WSZ-710A715A方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書(shū)070117

1、 天津拓普WSZ-710A/715A 方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書(shū)V 1.0天津市拓普儀器有限公司目錄一、用途與適用范圍2二、儀器特點(diǎn)2三、儀器成套性2四、安裝說(shuō)明2五、參考實(shí)驗(yàn)講義3實(shí)驗(yàn)一 用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距f (測(cè)量實(shí)驗(yàn))3實(shí)驗(yàn)二 牛頓環(huán)裝置 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))4實(shí)驗(yàn)三 測(cè)節(jié)點(diǎn)位置及透鏡組焦距 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))6實(shí)驗(yàn)四 自組望遠(yuǎn)鏡 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))10實(shí)驗(yàn)五 自組透射式幻燈機(jī) (測(cè)量實(shí)驗(yàn))11實(shí)驗(yàn)六 目鏡焦距fe的測(cè)量 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))13實(shí)驗(yàn)七 阿貝成像原理和空間濾波 （測(cè)量實(shí)驗(yàn)）15實(shí)驗(yàn)八 菲涅爾雙棱鏡干涉 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))18實(shí)驗(yàn)九 用位移法測(cè)薄凸透鏡焦距f (測(cè)量實(shí)驗(yàn))21實(shí)驗(yàn)十 夫朗和費(fèi)單縫衍射

2、(測(cè)量實(shí)驗(yàn))23實(shí)驗(yàn)十一 夫朗和費(fèi)圓孔衍射 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))26實(shí)驗(yàn)十二 菲涅爾單縫衍射 （演示實(shí)驗(yàn)）27實(shí)驗(yàn)十三 菲涅爾圓孔衍射（演示實(shí)驗(yàn)）29實(shí)驗(yàn)十四 菲涅爾直邊衍射 （演示實(shí)驗(yàn)）30實(shí)驗(yàn)十五 偏振光分析 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))32實(shí)驗(yàn)十六 楊氏雙縫干涉 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))38實(shí)驗(yàn)十七 調(diào)制和顏色合成 （演示實(shí)驗(yàn)）41六、技術(shù)服務(wù)幫助43一、用途與適用范圍WSZ-710A/715A系列光具座是我公司專(zhuān)門(mén)為高等院校物理和光學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)備，能與本公司生產(chǎn)的多種調(diào)整架及光學(xué)器件配合使用。廣泛應(yīng)用于各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量中?？砷_(kāi)設(shè)各種透鏡及透鏡組數(shù)據(jù)的測(cè)量試驗(yàn)；干涉、衍射的觀察和測(cè)量實(shí)驗(yàn)；偏振光、信息光學(xué)等實(shí)

3、驗(yàn)。二、儀器特點(diǎn)我公司生產(chǎn)的WSZ-710A/715A方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置導(dǎo)軌（見(jiàn)圖1）采用方形截面鑄鐵材料，導(dǎo)軌長(zhǎng)度為1000mm（710A）/1500mm（715A）。具有外形美觀、穩(wěn)定性好、使用方便的特點(diǎn)。該裝置可以開(kāi)設(shè)17項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，用戶(hù)也可以根據(jù)需要從中任意選擇其中的幾項(xiàng)?？砷_(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)見(jiàn)目錄。圖1 方形光具座（鑄鐵）三、儀器成套性WSZ-710A/715A方形光具座實(shí)驗(yàn)裝置包括WSZ-710/715型方形光具座一臺(tái)，以及各種滑座、調(diào)整架鏡頭等器件，根據(jù)所選實(shí)驗(yàn)的不同配置不同，成套性詳見(jiàn)裝箱單。四、安裝說(shuō)明1. 打開(kāi)包裝箱，按裝箱單清點(diǎn)數(shù)量。2. 將導(dǎo)軌置于桌面上，分別調(diào)整底腳使其穩(wěn)固。3.

4、 新光具座開(kāi)始使用時(shí)清除多余防銹用黃油，但應(yīng)在導(dǎo)軌上保留足夠的黃油以防生銹。4. 將各器件按照講義要求分別放于導(dǎo)軌上，即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。5. 長(zhǎng)期不使用時(shí)，應(yīng)將其表面涂抹黃油放置在干燥環(huán)境中。五、參考實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)一 用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距f (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握簡(jiǎn)單光路的分析和調(diào)整方法了解、掌握自準(zhǔn)法測(cè)凸透鏡焦距的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)發(fā)光點(diǎn)（物）處在凸透鏡的焦平面時(shí)，它發(fā)出的光線通過(guò)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(guò)透鏡后仍會(huì)聚于透鏡的焦平面上，其會(huì)聚點(diǎn)將在發(fā)光點(diǎn)相對(duì)于光軸的對(duì)稱(chēng)位置上。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、品字形

5、物象屏P：SZ-143、凸透鏡L： f=190mm(f=150mm)4、二維調(diào)整架： SZ-075、平面反射鏡M6、 二維調(diào)整架： SZ-077、滑座： TH708、滑座： TH70YZ9、滑座： TH7010、 滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖一五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 把全部元件按圖一的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏，調(diào)至共軸。而后拉開(kāi)一定的距離?？烧{(diào)成如圖一所示的距離2、 前后移動(dòng)凸透鏡L，使在物像屏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(dòng)透鏡L，使P屏上的像既清晰又與物同大小。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度，

6、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(shí)驗(yàn)值和真實(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（選做） 六、數(shù)據(jù)處理 被測(cè)透鏡焦距：實(shí)驗(yàn)二 牛頓環(huán)裝置 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察等厚干涉現(xiàn)象，用干涉法測(cè)量透鏡表面的曲率半徑二、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡，以其凸面朝下，放在一塊平面玻璃板上（如附圖1），二者之間形成一層厚度由零逐漸增大的空氣膜，若對(duì)透鏡投射單色光，則空氣膜下緣面與上緣面反射的光就會(huì)互相干涉。從透鏡上看到的干涉花樣是以玻璃接觸點(diǎn)為中心的一組中央疏，邊緣密的明暗相間的同心圓環(huán)條

