自準直望遠鏡照明光源為6.3伏白熾燈及變壓器。   3.    實驗步驟 第一步：調整： 接上光源b； 目鏡調焦； 望遠鏡調焦，用自準直法將目鏡分劃板正確地調焦在物鏡焦面上，即使望遠鏡物鏡對無窮遠調

3、焦； a.    粗調望遠鏡光軸，使其位置適中（通過上、下、左、右調節(jié)螺釘）； b.    棱鏡臺上放一平行平板玻璃，工作面正對望遠鏡，觀察目鏡分劃板上十字絲與反射回來的像是否同時清晰，若不同時清晰，則移動目鏡鏡管，直至同時清晰為目。 使望遠鏡瞄準軸與度盤軸相互垂直； 當用平行平板使望遠鏡調焦無窮遠時，則鎖緊螺釘6，使棱鏡臺與游標盤連在一起，通過目鏡觀察分劃板上十字絲和其反射像水平線是否精確對稱，若不對稱則用半修法校正（即不對稱量由望遠鏡和棱鏡臺各負責校正一半），它可通過調整螺釘達到，然后將棱鏡臺連同游標盤帶平行平板轉過去180度，再

4、重復上述步驟校正偏差，通過反復進行，逐次趨近，直到平行平板無論哪一個面正對望遠鏡，十字線和反射回來的像都對稱為止，這說明望遠鏡瞄準軸與度盤旋轉軸已垂直，以后的工作過程中，不允許再調節(jié)望遠鏡的調節(jié)螺旋。 調整平行光管光源，使望遠鏡同軸 a.    關掉光源b，打開光源a。 b.    平行光管調焦：使狹縫像正確地形成在平行光管物鏡焦面上（前面移動狹縫，使望遠鏡分劃板上看到狹縫的清晰像）。為了便于瞄準，狹縫像的寬度應由調整螺釘9調節(jié)到約為分劃板上十字絲寬度的3倍。 c.    以望遠鏡分劃板為基準，調整螺釘，

5、使狹縫像處在視場中心，與十字線重合。  調整棱鏡棱邊與儀器主軸平行 關掉鈉光燈，接上望遠鏡燈源，使被測棱鏡的折射棱與度盤轉軸平行，這是校正的最后一步，又能用調整螺釘分別對棱鏡的兩工作面進行調整，使兩工作面在望遠鏡的自準直像與目鏡十字線呈對稱，為了便于調整應把棱鏡置于與螺釘對稱的位置。 第二步：棱鏡頂角的測量 棱鏡放在承物臺上，用自準直法分別使棱鏡的兩個折射面與自準直望遠鏡的光軸垂直，兩次度盤讀數之差值，即為棱鏡頂角的互補角值，即 第三步：最小偏向角 的測量 關掉望遠鏡光源，打開鈉光燈光源，用望遠鏡測定經棱鏡折射的狹縫像，當棱鏡隨著棱鏡臺轉動（游標盤與棱鏡臺用螺釘6固定在一起轉動）時，

6、在望遠鏡視場的狹縫像相對十字線移動，因望遠鏡視場有限，為了能始終看到狹縫像，每當狹縫像移動到視場邊緣時，望遠鏡也作相應的轉動。當棱鏡發(fā)一定方向轉過一定角度時，會出現一個新的現象，即原來沿一定方向移動的狹縫像此時突然停止，若再轉動棱鏡臺則狹縫像沿與原方向相反的方向移動。在狹縫像突然停止時刻的棱鏡位置，即為光束經棱鏡后最小偏向折射的位置，此時從度盤上用游標讀取讀數B1。轉動承物臺棱鏡，以頂角A的另一面對向平行平板，用相同方法測定出最小偏向角位置，讀取游標讀數B2，兩次讀數之差即為最小偏向角 值的2倍，即 這樣就提高了測量精度。 平面系統(tǒng)成像特性1.    實驗裝置 從

7、氦氖激光器射出的水平激光束，經平面鏡反射后折轉90度垂直向上，再經柱面鏡擴束，成為一扇形光束經介質膜分束器中的介質膜分光鏡反射后，又成水平方面扇形光束與演示屏垂直相交，從而在演示屏上顯示出光束的徑跡，在度盤孔內插下各種光學零件后，就可以做各種光學實驗。 演示儀主要由激光器、擴束器、分束器，演示屏，附件夾持架和其他附件組成。 激光管和電源都安裝在底座里，演示屏、擴束器和附件夾持架裝在底座上，分束器裝在演示屏的左側，夾持架裝在演示屏的右側，在演示屏的中間還有一只度盤6，它可以轉動，中間有一只圓孔，用來插放各種光學零件或組件。   2.    實驗原理 利用氦

8、氖激光器發(fā)出的紅色細光束，經柱面擴束鏡后為一扇形平面光束，直接射向平行平板或各種棱鏡上，就能直觀地觀察到光束在各面上的折反射情況。 稍稍退出柱面擴束器，在底座上放置裝有圓擴束器的支架及裝有指標的支架，并把被測棱鏡置于右側的夾持器上，對著出射光線的方向能觀察到各種棱鏡的轉像情況。 3.    實驗步驟 接上220V電源，然后順時針方向旋轉開關到第一檔，在正常情況下，激光管發(fā)射出紅色激光束，若由于電壓過低，激光管不能啟輝，可轉動開關到第二檔，再不行可用第三檔。 調整擴束器，擴束器可在座內前后移動，以使擴展后的光束基本上落在分光鏡上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光線

