2012級(jí)光學(xué)設(shè)計(jì)題DOC

1、2012級(jí)光學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)性選題說(shuō)明光學(xué)實(shí)驗(yàn)最后一部分是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。以下就題目的選擇、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行說(shuō)明如下：1、 從下列題目中每個(gè)學(xué)生任選一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，每題人數(shù)給定。6月6日（周五）下午1：30至4：00提交實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱批準(zhǔn)后開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有提交實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嶒?yàn)方案不合格的學(xué)生不允許進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。戴瑞：光學(xué)一室； 陸子鳳：光學(xué)二室 ； 李金環(huán)：光學(xué)三室； 張瑛：光學(xué)準(zhǔn)備室。2、 實(shí)驗(yàn)分成四個(gè)組，1組周一（6月9號(hào)）、2組周二（6月10號(hào)）、3組周三（6月11號(hào)）、4組周五（6月13號(hào)）。下午12:30-17:30；3、 制定方案時(shí)，要發(fā)揮獨(dú)創(chuàng)精神，根據(jù)題目要求選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方

2、法、儀器（精度、型號(hào)）、安排適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)。方案必須認(rèn)真手寫(xiě)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，不得抄襲；4、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較，分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，使實(shí)驗(yàn)獲得比較理想的結(jié)果；5、 實(shí)驗(yàn)誤差分析結(jié)果的評(píng)價(jià)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步的探討，是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容；6、 實(shí)驗(yàn)后寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；7、 計(jì)性實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)要實(shí)事求是的寫(xiě)，要有重點(diǎn)并具體的議論一、二個(gè)問(wèn)題，防止空談，特別希望提出具體的改進(jìn)意見(jiàn)和對(duì)教師的期望。8、 實(shí)驗(yàn)前提出需要儀器及材料的詳細(xì)計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)室提供現(xiàn)有的儀器設(shè)備供同學(xué)選用，如有特殊儀器使用要求，需要提前向老師說(shuō)明。注意愛(ài)護(hù)和保管好儀器，如有

3、損壞或丟失要及時(shí)報(bào)告老師處理；9、 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要參考書(shū)：光學(xué)教程姚啟鈞著；普通物理實(shí)驗(yàn)（光學(xué)）楊述武；9、 實(shí)驗(yàn)題目J1J10由李金環(huán)老師指導(dǎo)，L1L7由陸子鳳老師指導(dǎo)，Z1Z8由張瑛老師指導(dǎo)；D1D2由戴瑞老師指導(dǎo)。10、時(shí)間要求：請(qǐng)選好題目，每人1題，并于5月28（周三）日下午由各班負(fù)責(zé)人將選題名單上交給張瑛老師。10J李金環(huán)老師的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目（J實(shí)驗(yàn)一 to J實(shí)驗(yàn)八）（13人）J實(shí)驗(yàn)一 光盤(pán)性質(zhì)研究（1人）目的：（一） 了解光盤(pán)CD，VCD，DVD的構(gòu)成及光學(xué)性質(zhì)；（二） 學(xué)會(huì)解釋出現(xiàn)的光學(xué)現(xiàn)象；要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖；（二） 使用多種方法進(jìn)行

4、測(cè)量；（三） 光盤(pán)的刻線(xiàn)走向及刻線(xiàn)密度。提示：（一） 利用光的衍射特性；問(wèn)題：（一）將研究的結(jié)果進(jìn)行比較。J實(shí)驗(yàn)二 光譜分析及柯西色散公式研究（1人）目的：（一） 研究光譜分析的基本方法；（二） 進(jìn)一步研究棱鏡色散曲線(xiàn)；（三） 研究正常色散曲線(xiàn)柯西公式。要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖；（二） 分析不同玻璃棱鏡的色散曲線(xiàn)，確定實(shí)驗(yàn)室使用棱鏡的制作材料；（三） 用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)及圖形處理；提示：（一） 可利用最小偏向角；（二） 選擇不同光源進(jìn)行比較分析。J實(shí)驗(yàn)三 空間濾波對(duì)光柵性質(zhì)的探討（2人）目的：（一） 掌握制作光柵的方法；（二） 探討光柵不同頻率衍射光的性質(zhì)；