7、紋，這就是牛頓環(huán)。它是等厚干涉，與接觸點(diǎn)等距離的空氣厚度是相同的。附圖1從附圖1來(lái)看，設(shè)透鏡的曲率半徑為R，與接觸點(diǎn)O相距為r處的膜厚為d，其中幾何關(guān)系為： 因R>>d，所以可略去，得： 光線應(yīng)是垂直入射的，計(jì)算光程差時(shí)還要考慮光波在平面玻璃上反射會(huì)有半波損失，從而帶來(lái)/2的附加光程差，所以總的光程差為： 產(chǎn)生暗環(huán)的條件是： 其中m干涉條紋的級(jí)數(shù)綜合上面的式子可得到第m級(jí)暗環(huán)半徑為：從此式可見(jiàn)，只要波長(zhǎng)為已知，測(cè)量出第m級(jí)暗環(huán)半徑rm，即可得出平凸透鏡的曲率半徑值。但是由于兩鏡面接觸點(diǎn)之間難免存在著細(xì)微的塵埃，使光程差產(chǎn)生難以確定的變化，中央暗點(diǎn)就可變成亮點(diǎn)或若明若暗。再者，接觸壓

8、力引起玻璃的變形會(huì)使接觸點(diǎn)擴(kuò)大成一個(gè)接觸面，以致接近圓心處的干涉條紋也是寬闊而模糊的。這就給M帶來(lái)某種程度的不確定性。為了求得比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，可以用兩個(gè)暗環(huán)半徑rm和rn的平方差來(lái)計(jì)算曲率半徑。因，兩式相減得所以：因m和n有著相同的不確定程度，利用m-n這一相對(duì)性測(cè)量恰好消除了由絕對(duì)測(cè)量的不確定性帶來(lái)的誤差。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈2、半透半反鏡3、二維調(diào)整架： SZ-074、牛頓環(huán)5、牛頓環(huán)直立架： SZ-346、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-387、讀數(shù)顯微鏡8、滑座： TH70YZ9、滑座： TH7010、滑座： TH70Z四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖二五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 調(diào)節(jié)牛頓環(huán)裝置三個(gè)螺釘，

9、使接觸點(diǎn)O大致在中心，螺釘?shù)乃删o程度應(yīng)合適，太松則接觸點(diǎn)不穩(wěn)定，太緊則將鏡片壓碎。將牛頓環(huán)置于牛頓環(huán)直立架上。2、 把全部器件按圖二的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。3、 點(diǎn)亮鈉光燈，使鈉光垂直射到半透半反鏡上，調(diào)節(jié)半透半反鏡的角度和位置。此時(shí)顯微鏡上看到明亮的視場(chǎng)，前后移動(dòng)顯微鏡就可觀察到等厚干涉同心圓環(huán)。六、數(shù)據(jù)處理可用測(cè)微目鏡的鼓輪測(cè)出=20、15、10、5牛頓環(huán)直徑，用環(huán)差法:m-n=5，再由已知波長(zhǎng)=5893Å和公式，可求得牛頓環(huán)透鏡的曲率半徑R（）,（）和R（），三個(gè)值求平均就可以得出牛頓環(huán)的曲率半徑的大小。實(shí)驗(yàn)三 測(cè)節(jié)點(diǎn)位置及透鏡組焦距 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧?/p>

10、解透鏡組節(jié)點(diǎn)的特性，掌握測(cè)透鏡組節(jié)點(diǎn)的方法。二、實(shí)驗(yàn)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(gè)整體來(lái)研究。這時(shí)可以用三對(duì)特殊的點(diǎn)和三對(duì)面來(lái)表征系統(tǒng)在成像上的性質(zhì)。若已知這三對(duì)點(diǎn)和三對(duì)面的位置，則可用簡(jiǎn)單的高斯公式和牛頓公式來(lái)研究起成像規(guī)律。共軸球面系統(tǒng)的這三對(duì)基點(diǎn)和基面是：主焦點(diǎn)（F，F(xiàn)'）和主焦面，主點(diǎn)（H，H'）和主平面，節(jié)點(diǎn)（N，N'）和節(jié)平面。如附圖1，附圖1附圖2實(shí)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(shí)，透鏡組的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與兩個(gè)主點(diǎn)重合，在這種情況下，主點(diǎn)兼有節(jié)點(diǎn)

11、的性質(zhì)，透鏡組的成像規(guī)律只用兩對(duì)基點(diǎn)（焦點(diǎn)，主點(diǎn)）和基面（焦面，主面）就完全可以確定了。根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(guò)第一節(jié)點(diǎn)N的光線PN，折射后必然通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)N'且出射光線N'Q平行與原入射光線PN。設(shè)NQ與透鏡組的第二焦平面相交于F''點(diǎn)。由焦平面的定義可知，PN方向的平行光束經(jīng)透鏡組會(huì)聚于F''點(diǎn)。若入射的平行光的方向PN與透鏡組光軸平行時(shí)，F(xiàn)''點(diǎn)將與透鏡組的主焦點(diǎn)F'重合，如附圖3附圖3綜上所述，節(jié)點(diǎn)應(yīng)具