9、徑跡，如果不需要擴束，只需把擴束器稍稍退出。 調整分束器，這是用來將光線分束的裝置，根據需要將光線分成二束、三束、四束或五束。這時就要使用不同面數的介質膜分光鏡。為了使分束后的各條光線亮度均勻，每塊介質膜分光鏡的反射率是一樣的。分光鏡可以繞水平軸線轉動，因此可以在演示屏上得到各種不同位置的光線途徑，也可以根據需要使分束后的光線成為平行光線、會聚光束或發(fā)散光束。在調整時，應先擰松固緊鏍釘，然后轉動分光鏡到需要位置，然后再擰緊固緊螺釘。整個分束器座可繞兩頂尖螺釘子的軸線轉動，以調節(jié)分光鏡和演示屏之間的傾角，從而可調節(jié)演示屏上光線的長度和亮度。調節(jié)時，只需轉動分束器座上的調節(jié)螺釘即可，整個分束器座可

10、沿演示屏上的槽作上下移動以適應各種需要。轉動分束器的上、下兩只頂尖螺釘上的鎖緊螺母松開、退出，然后轉動上下兩只頂尖螺釘，一只退，一只進，注意不要將螺釘頂得過緊，以免損壞零件。 分別把各光學組件插入度盤中間的圓孔，組件可相對于度盤轉動，以固定在適當位置。度盤可連同光學組件一起轉動。實驗 物鏡焦距、截距的測定一、實驗目的    掌握用定焦距平行光管法測量光學系統(tǒng)焦距、截距的方法二、實驗內容    掌握測量方法，做好測量前的準備工作，測量給定的照相物鏡、望遠物鏡和顯微物鏡的象方焦距和截距、物方焦距和截距。三、實驗原理  

11、  測量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）測量范圍大，測量精度高，相對誤差一般在1以下，是目前常用的方法，其測量原理如圖11                                     &

12、#160;     圖11    其中O是平行光管物鏡，L是被測透鏡，y0是位于平行光管物鏡焦平面上的一對刻線的間隔距離。y0經過平行光管物鏡后成像在無限遠處，再經過被測透鏡L后，在它的焦平面上得到y(tǒng)0的像y。這種方法的原理就是通過測量像y的大小，然后計算出被測透鏡的焦距。從圖11看出下面兩個關系式：                    

13、;    用作圖成像的方法很容易得出： w = w，因此可以得到      即：                                     

14、60;       （11）    這就是用定焦距平行光管法測定焦距所用的公式，其中f0 是平行光管物鏡的焦距，是已知的。Y0是位于平行光管物鏡焦平面處的分劃板上的一對刻線的間隔距離，它的大小也是事先已知的。Y是這對刻線y0經過被測透鏡后所成的像，如果能測量出此像y的大小，那么就很容易用公式（11）計算出被測透鏡的焦距f 。    利用本公式及方法，可以測量正負透鏡、望遠物鏡、照相物鏡、放映物鏡，各種目鏡的焦距。應當注意要正確選擇測量顯微鏡的物鏡，使之與被測光學系統(tǒng)相匹配。如

15、測負焦距系統(tǒng)使要選擇長工作距的顯微物鏡。這是因顯微物鏡的倍率不同，故（11）式變化如下                                           

16、;                                           （12）        

17、;                                                  

18、;                                                式中： 測量顯微鏡放大倍數

19、60;四、實驗設備    焦距儀、待測物鏡（照相物鏡、照相物鏡、顯微物鏡） 圖12  焦距儀結構示意圖                     圖13  玻羅板1.平行光管    2.透鏡夾持器    3.測微目鏡測量焦距用的焦距儀如圖12所示，它包括一個平行光管、一個透鏡夾持器

20、、一個帶有目鏡的讀數顯微鏡和把它們連在一起的一根帶有長度刻尺的導軌組成1  平行光管常用的平行光管物鏡的焦距有550mm、1000mm和2000mm等。位于物鏡物方焦平面上可更換的分劃板的形式很多、其中用于測量焦距的分劃板稱為玻羅板，圖13所示的是550mm焦距儀所用的玻羅板，板上刻有5組間隔不同的平行線，它們的間距分別為1、2、4、10和20mm。焦距為1m時（997.47mm平行光管上玻璃板的間隔為5、10、20mm）。2  帶測微目鏡的讀數顯微鏡讀數顯微鏡是用來測量待測物鏡所成像高y的，它由物鏡和測微物鏡組成，物鏡放大倍率可以更換，一般有0.5、1、2.5和5倍等。測

21、微目鏡的結構如圖14所示，是由目鏡、固定分劃板、活動分劃板和螺旋測微讀數裝置四部分組成。測微絲杠轉一圈，活動分劃板上刻線移動量為固定分劃板刻線的一格。通常測微螺旋的螺距S是0.251mm，讀數鼓輪一圈等分為100格，格值為S/100。固定分劃板上有若干等分刻線，其格值與螺距相符。活動分劃板上刻有瞄準用的雙刻線和叉絲線。測量時由測微絲杠推動活動分劃板，使雙刻線和叉絲線對準所選的起始刻線，從固定分劃板上讀毫米數，再從讀數鼓輪上讀取微小讀數，然后將雙刻線和叉絲線對準最終刻線，依法讀數，兩次讀數之差即為起始到終點的刻線距離。      

22、60;                                              圖14                  1.目鏡