光學(xué)課件第四章

主要內(nèi)容像的質(zhì)量要求光學(xué)儀器的分類助視儀器的構(gòu)造分光儀器的構(gòu)造描述光學(xué)儀器成像性能的物理量：放大本事、聚光本事、區(qū)分本事光度學(xué)理論像差及其校正1人的視覺：人類從客觀世界獲得的信息90%來自于視覺。但人的視覺是有限的。空間區(qū)分力量、時間區(qū)分力量、光譜響應(yīng)范圍、強度感受力量。為了提高人的視覺力量，可借助于光學(xué)儀器〔平面鏡、球面鏡、透鏡等組成〕使人眼能觀看人眼不易直接觀看的事物。2光學(xué)儀器成像要求：成像清晰、像場光明、物像相像光學(xué)儀器的分類：實像儀器----投影儀器：觀看和記錄所成的像，如照相機、幻燈機等；虛像儀器----助視儀器：觀看過小或過遠的物體，如顯微鏡、望遠鏡等光學(xué)儀器成像性能的三大物理量：放大本事、聚光本事、區(qū)分本事3光學(xué)儀器成像的沖突----像差：幾何光學(xué)抱負成像要求：近軸物、近軸光線。此時遇到以下沖突：a.像的清晰度與像場光明寬闊的沖突；b.復(fù)色光入射，使焦點不唯一，像面不一的沖突；c.成像清晰度與細節(jié)區(qū)分程度的沖突----衍射等。44.1人的眼睛

、人眼的構(gòu)造

瞳孔→5、簡化眼.〔睛珠〕共軸光具組——只有一個折射球面〔或一薄凸透鏡〕的簡化眼。6、人眼的調(diào)整功能1、人眼不能區(qū)分單色光與復(fù)色光人眼作為接收器，只能區(qū)分而不能測量光能的大小，只能感覺約390nm～760nm波長的光，而不能判別復(fù)色光的成分。2、人眼觀看物體的特點人眼通過進入人眼的光束的中心張角推斷物體的大小，通過水晶體焦距的變化確定物體的遠近。73、人眼的調(diào)整范圍〔隨年齡變化〕遠點：無窮遠；近點：10cm；明視距離：25cm、4、非正常眼〔近視眼、遠視眼〔老花眼〕、散光眼〕的校正：眼鏡遠視眼〔老花眼〕：近點變遠—凸透鏡；近視眼：遠點變近—凹透鏡；散光眼：水晶體曲率半徑不唯一—柱透鏡。84.2助視儀器的放大本事、放大本事的概念9留意：①

②和、和不是共軛量。則是某一光線的傾角表示視角，而uUM,g1ll￠UU￠10、放大鏡〔凸透鏡〕放大倍數(shù)通常用“×”表示，如放大3倍，為“3×”。)(syU￠-￠?Q￠114.3目鏡、目鏡的作用1.作用：用來放大其它光具組〔物鏡〕所成的像。2.構(gòu)成：由不相接觸的兩個薄透鏡組成。123.設(shè)計要求：①放大本事；②矯正像差；③配備分劃板〔提高測量精度〕；④使倒立像變成正立像。13、兩種目鏡〔1〕、惠更斯目鏡：1〕構(gòu)造及光路圖兩個同種玻璃的平凸透鏡組成，凸面都向著物鏡。142〕特點只能觀看像，不能觀看物對被觀看的虛物具有放大作用視場寬闊。視角達450，顯微鏡使用較多不能測量大小，只能安裝十字叉絲類分劃板15〔2〕冉斯登目鏡：1〕構(gòu)造及光路圖兩個同種玻璃的平凸透鏡組成，凸面相向，平面對外。

162〕特點既能觀看像，也能觀看物能用于大小的測量，能單獨使用對被觀看的物具有放大作用〔3〕兩種目鏡的比較：1〕共同點：對被觀看的實像都有放大作用。2〕不同點：前者只能觀看像，后者還可以觀看實物后者能對物或像進展長度測量，前者則不能174.4顯微鏡的放大本事