12、有下列性質(zhì)：當(dāng)平行光入射透鏡組時(shí)，如果繞透鏡組的第二節(jié)點(diǎn)N'微微轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角，則平行光經(jīng)透鏡組后的會(huì)聚點(diǎn)F'在屏上的位置將不橫移，只是變得稍模糊一點(diǎn)兒，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)透鏡組后入射于節(jié)點(diǎn)N的光線并沒(méi)有改變?cè)瓉?lái)入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改變，又因?yàn)橥哥R組是繞N'點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，N點(diǎn)不動(dòng)，所以N'Q線也不移動(dòng)，而像點(diǎn)始終在N'Q線上，故F''點(diǎn)不會(huì)有橫向移動(dòng)，至于NF''的長(zhǎng)度，當(dāng)然會(huì)隨著透鏡組的轉(zhuǎn)動(dòng)有很小的變化，所以F''點(diǎn)前后稍有移動(dòng)，屏上的像會(huì)稍有模糊一點(diǎn)。反之，如果透鏡組繞N'點(diǎn)以外的點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則

13、F''點(diǎn)會(huì)有橫向移動(dòng)，利用節(jié)點(diǎn)的這一特性構(gòu)成了下面的測(cè)量方法。使用一個(gè)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌側(cè)面裝有刻度尺，這個(gè)裝置就是節(jié)點(diǎn)架。把透鏡組裝在可以旋轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)架導(dǎo)軌的上，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)架上前后移動(dòng)，同時(shí)使架做微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)動(dòng)作配合進(jìn)行，直到能得到清晰的像，且不發(fā)生橫移為止。這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸必通過(guò)透鏡組的像方節(jié)點(diǎn)N'，它的位置就被確定了。并且當(dāng)N'與H'重合時(shí)，從轉(zhuǎn)動(dòng)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，使光線由L2進(jìn)入，由L1射出。利用同樣的方法可測(cè)出物方節(jié)點(diǎn)N的位置。三、

14、實(shí)驗(yàn)儀器1、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、1/10mm分劃板F13、二維調(diào)整架： SZ-074、物鏡Lo： fo=190mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、透鏡組L1、L2： f1=220mm，f2=300mm7、節(jié)點(diǎn)架： SZ-258、測(cè)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、滑座： TH70YZ11、滑座： TH70Z12、滑座： TH70Z13、滑座： TH70Z14、滑座： TH7015、白屏： SZ-13四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖三五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 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(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)焦的望遠(yuǎn)鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、 將“平行光管”、

15、待測(cè)透鏡組、測(cè)微目鏡，按圖三的順序擺放在導(dǎo)軌上，目測(cè)調(diào)至共軸。3、 前后移動(dòng)測(cè)微目鏡，使之能看清F處分劃板刻線的像。4、 沿節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架導(dǎo)軌前后移動(dòng)透鏡組，（同時(shí)也要相應(yīng)地移動(dòng)測(cè)微目鏡），直至轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，F(xiàn)處分劃板刻線的像無(wú)橫向移動(dòng)為止，此時(shí)像方節(jié)點(diǎn)N落在節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架的轉(zhuǎn)軸上。5、 用白色屏H代替測(cè)微目鏡，使分劃板刻線的像清晰的成于白色屏上，分別記下屏和節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)架在標(biāo)尺導(dǎo)軌上的位置a、b，再在節(jié)點(diǎn)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）的偏移量d。6、 把節(jié)點(diǎn)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。

16、六、數(shù)據(jù)處理1、像方節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(huà)出該透鏡組及它的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置。實(shí)驗(yàn)四 自組望遠(yuǎn)鏡 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馔h(yuǎn)鏡的基本原理和結(jié)構(gòu)，并掌握其調(diào)節(jié)、使用和測(cè)量它的放大率的兩種方法。二、實(shí)驗(yàn)原理最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡是由一片長(zhǎng)焦距的凸透鏡作為物鏡，用一短焦距的凸透鏡作為目鏡組合而成。遠(yuǎn)處的物經(jīng)過(guò)物鏡在其后焦面附近成一縮小的倒立實(shí)像，物鏡的像方焦平面與目鏡的物方焦平面重合。而目鏡起一放大鏡的作用，把這個(gè)倒立的實(shí)像再放大成一個(gè)正立的像，如圖五所示。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、

17、帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、毫米尺F L=7mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、物鏡Lo： fo=225mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、測(cè)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、滑座： TH709、滑座： TH7010、滑座： TH7011、滑座： TH7012、白屏： SZ-13四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖四五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 把全部器件按圖四的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、 把F和Le的間距調(diào)至最大，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)Lo，使一只眼睛通過(guò)Le看到清晰的分劃板F上的刻線。3、 再用另一只眼睛直接看毫米尺F上的刻線，讀出直接看到的F上的滿量程28條線對(duì)

18、應(yīng)于通過(guò)望遠(yuǎn)鏡所看到F上的刻線格數(shù)e。4、 分別讀出F、Lo、Le的位置a、b、d。5、 拿掉Le，換上白屏H找到F通過(guò)Lo所成的像，讀出H的位置c。六、數(shù)據(jù)處理又望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量放大率：M=140/e望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算放大率： 其中：U1=b-a，V1=c-b，U2=d-c，AB、A'B'如圖四所示。實(shí)驗(yàn)五 自組透射式幻燈機(jī) (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣脽魴C(jī)的原理和聚光鏡的作用，掌握對(duì)透射式投影光路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。二、實(shí)驗(yàn)原理幻燈機(jī)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(qiáng)光照亮圖片，因此幻燈機(jī)的構(gòu)造總是包括聚光和成像兩個(gè)主要部分，在透射式的幻燈機(jī)中，圖片是透明的

19、。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(gè)物鏡能在屏上產(chǎn)生高倍放大的實(shí)像，P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(qiáng)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(shí)，能使屏幕上有強(qiáng)烈而均勻的照度，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(dú)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(qiáng)屏幕上的照度。因此，應(yīng)使從光源發(fā)出并通過(guò)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(guò)物鏡L，這可用所謂“中間像”的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。即聚光器使光源成實(shí)像，成實(shí)像