5、（三） 了解空間濾波的原理。要求：（一） 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，畫(huà)出光路圖；（二） 推導(dǎo)出雙光束干涉的公式；（三） 推導(dǎo)出正弦光柵的衍射方程；（四） 討論光強(qiáng)對(duì)條紋對(duì)比度的影響。提示：（一） 利用干涉和衍射；（二） 空間濾波。問(wèn)題：（一） 怎樣得到對(duì)比度好的條紋？J實(shí)驗(yàn)四 定域與非定域干涉的研究（1人）目的：（一） 進(jìn)一步了解干涉的原理；（二） 定域干涉與非定域干涉的形成；（三） 掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用。要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖。提示：（一） 光的干涉；問(wèn)題：（一） 什么是定域干涉，非定域干涉，兩者的本質(zhì)區(qū)別；（二） 用非定域干涉測(cè)量光源的波長(zhǎng)。J實(shí)驗(yàn)

6、五 光源相干長(zhǎng)度的測(cè)量（1人）目的：（一）進(jìn)一步了解相干長(zhǎng)度的概念；（二）研究不同光源相干性；（三）掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用。要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖。（二） 測(cè)量不同光源的相干長(zhǎng)度（白光，鈉燈，汞燈中的某個(gè)波長(zhǎng)）提示：（一） 光的干涉；（二） 定域干涉或者非定域干涉均可。問(wèn)題：（一） 什么是相干長(zhǎng)度；（二） 不同光源的相干長(zhǎng)度。J實(shí)驗(yàn)六 光學(xué)系統(tǒng)像差研究（2人）目的：（一） 進(jìn)一步了解像差理論，對(duì)各種像差作定量和定性的研究；要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖；（二） 測(cè)量出球差，像散；（三） 觀察場(chǎng)曲和畸變；（四） 測(cè)量

7、色差；（五） 畫(huà)出觀察到的像差圖形。提示：（一） 可以用朗契光柵考察各種像差。問(wèn)題：（一） 分析各種像差的來(lái)源及解決辦法。J實(shí)驗(yàn)七 不同方法測(cè)量鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)間隔（1人）目的：（一）測(cè)鈉燈光源中雙線(xiàn)的波長(zhǎng)間隔；（二）深入理解干涉原理要求：（一）熟練調(diào)節(jié)和使用邁克爾遜干涉儀（二）熟練調(diào)節(jié)和使用法布里-珀羅干涉儀問(wèn)題：（一）如何迅速正確地在邁克爾遜干涉儀上調(diào)出白光的干涉條紋？（二）如何確定兩束光等光程？J實(shí)驗(yàn)八 用光學(xué)掃描法測(cè)量金屬桿直徑（1人）目的：（一） 用不同的方法測(cè)量金屬桿的直徑；（二） 用激光掃描測(cè)量金屬桿直徑要求：（一）幾何陰影是如何確定的；（一） 試分析光線(xiàn)經(jīng)過(guò)金屬桿表面是怎樣傳播的。

8、（二） 如何得到測(cè)量金屬桿較好的實(shí)驗(yàn)效果？提示：?jiǎn)芜呇苌湓鞪實(shí)驗(yàn)九 莫爾條紋原理及應(yīng)用 (1人)目的：（一）了解莫爾條紋的原理；（二）了解莫爾條紋的應(yīng)用及光柵傳感器的原理；（三）用莫爾條紋測(cè)量微小偏角要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖。J實(shí)驗(yàn)十 生活中的偏振光及檢測(cè) (1人)目的：（一）掌握光的偏振原理；（二）檢測(cè)生活中的偏振光；（三）了解偏振光的應(yīng)用。要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖。J實(shí)驗(yàn)十一 雙光柵衍射成像研究 (1人)目的：（一）掌握光柵的衍射原理；（二）應(yīng)用光柵衍射成像要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)的原理和公式，畫(huà)出光路圖。L陸子鳳老師的設(shè)