最簡潔的顯微鏡是由兩組透鏡構(gòu)成的：物鏡〔焦距很短〕，目鏡〔惠更斯目鏡〕。、顯微鏡的光路圖184.4.2、顯微鏡的放大本事1、物鏡的放大率如圖：要盡可能放大，且要獲實像，必有s=f1，故：F1F’1F2F’2ΔO1O2ly-s-y’s’192、目鏡的放大本事最終的像要盡可能的大，則第一次成像位置盡可能靠近目鏡的物方焦平面，最終進入人眼的光線對人眼所張視角：

將前面結(jié)果帶入：F2F’2O2-y’-U’-U’20又：，則放大本事：顯而易見，要獲得較大的放大本事，物鏡和目鏡的焦距都應(yīng)較小，因此有：而：，故：顯微鏡的放大本事為：21另：可將顯微鏡的物鏡和目鏡組合∵物鏡和目鏡所組成的復(fù)合光具組的焦距為：

∴整個顯微鏡〔當作一個簡潔放大鏡〕的放大本事為：

電子顯微鏡——掃描隧穿電子顯微鏡.224.5望遠鏡的放大本事望遠鏡是幫助人眼對遠處的物體進展觀看的光學(xué)儀器。其種類繁多，但其光學(xué)系統(tǒng)都是有物鏡和目鏡組成的，且都放在鏡筒里。按其鏡筒數(shù)目分：單筒、雙筒；按其物鏡形式分：反射式、折射式、折反射式；按其目鏡形式分：開普勒式(會聚透鏡)、伽利略式(發(fā)散透鏡);23按其用途分：①天文望遠鏡：射電、紅外、紫外、x光望遠鏡等；②一般望遠鏡：讀數(shù)(試驗用)、棱鏡(雙筒、軍事、觀劇、旅游、球賽等)；③特殊望遠鏡：天文、遙感、宇航、跟蹤、高空攝影、激光測距等。24、開普勒望遠鏡構(gòu)造及光路圖兩個會聚透鏡〔物鏡、目鏡〕，折射式。物鏡像方焦點F1ˊ和目鏡物方焦點F2重合。25爭論：

①②，像是倒立的。-放大本事：26構(gòu)造及光路圖物鏡是會聚透鏡，目鏡是發(fā)散透鏡，和F2重合。、伽利略望遠鏡272放大本事：28兩種折射望遠鏡的異同：1.共同點:①望遠光具組：光學(xué)間隔

特點：平行光束通過時，透射出來的仍是平行光，但方向轉(zhuǎn)變。整個光具組的焦點和主平面都是在無限遠處。②二者的橫向放大率β都小于1〔像是縮小的〕.可見M與β不同。292.不同點：①開氏的視場較大，而伽氏的視場較小〔∵伽氏的目鏡是發(fā)散的〕。②開氏的目鏡物方焦平面上可放叉絲或刻度尺，伽氏則不能〔∵前者在鏡筒內(nèi)〕。③開氏的鏡筒較長，而伽氏的鏡筒較短〔∵兩個焦距的加與減〕。304.5.3、反射式望遠鏡1、優(yōu)點：反射不產(chǎn)生色差反射鏡具備肯定外形能校正球差大孔徑反射鏡簡潔制作2、構(gòu)造及光路圖：----無焦系統(tǒng)3132、激光擴束器使激光器發(fā)出的光束實現(xiàn)擴束的儀器稱為激光擴束器。通常是將望遠鏡倒過來使用，也可用顯微鏡的物鏡等。334.13助視儀器的區(qū)分本事當考察對象的線度很小時，就不能無視光的波動性光線通過系統(tǒng)成像時，其像點是光線傳播路徑上的有效光闌的衍射圖樣圓形透鏡成像的像點可看作夫瑯和費圓孔衍射的中心艾里斑人眼對光強的判別要求：光強差為相對光強的20%、區(qū)分本事(瑞利判據(jù))