20、后的那些光束繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，不超過(guò)透鏡L邊緣范圍。光源的大小以能夠使光束完全充滿L的整個(gè)面積為限。聚光鏡焦距的長(zhǎng)短是無(wú)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(guò)聚光器前后是對(duì)稱(chēng)的，而在物鏡平面上光源的像和光源本身的大小相等。三、實(shí)驗(yàn)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、滑座： TH70YZ10、滑座： TH70

21、Z11、滑座： TH70YZ12、滑座： TH70Z13、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見(jiàn)圖五）圖五五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 把全部?jī)x器按圖五的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、 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(dòng)P，使其經(jīng)L2在屏H上成一最清晰的像。3、 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(dòng)光源S，使其經(jīng)聚光鏡L1剛好成像于白屏H上。4、 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。5、 把聚光鏡L1拿去，再觀察像面上的亮度和照度的均勻性。6、 注：演示其現(xiàn)象時(shí)的參考

22、數(shù)據(jù)為U1=35，V1=35，U2=300，V2=520。和計(jì)算焦距時(shí)的數(shù)據(jù)并不相同。六、數(shù)據(jù)處理放映物鏡的焦距：聚光鏡的焦距：其中：、（）為像的放大率（）實(shí)驗(yàn)六 目鏡焦距fe的測(cè)量 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?、掌握用測(cè)量物像放大率來(lái)求目鏡焦距fe的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理焦距的測(cè)量可以歸結(jié)為測(cè)量焦點(diǎn)到光學(xué)系統(tǒng)的某一指定點(diǎn)的距離。測(cè)量焦距時(shí)，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：。三、實(shí)驗(yàn)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(cè)目鏡Le(fe=14mm)5、可變口徑二維架： SZ-056、測(cè)微目鏡L(去掉其物鏡頭的

23、讀數(shù)顯微鏡)7、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-388、滑座： TH70YZ9、滑座： TH70Z10、滑座： TH70Z11、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖六五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 把全部器件按圖六的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸。2、 在F、Le、L的底座距離很小的情況下，前后移動(dòng)Le，直至在測(cè)微目鏡L中看到清晰的1/10mm的刻線，并使之與測(cè)微目鏡中的標(biāo)尺（mm刻線）無(wú)視差。3、 測(cè)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。4、 把測(cè)微目鏡L向后移動(dòng)3040mm，再慢慢向前移動(dòng)Le，直至在測(cè)微目鏡L中又看到清晰且與毫米標(biāo)尺刻線無(wú)視差的1/10mm

24、的刻線像。5、 再測(cè)出像寬，求出m2，記下L和Le的位置a2、b2。六、數(shù)據(jù)處理mx=像寬/實(shí)寬像距改變量：被測(cè)目鏡焦距：實(shí)驗(yàn)七 阿貝成像原理和空間濾波 （測(cè)量實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私飧独锶~光學(xué)基本原理的物理意義，加深對(duì)光學(xué)中的空間頻譜和空間濾波等概念的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 傅立葉變換在光學(xué)成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。在信息光學(xué)中、常用傅立葉變換來(lái)表達(dá)和處理光的成像過(guò)程。設(shè)一個(gè)xy平面上的光場(chǎng)的振幅分布為g(x,y)，可以將這樣一個(gè)空間分布展開(kāi)為一系列基元函數(shù)的 線性疊加。即 (1)，為x,y方向的空間頻率，量綱為；是相應(yīng)于空間頻率為，的基元函數(shù)的權(quán)重，也稱(chēng)為光場(chǎng)的空間頻率，可由下式求得： (2)g(x

25、,y)和實(shí)際上是對(duì)同一光場(chǎng)的兩種本質(zhì)上等效的描述。當(dāng)g(x,y)是一個(gè)空間的周期性函數(shù)時(shí)，其空間頻率就是不連續(xù)的。例如空間頻率為的一維光柵，其光振幅分布展開(kāi)成級(jí)數(shù)： 相應(yīng)的空間頻率為f=0，。 2、 阿貝成像原理傅立葉變換在光學(xué)成像中的重要性，首先在顯微鏡的研究中顯示出來(lái)。E.阿貝在1873年提出了顯微鏡的成像原理，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。阿貝認(rèn)為，在相干光照明下，顯微鏡的成像可分為兩個(gè)步驟，第一個(gè)步驟是通過(guò)物的 衍射光在物鏡后焦面上形成一個(gè)初級(jí)衍射（頻譜圖）圖。第二個(gè)步驟則為物鏡后焦面上的初級(jí)衍射圖向前發(fā)出球面波，干涉疊加為位于目鏡焦面上的像，這個(gè)像可以通過(guò)目鏡觀察到。成像的這兩步驟本質(zhì)上就

26、是兩次傅立葉變換，如果物的振幅分布是g(x,y)，可以證明在物鏡后面焦面，上的光強(qiáng)分布正好是g(x,y)的傅立葉變換。（只要令，為波長(zhǎng)，F(xiàn)為物鏡焦距）。所以第一步驟起的作用就是把一個(gè)光場(chǎng)的空間分布變成為：空間頻率分布；而第二步驟則是又一次傅氏變換將又還原到空間分布。附圖1顯示了成像的這兩個(gè)步驟，為了方便起見(jiàn)，我們假設(shè)物是一個(gè)一維光柵，平行光照在光柵上，經(jīng)衍射分解成為向不同方向的很多束平行光（每一束平行光相應(yīng)于一定的空間頻率）。經(jīng)過(guò)物鏡分別聚集在后焦面上形成點(diǎn)陣，然后代表不同空間頻率的光束又從新在像平面上復(fù)合而成像。 附圖1但一般說(shuō)來(lái)，像和物不可能完全一樣，這是由于透鏡的孔徑是有限的，總有一部分