9、計(jì)實(shí)驗(yàn)題目（L實(shí)驗(yàn)一to L實(shí)驗(yàn)七）（12人）L實(shí)驗(yàn)一 ：自組望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡（2人）目的：（一）了解望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的基本原理與結(jié)構(gòu)；（二）學(xué)習(xí)組裝望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，掌握他們的使用方法；（三）了解助視儀器的視角放大率和測(cè)量方法；要求：（一）根據(jù)望遠(yuǎn)鏡（顯微鏡）的基本原理與結(jié)構(gòu)，確定光學(xué)元件的具體參數(shù)（如焦距大?。?；（二）設(shè)計(jì)方案，搭建一個(gè)望遠(yuǎn)鏡（顯微鏡）實(shí)驗(yàn)光路，繪出其光路圖（三）組裝不同視角放大率的顯微鏡，并利用比較法，以微小物體例如（微尺）為物，驗(yàn)證顯微鏡的放大率；分別用比較法和工時(shí)法測(cè)量組裝望遠(yuǎn)鏡的視角放大率提示：望遠(yuǎn)鏡是物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合的光學(xué)系統(tǒng)。詳見(jiàn)光學(xué)教程姚啟鈞，高教

10、出版社。組裝顯微鏡前，一定想好顯微鏡的放大率如何確定計(jì)算，通過(guò)放大率的計(jì)算確定筒長(zhǎng)。L實(shí)驗(yàn)二：用邁克爾遜干涉儀測(cè)白光光源的相干長(zhǎng)度和薄玻璃片的折射率（2人）目的：（一）利用邁克爾遜干涉儀測(cè)白光光源的相干長(zhǎng)度和薄玻璃片的折射率（二）深入理解等傾和等厚干涉原理要求：（一）熟練調(diào)節(jié)和使用邁克爾遜干涉儀（二）掌握測(cè)定玻璃折射率的原理和方法問(wèn)題：（一）如何迅速正確地在邁克爾遜干涉儀上調(diào)出白光的干涉條紋？（二）如何確定兩束光等光程？L實(shí)驗(yàn)三： 偏振光特性的研究（時(shí)間剩余要求自制色偏振儀）（1人）目的：（一）學(xué)習(xí)用光電轉(zhuǎn)換的方法測(cè)定相對(duì)光強(qiáng), 驗(yàn)證馬呂斯定律。（二）研究1/4波片的光學(xué)特性（三）研究半導(dǎo)體激

11、光器的偏振特性（測(cè)出其偏振度）（四）研究物質(zhì)的旋光特性（五）觀察石英晶體的旋光特性和測(cè)量旋光度（六）觀察旋光色散，并解釋現(xiàn)象要求：（一）掌握各種偏振光的特性。（二）學(xué)會(huì)辨別各種偏振光。（三）了解偏振光干涉和雙折射現(xiàn)象。提示：用偏振光干涉原理解釋雙折射現(xiàn)象。用白光做光源，在兩個(gè)正交偏振片之間插入一塊雙折射物質(zhì)，從檢偏器一端迎光看去，可以看到偏振光干涉產(chǎn)生的顏色，用觀察到的現(xiàn)象來(lái)解釋雙折射現(xiàn)象。問(wèn)題：（一）什么是互補(bǔ)色？（二）用偏振光理論來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)中的互補(bǔ)色現(xiàn)象。L實(shí)驗(yàn)四 編碼片的攝制及空間慮波實(shí)驗(yàn)研究（2人）目的：（一） 學(xué)會(huì)用干涉原理制作調(diào)制光柵圖片。（二） 了解空間慮波，空間頻譜等基本概念，

12、基本知識(shí)。要求：（一） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)方法和步驟，攝制正交光柵及調(diào)制光柵圖片。（二） 設(shè)計(jì)空間濾波實(shí)驗(yàn)裝置，畫(huà)出光路圖，調(diào)節(jié)光路，觀察調(diào)制光柵圖片以過(guò)濾波后所成象的變化情況并加以解釋。提示：掌握光學(xué)傅立葉變換，用阿貝二次成像原理解釋試驗(yàn)中遇到的現(xiàn)象。了解各種濾波器對(duì)圖像質(zhì)量的影響問(wèn)題：（一）在調(diào)制中物面上沒(méi)有光柵的地方原來(lái)都是透明的但像面上相應(yīng)部位卻是暗黑的，為什么（二）鈉光或白光進(jìn)行阿貝實(shí)驗(yàn)有何困難，實(shí)驗(yàn)光路應(yīng)怎樣變動(dòng)L實(shí)驗(yàn)五：雙棱鏡干涉的深入研究（2人）目的：（一）進(jìn)一步掌握雙棱鏡的干涉原理及調(diào)節(jié)方法；（二）測(cè)定兩虛光源之間的距離與狹縫-雙棱鏡間距之間的關(guān)系。要求：（一）實(shí)驗(yàn)測(cè)量雙