34⒈瑞利判據(jù)：當一個中心亮斑的最大值恰和另一個中心亮斑的最小值位置相重合時，兩個像點剛好能區(qū)分開。 35⒉區(qū)分本事：式中u是兩個發(fā)光點在光具組入射中心所張的視角，θ1是各衍射圖樣第一暗環(huán)半徑的衍射角，R是入射光闌的半徑。 時，兩點的像區(qū)分得開； 時，則區(qū)分不開。 時的這個極限角成為光具組的區(qū)分極限，而它的倒數(shù)稱為區(qū)分本事。 此外，也可用像面上或物面上能夠區(qū)分的兩點之間的距離〔l=fθ1〕來表示區(qū)分極限。

36、人眼的區(qū)分本事（rad）在明視距離處人眼恰能分開的兩點間距為：在人眼內(nèi)部：此為人眼內(nèi)部視網(wǎng)膜上感光細胞的數(shù)量級37、望遠鏡物鏡的區(qū)分本事目鏡不能產(chǎn)生新的細節(jié)，目鏡的作用只是將物鏡的區(qū)分極限放大到人眼能觀看的范圍望遠鏡物鏡的區(qū)分極限通常以物鏡焦平面上剛剛能夠區(qū)分出的兩個像點之間的直線距離來表示：式中d/f’為相對孔徑。相對孔徑越大，則區(qū)分極限越小，區(qū)分本事越大

38顯微鏡的物體靠物鏡很近，不能認為是夫瑯和費衍射，但仍可由艾里斑半徑表示區(qū)分極限顯微鏡的制作要求滿足正弦定理：顯微鏡放置在空氣中，由圖知：、顯微鏡物鏡的區(qū)分本事39則得顯微鏡的區(qū)分極限：顯微鏡物鏡的區(qū)分極限通常以被觀看的物面上剛好能夠區(qū)分出的兩物點之間的直線距離來表示。式中為數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑越大，則區(qū)分極限越小，區(qū)分本事越大。顯微鏡使用油浸鏡頭增加數(shù)值孔徑。電子顯微鏡的入射波長僅10-1nm的數(shù)量級，可使區(qū)分本事大大提高。

404.14分光儀器的區(qū)分本事分光儀器：觀看由色散或衍射所引起的光譜構(gòu)造的儀器分光儀器的分類：棱鏡光譜儀：利用色散分光光柵光譜儀：利用衍射分光41、棱鏡光譜儀⒈角色散率和角距離：角色散率：角距離：在最小偏向角四周的角色散率的數(shù)值為：

42而即：43∴波長相差為的兩譜線間的角距離∴

44⒉色區(qū)分本事三棱鏡的有效光闌對入射光為一矩形，此時的衍射可等效夫瑯和費單縫衍射∵即又∵為棱鏡底邊的寬度

∴色區(qū)分本事為：45爭論：1〕用指定材料〔肯定〕制成的棱鏡，折射棱角A越大，不管有效厚度大小如何，對肯定的所得越大，即光譜展得越開。2〕棱鏡底面的寬度越大，不管折射棱角A大小如何，色區(qū)分本事越高。3〕假設(shè)入射光不能布滿三棱鏡，棱鏡未能充分運用，則等效于棱鏡底邊變窄。d’46⒊線色散率

可見：光譜儀的線色散率L在不同的波段是不同的〔〕，即不同波段對應(yīng)同一波長差的譜線間距不同。----非勻排〔正比〕光譜?！摺?7、光柵光譜儀⒈角色散率： 角距離：⒉線色散率：48⒊色區(qū)分本事：光柵譜線的半角寬度即為此時的區(qū)分極限 故：其色區(qū)分本事為：N49結(jié)論：1〕對于給定的某一級光譜，波長相差的兩譜線間的角距離反比于光柵常數(shù)d，即正比于光柵單位長度內(nèi)狹縫條數(shù)1/d，狹縫條數(shù)越密，光譜展得越開，而與光柵的狹縫總數(shù)N無關(guān)?！病?〕對級次較小的譜線，譜線間距與波長差成正比，與級次成正比，與波段無關(guān)。----勻排〔正比〕光譜〔〕3〕光柵光譜儀的區(qū)分本事則正比于狹縫總數(shù)N，且隨著光譜級數(shù)的增加而增加，但與光柵常數(shù)d無關(guān)?！病?0習(xí)題爭論課〔四〕小結(jié)一、放大本事1.人