27、衍射角度較大的高次成分（高頻信息）不能進(jìn)入到物鏡而被丟棄了，所以像的信息總是比物的信息要少一些，高頻信息主要是反映物的細(xì)節(jié)的，如果高頻信息受到了孔徑的阻擋而不能到達(dá)像平面，則無(wú)論顯微鏡有多大的放大倍數(shù)，也不可能在像平面上分辨出這些細(xì)節(jié)，這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因，特別當(dāng)物的結(jié)構(gòu)是非常精細(xì)（例如很密的光柵），或物鏡孔徑非常小時(shí)，有可能只有0級(jí)衍射（空間頻率為0）能通過(guò)，則在像平面上就完全不能形成圖像。3、 光學(xué)空間濾波上面我們看到在顯微鏡中物鏡的孔徑實(shí)際上起了一個(gè)高頻濾波的作用，這就啟示我們，如果在焦平面上人為的插上一些濾波器（吸收板或移相板）以改變焦平面上光振幅和位相就可以根據(jù)需要改變

28、像平面上的頻譜，這就叫做空間濾波。最簡(jiǎn)單的濾波器就是把一些特殊形式的光闌插到焦平面上，使一個(gè)或幾個(gè)頻率分量能通過(guò)，而擋住其他頻率分量，從而使像平面上的圖像只包括一種或幾種頻率分量，對(duì)這些現(xiàn)象的觀察能使我們對(duì)空間傅立葉變換和空間濾波有更明晰的概念。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、He-Ne激光器（632.8nm）2、擴(kuò)束鏡L1： f1=4.5mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、準(zhǔn)直鏡L2： f2=190mm5、二維調(diào)整架： SZ-076、一維光柵（25L/mm）7、干板架： SZ-128、傅立葉透鏡L3 f3=150mm9、白屏P： SZ-1310、滑座： TH7011、滑座： TH70YZ12、滑座： TH7

29、0Z13、滑座： TH70YZ14、滑座： TH70Z15、滑座： TH70Z16、滑座： TH7017、頻譜濾波器： SZ-32四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖七五、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理1、 用L1、L2組成擴(kuò)束系統(tǒng)，使其出射的平行激光光束垂直的照射在其狹縫沿鉛直方向放置的一維光柵上。前后移動(dòng)變換透鏡L3，使光柵（物）清晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。此時(shí)光柵位置接近于透鏡的前焦面，故透鏡的后焦面就為其傅氏面，該面上光強(qiáng)的分布即為物的空間頻譜。用白屏H在透鏡的后焦面附近慢慢移動(dòng)，在透鏡后焦面上可以觀察到水平排列的一些清晰光點(diǎn)。這些光點(diǎn)相應(yīng)于光柵的級(jí)衍射極大值，用米尺大約測(cè)出各光點(diǎn)與中央最亮點(diǎn)的距離，由

30、以及透鏡的焦距F，光波波長(zhǎng)，試求出這些光點(diǎn)相應(yīng)的空間頻率。位置（mm）空間頻率（1/mm）一級(jí)衍射二級(jí)衍射三級(jí)衍射2、 在L3后焦面（傅氏面）處放入頻譜濾波器，擋去0級(jí)以外的各點(diǎn)，觀察像面上有無(wú)光柵條紋。3、 調(diào)節(jié)光欄，使0級(jí)和±1級(jí)最大值通過(guò)，觀察像面上的光柵條紋像，再把光欄拿去，讓更高級(jí)次的衍射都能通過(guò)，再觀察像面上的光柵條紋像，試看這兩種情況的光柵條紋像的寬度有無(wú)變化。選做：4、 把一維光柵換成二維正交光柵，再前后移動(dòng)變換透鏡L3，使光柵（物）清晰的成像于離物兩米以外的墻壁上。這時(shí)在透鏡后焦面上觀察到二維的分立光點(diǎn)陣（即 正交光柵的頻譜）。在傅氏面處加一頻譜濾波器，使通過(guò)光軸的

31、一系列光點(diǎn)通過(guò)，觀察像平面上一維條紋像的方向。5、 將頻譜濾波器轉(zhuǎn)過(guò)90度角，讓包含0級(jí)的水平的一排光點(diǎn)通過(guò)，觀察像平面上一維條紋像的方向。6、 再將頻譜濾波器轉(zhuǎn)過(guò)45度角，觀察像面上條紋像的方向。7、 用網(wǎng)格字替換二維光柵，觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成。8、 再將一個(gè)可變圓孔光欄放在付氏面上，逐步縮小光欄，直到只讓光軸上一個(gè)光點(diǎn)通過(guò)為止，再觀察網(wǎng)格字的像的構(gòu)成，試與沒(méi)濾波之前的字相比較。實(shí)驗(yàn)八 菲涅爾雙棱鏡干涉 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察雙棱鏡干涉現(xiàn)象及測(cè)定光波波長(zhǎng)二、實(shí)驗(yàn)原理利用光的干涉現(xiàn)象進(jìn)行光波波長(zhǎng)的測(cè)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(duì)

32、位置有關(guān)，又跟光波波長(zhǎng)有關(guān)，從它們之間的關(guān)系式就能測(cè)出光波波長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)利用雙棱鏡獲得兩束相干光，如附圖1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(gè)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(cè)到干涉條紋。附圖1如附圖2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(diǎn)，由S1和S2射來(lái)的兩束光在O點(diǎn)的光程差為零，故在O點(diǎn)處兩光波互相加強(qiáng)形成零級(jí)亮條紋，而在O點(diǎn)兩側(cè)，則排列著明暗相間的等距干涉條紋。附