13、棱鏡的楔角，并比較角度不同干涉現(xiàn)象的差異；（二）用多種方法測(cè)量?jī)商摴庠粗g的距離，并比較優(yōu)缺點(diǎn)；（三）測(cè)定兩虛光源之間的距離與狹縫-雙棱鏡間距之間的關(guān)系曲線(xiàn)；（四）利用雙棱鏡干涉觀察He-Ne激光的干涉條紋，并測(cè)量氦氖光的波長(zhǎng)；提示：如何調(diào)節(jié)氦氖光的干涉條紋，以及如何測(cè)量其波長(zhǎng)，請(qǐng)自性參考物理實(shí)驗(yàn)2007年，27卷，第7期34-35頁(yè)！L實(shí)驗(yàn)六：一步彩虹全息（2人）目的：（一）了解白光再現(xiàn)全息照相的基本原理，學(xué)習(xí)拍攝一步彩虹全息圖和觀察再現(xiàn)圖像的方法（二）了解一步彩虹全息圖與普通全息圖有何區(qū)別和聯(lián)系要求：（1）一步彩虹全息圖的記錄和再現(xiàn)景象的基本原理。 （2）拍攝全息圖的技術(shù)要求和有關(guān)注意事項(xiàng)

14、。（3）了解并掌握一步彩虹全息的實(shí)驗(yàn)光路圖。（4）掌握像面全息和一步彩虹全息實(shí)驗(yàn)光路以及再現(xiàn)像的區(qū)別和聯(lián)系。提示： 拍攝一步彩虹全息圖，物置于透鏡物方焦距（）以外。在屏上出現(xiàn)適當(dāng)大小的清晰物像之后，再把干版架向前（或向后）挪動(dòng)。緊靠透鏡置一約寬的縫光欄，調(diào)節(jié)物光和參考光強(qiáng)度適當(dāng)后即可拍攝，或在教師指導(dǎo)下，拍攝一張像平面全息圖。 L實(shí)驗(yàn)七：自制旋光儀測(cè)定糖溶液的濃度 （時(shí)間剩余要求自制色偏振儀）（1人） 目的： 1觀察線(xiàn)偏振光通過(guò)旋光物質(zhì)所發(fā)生的旋光現(xiàn)象2了解右旋體、左旋體旋光物質(zhì)3掌握用旋光儀測(cè)定溶液或液體物質(zhì)的旋光度的方法要求；1配置一定濃度的糖溶液（最好理論計(jì)算出該溶液的濃度，以

15、和測(cè)量值比較）2組裝旋光儀和測(cè)定旋光率（1）樣品管的充填（2）儀器零點(diǎn)的校正和半暗位置的識(shí)別（3）樣品旋光度的測(cè)定 3注意事項(xiàng) （1）溶液注滿(mǎn)試管，兩端不能有氣泡。 （2）試管兩端均應(yīng)擦干凈方可放入旋光儀。 （3）在測(cè)量中應(yīng)維持溶液溫度不變。 （4）試管中溶液不應(yīng)有沉淀，否則應(yīng)更換溶液。 Z張瑛老師的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目 （Z實(shí)驗(yàn)一to Z實(shí)驗(yàn)八）（13人）Z實(shí)驗(yàn)一 光柵特性的研究（2人）目的：（一） 熟悉分光計(jì)的構(gòu)造和調(diào)節(jié)原理（二） 深入研究光柵的光學(xué)特性要求：（一） 推導(dǎo)出最小偏向角位置上的光柵方程（二） 在平行光斜入射的條件下，測(cè)量光柵常數(shù)和未知光波波長(zhǎng)。（三） 測(cè)出左右兩側(cè)光譜的非對(duì)稱(chēng)分布規(guī)律

16、。（四） 利用光柵測(cè)量普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)。提示： 利用汞光源和最小偏向角位置上的光柵方程求光柵常數(shù)和未知光波的波長(zhǎng)。利用氫光源測(cè)量普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)。Z實(shí)驗(yàn)二 液體折射率測(cè)量方法的比較研究（2人）目的：（一） 研究用多種方法測(cè)量液體的折射率（二） 分析各種方法的適應(yīng)范圍。要求：（一） 設(shè)計(jì)三種測(cè)量液體折射率的方法（二） 實(shí)測(cè)三種液體的折射率（三） 分析各種方法的特點(diǎn)及誤差提示： 設(shè)計(jì)三種在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下可完成的測(cè)量液體折射率的方案，不包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中已用過(guò)的方法和中學(xué)實(shí)驗(yàn)中過(guò)于簡(jiǎn)單的方法。Z實(shí)驗(yàn)三 用 FP干涉儀測(cè)量激光的波長(zhǎng)（1人）目的：（一）熟悉 FP干涉儀的原理及調(diào)節(jié)方法（二）測(cè)