33、圖2對(duì)于屏上距O 點(diǎn) 為x的P點(diǎn)。當(dāng)D>>d。D>>x時(shí)，有d=x/因?yàn)镈 故dx/D 即=xd/D根據(jù)相干條件，當(dāng)光程差滿足：（1）=2k()時(shí)，即在x=k處（k=0、1、2、），產(chǎn)生亮條紋。（2）=（2k-1）時(shí)，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(gè)狹縫中心的間距 單色光波波長(zhǎng) D狹縫屏到觀測(cè)屏（測(cè)微目鏡焦平面）的距離從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得D，d以及x，即可由上式算出波長(zhǎng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈（可加圓孔光欄）2、凸透鏡L： f=50mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、

34、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(cè)微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）8、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-389、滑座： TH70YZ10、滑座： TH70YZ11、滑座： TH70Z12、滑座： TH70Z13、凸透鏡L： f=150mm14、二維調(diào)整架： SZ-0715、滑座： TH7016、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見(jiàn)圖八）圖八五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、把全部?jī)x器按照?qǐng)D八的順序在導(dǎo)軌上擺放好(圖上數(shù)值均為參考數(shù)值)，并調(diào)成共軸系統(tǒng)。鈉光燈（可加圓孔光欄）經(jīng)透鏡L聚焦于狹縫上。調(diào)節(jié)單縫和雙棱鏡的棱脊平行，而且由單縫射出的光對(duì)稱(chēng)地照在棱脊的兩側(cè)。2

35、、 用白屏H或直接用眼睛觀測(cè)到干涉條紋后，再?gòu)臏y(cè)微目鏡中觀測(cè)。使相干光束處在目鏡視場(chǎng)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。3、 用測(cè)微目鏡測(cè)出干涉條紋的間距x，測(cè)出單縫到測(cè)微目鏡叉絲分劃板的距離D，再用二次成像法測(cè)出兩個(gè)虛光源的間距d，由x=xk+1-xk=便可求出光波的波長(zhǎng)，并與鈉燈的波長(zhǎng)實(shí)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：保持圖中狹縫、雙棱鏡的位置不動(dòng)，加入一已知焦距f=150的透鏡放在雙棱鏡后，使單縫與測(cè)微目鏡間的距離D>4f，移動(dòng)透鏡成像時(shí)，可以在兩個(gè)不同的位置上，從目鏡

36、中看到一大一小兩個(gè)清晰的縫像（既虛光源S1、S2的像），測(cè)出兩個(gè)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(zhǎng)。 實(shí)驗(yàn)九 用位移法測(cè)薄凸透鏡焦距f (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?、掌握位移法測(cè)凸透鏡焦距的原理及方法二、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)凸透鏡而言，當(dāng)物和像屏間的距離L大于4倍焦距時(shí)，在它們之間移動(dòng)透鏡，則在屏上會(huì)出現(xiàn)兩次清晰的像，一個(gè)為放大的像，一個(gè)為縮小的像。分別記下兩次成像時(shí)透鏡距物的距離O1、O2(e=|O1-O2|)，距屏的距離O1'、O2'，根據(jù)光線的可逆性原理，這兩個(gè)位置是“對(duì)稱(chēng)”

37、的。 即O1=O2'，O2=O1'則：Le= O1 O2'O1O2'O1=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得到透鏡的焦距為由此便可算得透鏡的焦距，這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是，把焦距的測(cè)量歸結(jié)為對(duì)于可以精確測(cè)定的量L和e的測(cè)量，避免了在測(cè)量u和v時(shí)，由于估計(jì)透鏡中心位置不準(zhǔn)確所帶來(lái)的誤差。三、實(shí)驗(yàn)儀器4、 帶有毛玻璃的白熾燈光源S2、品字形物像屏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、滑座： TH

38、707、滑座： TH70YZ8、滑座： TH709、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見(jiàn)圖九）圖九五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 把全部器件按圖九的順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)調(diào)至共軸，而后再使物屏P和像屏H之間的距離大于4倍焦距。2、 沿標(biāo)尺前后移動(dòng)L，使品字形物在像屏H上成一清晰的放大像，記下L的位置a1。3、 再沿標(biāo)尺向后移動(dòng)L，使物再在像屏H上成一縮小像，記下L的位置a2。4、 將P、L、H轉(zhuǎn)180度，重復(fù)做前三步，又得到L的兩個(gè)位置b1、b2。5、 分別把f=150mm和f=190mm的透鏡各做一遍，并比較實(shí)驗(yàn)值和真實(shí)值的差異并分析其原因。6、 老師可選擇更多規(guī)格的透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（選做）六、

39、數(shù)據(jù)處理 ， ，透鏡焦距：實(shí)驗(yàn)十 夫朗和費(fèi)單縫衍射 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察夫朗和費(fèi)衍射圖樣及演算單縫衍射公式二、實(shí)驗(yàn)原理平行光通過(guò)狹縫時(shí)產(chǎn)生的衍射條紋定位于無(wú)窮遠(yuǎn)，稱(chēng)作夫朗和費(fèi)單縫衍射。它的衍射圖樣比較簡(jiǎn)單，便于用菲涅耳半波帶法計(jì)算各級(jí)加強(qiáng)和減弱的位置。設(shè)狹縫AB的寬度為（如附圖1，其中把縫寬放大了約百倍），入射光波長(zhǎng)為，附圖1O點(diǎn)是縫寬的中點(diǎn)，OP0是AB面的法線方向。AB波陣面上大量子波發(fā)出的平行于該方向的光線經(jīng)透鏡L會(huì)聚于P0點(diǎn)，這部分光波因相位相同而得到加強(qiáng)。就AB波陣面均分為AO、BO兩個(gè)波陣面而言，若從每個(gè)波帶上對(duì)應(yīng)的子波源發(fā)出的子波光線到達(dá)P0點(diǎn)時(shí)光程差為/2，此處的光波因

40、干涉相消成為暗點(diǎn)，屏幕上出現(xiàn)暗條紋。如此討論，隨著角的增大，單縫波面被分為更多個(gè)偶數(shù)波帶時(shí)，屏幕上會(huì)有另外一些暗條紋出現(xiàn)。若波帶數(shù)為奇數(shù)，則有一些次級(jí)子波在屏上別的一些位置相干出現(xiàn)亮條紋。若波帶為非整數(shù)，則有明暗相間的干涉結(jié)果?？傊?dāng)衍射光滿足： （）時(shí)產(chǎn)生暗條紋；當(dāng)滿足： （）時(shí)產(chǎn)生明條紋。在使用普通單色光源的情況下（本實(shí)驗(yàn)使用鈉燈），滿足上述原理要求的實(shí)驗(yàn)裝置一般都需要在衍射狹縫前后各放置一個(gè)透鏡。但是一種近似的方法也是可行的，就是使光源和觀測(cè)屏距衍射縫都處在“遠(yuǎn)區(qū)”位置。用一個(gè)長(zhǎng)焦距的凸透鏡L使狹縫光源SP1成像于觀測(cè)屏S上（如附圖2），其中S與SP1的距離稍大于四倍焦距，透鏡大致在這

41、個(gè)距離中間，在僅靠L安放一個(gè)衍射狹縫SP2，屏S上即出現(xiàn)夫朗和費(fèi)衍射條紋。附圖2設(shè)狹縫SP2與觀測(cè)屏S的距離為b，第k級(jí)亮條紋與衍射圖樣中心的距離為xk則 由于角極小，因而。又因?yàn)檠苌鋱D樣中心位置不易準(zhǔn)確測(cè)定，所以一般是量出兩條同級(jí)條紋間的距離2xk。由產(chǎn)生明條紋的公式可知： 由此可見(jiàn)，為了求得入射光波長(zhǎng)，須測(cè)量，a和b三個(gè)量。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈2、單面可調(diào)狹縫： SZ-223、凸透鏡L1： f=50mm4、二維調(diào)整架： SZ-075、單面可調(diào)狹縫： SZ-226、凸透鏡L2： f=70mm7、二維調(diào)整架： SZ-078、測(cè)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-

42、3810、滑座： TH70YZ11、滑座： TH70YZ12、滑座： TH70Z13、滑座： TH70Z14、滑座： TH70Z15、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖十五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把鈉燈光通過(guò)透鏡聚焦到單縫上成為縫光源。再把所有器件按圖十的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。其中小孔（=1mm）和測(cè)微目鏡之間的距離必須保證滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）2、調(diào)節(jié)焦距為70的透鏡直至能在測(cè)微目鏡中看到衍射條紋。如果無(wú)條紋，可以調(diào)節(jié)小孔的大小，直到找到合適的小孔為止。3、仔細(xì)調(diào)節(jié)狹縫的寬度，直到目鏡視場(chǎng)內(nèi)的中央條紋兩側(cè)各有可見(jiàn)度較好的3，4條亮紋。記錄單縫和測(cè)微目鏡的位置，計(jì)算出兩者間的

43、距離b。4、讀出狹縫寬度a，并且記錄下來(lái)。六、數(shù)據(jù)處理為了便于計(jì)算波長(zhǎng)可以設(shè)，且 2xk為兩條同級(jí)條紋間的距離選不同的級(jí)次k，求出z值，求平均，再計(jì)算 七、注：多孔架的8孔大小分別為：0.10mm，0.15mm，0.20mm，0.30mm，0.50mm，0.60mm，1.0mm，2.0mm。實(shí)驗(yàn)十一 夫朗和費(fèi)圓孔衍射 (測(cè)量實(shí)驗(yàn))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣二、實(shí)驗(yàn)原理把實(shí)驗(yàn)十的單縫衍射裝置中的單縫以一小孔代替，應(yīng)用鈉燈光源，可以在透鏡的焦平面上看到圓孔衍射圖樣，衍射圖樣是一組同心的明暗相間的圓環(huán)，可以證明以第一暗環(huán)為范圍的中央亮斑的光強(qiáng)占整個(gè)入射光束光強(qiáng)的84%，這個(gè)中央光斑稱(chēng)為艾里

44、斑。經(jīng)計(jì)算可知，艾里斑的半角寬度為：式中D是圓孔的直徑。附圖1若透鏡L2的焦距為f，則艾里斑的線半徑由附圖1可知，為 由于一般很小，故。則 三、實(shí)驗(yàn)儀器1、鈉光燈（加圓孔光欄）2、多孔架（1mm）： SZ-213、凸透鏡L： f=70mm4、二維調(diào)整架： SZ-075、測(cè)微目鏡Le（去掉其物鏡頭的讀數(shù)顯微鏡）6、讀數(shù)顯微鏡架 : SZ-387、滑座： TH70YZ8、滑座： TH70YZ9、滑座： TH70Z10、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖十一五、實(shí)驗(yàn)步驟1、把所有器件按圖十一的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。其中光欄和測(cè)微目鏡之間的距離必須保證滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。其中衍射孔的大小為1mm

45、。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）2、調(diào)節(jié)透鏡直至能在測(cè)微目鏡中看到其中心為亮斑的衍射條紋。3、記錄下艾里斑的直徑e，和計(jì)算值進(jìn)行比較。六、數(shù)據(jù)處理用測(cè)微目鏡測(cè)出艾里斑的直徑e，由已知衍射小孔直徑d=1mm，焦距f=70mm，可驗(yàn)證公式的正確性（其中為孔的半徑），本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)環(huán)境很暗。實(shí)驗(yàn)十二 菲涅爾單縫衍射 （演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾單縫衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理菲涅爾衍射和夫朗和費(fèi)衍射是研究衍射現(xiàn)象的兩種方法，前者是不需要用任何儀器就可以直接觀察到衍射現(xiàn)象，在這種情況下，觀察點(diǎn)和光源（或其中之一）與障礙物（或孔）間的距離有限，在計(jì)算光程和疊加后的光強(qiáng)等問(wèn)題時(shí)，都難免遇到繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算。而后者研