17、量激光的光波波長(zhǎng)要求：（一） 調(diào)出標(biāo)準(zhǔn)的等傾干涉花樣（二） 用普通方法測(cè)量未知光波的波長(zhǎng)（三） 在厚度不變的條件下，測(cè)量激光的光波波長(zhǎng)提示： 在汞光源前放上濾光片，先調(diào)出綠光條件下標(biāo)準(zhǔn)的等傾干涉花樣，測(cè)出第k級(jí)及第k-3圓環(huán)的直徑。然后換上激光光源，保持膜厚度不變，用同樣的方法測(cè)出第k級(jí)及第k-3圓環(huán)的直徑，代入公式即可出激光波長(zhǎng)。Z實(shí)驗(yàn)四 反射式白光再現(xiàn)全息照相（1人）目的：（一） 進(jìn)一步理解白光再現(xiàn)全息照相的原理（二） 熟悉白光再現(xiàn)全息照相光路要求：（一） 設(shè)計(jì)兩種拍攝白光再現(xiàn)全息照相的光路。（二） 利用兩種光路分別拍攝兩張反射式全息圖。（三） 與普通全息照相比較有何異同點(diǎn)；提示： 在各種

18、實(shí)驗(yàn)講義中查閱原理部分，設(shè)計(jì)兩種拍攝反射式白光再現(xiàn)全息的光路，在實(shí)驗(yàn)中分別用兩種光路拍攝反射式白光再現(xiàn)全息圖。Z實(shí)驗(yàn)五：用法布里干涉儀測(cè)量鈉雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差及膜厚度（1人）目的：（一）掌握法布里珀羅干涉儀的調(diào)節(jié)方法（二）通過(guò)法布里珀羅干涉儀測(cè)定鈉黃雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差（三）膜厚d的測(cè)量。要求：（一）設(shè)計(jì)方案，寫(xiě)出測(cè)量原理和測(cè)量公式，擬定實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定鈉黃雙線(xiàn)的波長(zhǎng)差；（二）測(cè)定膜厚d；（三）比較邁克爾遜干涉儀與法布里珀羅干涉儀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的區(qū)別。提示：鈉光源是由兩種波長(zhǎng)的光組成，它的波長(zhǎng)值是平均波長(zhǎng)值。由于法布里的分辨率非常高，能夠把這兩種波長(zhǎng)的光所形成的干涉花樣分開(kāi)，我們利用這一現(xiàn)象來(lái)求兩光之間的波長(zhǎng)差。

19、Z實(shí)驗(yàn)六 全息波帶片的制作（2人）目的：（一） 掌握制作全息波帶片的原理。（二） 學(xué)會(huì)制作全息波帶片的方法。（三） 觀察全息波帶片的成像特點(diǎn)。要求：（一） 設(shè)計(jì)兩種制作全息波帶片的光路。（二） 攝制不同焦距的全息波帶片。（三） 觀察全息波帶片具有的透鏡成像規(guī)律。（四） 討論全息波帶片的成像和玻璃透鏡成像相比的優(yōu)缺點(diǎn)。提示：以全息照相原理為基礎(chǔ)，自行設(shè)計(jì)兩種拍攝全息波帶片的光路。用兩種光路拍攝出不同焦距的全息波帶片，并用不同的方法測(cè)量其焦距。Z實(shí)驗(yàn)七 用干涉法測(cè)量金屬絲的線(xiàn)脹系數(shù)（2人）目的：（一）掌握用干涉法測(cè)量線(xiàn)脹系數(shù)的原理。（二）學(xué)會(huì)用光學(xué)的方法測(cè)量金屬絲的線(xiàn)脹系數(shù)。要求：（一）推導(dǎo)出測(cè)量金屬絲線(xiàn)脹系數(shù)的公式。（二）研究出具體的切實(shí)可行的測(cè)量方案。（三）制定出