46、究的是觀察點(diǎn)和光源距障礙物都是無(wú)限遠(yuǎn)（平行光束）時(shí)的衍射現(xiàn)象，在這種情況下計(jì)算衍射圖樣中的光強(qiáng)分布時(shí)，數(shù)學(xué)運(yùn)算就比較簡(jiǎn)單。所謂光源無(wú)限遠(yuǎn)，實(shí)際上就是把光源置于第一個(gè)透鏡的焦平面上，得到平行光束；所謂觀察點(diǎn)無(wú)限遠(yuǎn)，實(shí)際上就是在第二個(gè)透鏡的焦平面上觀察衍射圖樣。請(qǐng)讀者在以下的三個(gè)實(shí)驗(yàn)中注意觀察。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe激光器（632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡L： f=6.2mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、單面可調(diào)狹縫: SZ-225、白屏H： SZ-136、滑座： TH707、滑座： TH70Z8、滑座： TH70Z9、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖圖十二五、實(shí)驗(yàn)步驟把所有器件按圖十二

47、的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。激光器通過(guò)擴(kuò)束鏡（以不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件）投射到單縫上，如圖十二所示，即可在屏幕上出現(xiàn)衍射條紋，緩慢地連續(xù)地將單縫由窄變寬，同時(shí)注意屏幕上的圖樣，即可觀察到與理論分析結(jié)果一致的由夫朗和費(fèi)單縫衍射圖樣過(guò)渡到菲涅爾單縫衍射圖樣。也可不加擴(kuò)束鏡。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)）實(shí)驗(yàn)十三 菲涅爾圓孔衍射（演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾圓孔衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理附圖1如附圖1所示：S單色光源 P光場(chǎng)中任一點(diǎn)S與P之間有一帶圓孔的光屏M，圓孔中心在SP連線上。這時(shí)S對(duì)P的作用就只是內(nèi)露出的一部分波面上的那些次波源在P點(diǎn)所產(chǎn)生的光振動(dòng)的疊加。按照波帶法，分別以P為中心，r+2/，r+為半徑將

48、露出的波面分成若干個(gè)波帶，各波帶在P點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的振幅為： 當(dāng)圓孔露出奇數(shù)個(gè)波帶時(shí)，P點(diǎn)的光強(qiáng)度是約等于的亮點(diǎn)，而當(dāng)圓孔露出偶數(shù)個(gè)波帶時(shí)，P點(diǎn)是光強(qiáng)度接近于零的暗點(diǎn)。1、 圓孔的大小變化時(shí)，P點(diǎn)周?chē)尸F(xiàn)出的明暗相間的圓形條紋，會(huì)發(fā)生亮暗交替變化。 2、若將P點(diǎn)處的白屏沿軸向移動(dòng)時(shí)，中心點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生亮暗交替變化。 三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe激光器（632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡L： f=6.2mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、多孔架（0.5mm）： SZ-215、白屏H： SZ-136、滑座： TH707、滑座： TH70Z8、滑座： TH70Z9、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖 圖十三五

49、、實(shí)驗(yàn)步驟把所有器件按圖十三的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。只是將實(shí)驗(yàn)十二中的衍射單縫換成直徑0.5mm的衍射圓孔，將屏幕逐漸遠(yuǎn)離圓孔，將看到中心點(diǎn)由亮暗亮的衍射結(jié)果，當(dāng)距離為400mm時(shí)，中心是一個(gè)暗點(diǎn)，210mm和600mm時(shí)為亮點(diǎn)。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)），也可去掉擴(kuò)束鏡，找到合適的圓孔，觀察艾里斑。實(shí)驗(yàn)十四 菲涅爾直邊衍射 （演示實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察菲涅爾直邊衍射現(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理如附圖1所示：S發(fā)散光源，（垂直于圖面的相干光源） D直邊屏，（不透明）平行于線光源 P白屏K上的任一點(diǎn) 附圖1對(duì)于幾何影界上的P點(diǎn)，直邊屏D將下半部的波面全部遮攔，只有上半部波面對(duì)P點(diǎn)發(fā)生作用。所以P點(diǎn)的振幅

50、為不遮攔時(shí)的一半，而光強(qiáng)度為不遮攔時(shí)的1/4。當(dāng)P''到P的距離逐漸增大時(shí)，P''的光強(qiáng)度將單調(diào)減少。P''足夠遠(yuǎn)時(shí)，光強(qiáng)度趨于零。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、HeNe激光器（632.8nm）2、小孔徑擴(kuò)束鏡L： f=6.2mm3、二維調(diào)整架： SZ-074、刀片5、干板架： SZ-126、白屏H： SZ-137、滑座： TH708、滑座： TH70Z9、滑座： TH70Z10、滑座： TH70四、儀器實(shí)物圖及原理圖（見(jiàn)圖十四）五、實(shí)驗(yàn)步驟 把所有器件按圖十四的順序擺放在導(dǎo)軌上，調(diào)至共軸。再把實(shí)驗(yàn)十二裝置中的單縫換成刀片，即可看到直邊衍射圖樣，當(dāng)觀察點(diǎn)從幾何陰影邊界向外移動(dòng)時(shí)，衍射光強(qiáng)是以類(lèi)似于衰減振蕩形式分布的，最后趨于無(wú)障礙自由傳播的光強(qiáng)，強(qiáng)度的最大值并不在幾何陰影邊界上，而是在直接照明區(qū)內(nèi)稍微靠外的亮區(qū)內(nèi)，衍射條紋的光強(qiáng)單調(diào)的減少，一直到零。（圖中數(shù)據(jù)均為參考數(shù)據(jù)