光學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用手冊(cè)

應(yīng)用光學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

劉冬梅、王文生等主編

長(zhǎng)春理工大學(xué)光電工程學(xué)院

2023年

目錄

［試驗(yàn)一］透鏡焦距H勺測(cè)量

［試驗(yàn)二］望遠(yuǎn)系統(tǒng)特性參數(shù)H勺測(cè)量

［試驗(yàn)三］顯微系統(tǒng)特性參數(shù)日勺測(cè)量

［試驗(yàn)四］幾何象差口勺現(xiàn)象及規(guī)律

［試驗(yàn)五］立體判釋儀

［試驗(yàn)六］自組顯微鏡

［試驗(yàn)七］自組望遠(yuǎn)鏡

［試驗(yàn)八］驗(yàn)證透鏡成像及光線(xiàn)傳播規(guī)律日勺試驗(yàn)

［試驗(yàn)九］色度學(xué)試驗(yàn)

［試驗(yàn)十］激光光學(xué)系統(tǒng)（演示型試驗(yàn)）

［試驗(yàn)十一］傅立葉光學(xué)系統(tǒng)（演示型試驗(yàn)）

［試驗(yàn)一］透鏡焦距的測(cè)量

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握放大倍率法測(cè)量焦距的原理、和環(huán)節(jié)；

2、熟悉焦距儀日勺基本構(gòu)造并掌握焦距的測(cè)量技術(shù)。

二、試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)量正透鏡的焦距，并給出對(duì)於J/J測(cè)量成果

三、試驗(yàn)儀器

550型焦距儀（或光具座）及對(duì)應(yīng)附件，待測(cè)H勺正透鏡

四、放大倍率法測(cè)焦距的原理

放大倍率法測(cè)量正透鏡焦距的原理如圖1—1所示。

將待測(cè)物鏡置于平行光管物鏡之前，并在平行光管物鏡焦

面處放置彼羅板。彼羅板上刻有若干已知間距時(shí)刻線(xiàn)對(duì)（根據(jù)

不一樣的彼羅板其刻線(xiàn)對(duì)數(shù)也稍有不一樣，線(xiàn)對(duì)從中心往外數(shù)

依次為....）。任取一刻線(xiàn)對(duì)作為物，設(shè)其間距

為），，則經(jīng)待測(cè)透鏡成像后在待測(cè)透鏡焦面上成象為），'，如測(cè)

量顯微鏡測(cè)量則測(cè)得V的象》〃為：y〃=為'（式中夕為顯微物

鏡的放大率），則待測(cè)物鏡的焦距可由下式求得：

式中方為平行光管物鏡焦距。

五、測(cè)量措施

1、首先將已知刻線(xiàn)對(duì)H勺彼羅板放置于平行光管的物鏡焦

平面上，并用測(cè)量顯微鏡對(duì)該彼羅板的線(xiàn)對(duì)進(jìn)行調(diào)焦，直至視

場(chǎng)中出現(xiàn)清晰的像，選杼彼羅板的其中一對(duì)刻線(xiàn)作為物），，測(cè)

量出物H勺像的大小/,則得到測(cè)量顯微鏡的物鏡放大率:

B=y'iy。

2、將待測(cè)物鏡放置于透鏡夾持器中，并調(diào)整透鏡、平行

平行光管透鏡夾持器測(cè)量顯微鏡

光具座

(a)焦距儀示意圖

(b)放大倍率法測(cè)量焦距原理圖

光管及測(cè)量顯微鏡三者光軸共軸。

圖1一1

3、微調(diào)顯微鏡，使刻線(xiàn)象清晰忽視差的成在測(cè)微目鏡H勺

分劃板上，再次測(cè)量象H勺大小y〃。

4、將y〃代入到公式(1-1)中，即可求出待測(cè)透鏡日勺焦

距。

此種測(cè)量透鏡焦距的措施測(cè)量誤差較小，精度較高，當(dāng)待

測(cè)透鏡象質(zhì)很好且測(cè)量顯微鏡日勺實(shí)際運(yùn)用的數(shù)值孔徑不太小

時(shí)，可達(dá)0.3%o

六、測(cè)量薄透鏡焦距的一般措施簡(jiǎn)介

1、遠(yuǎn)物法測(cè)焦距：

位于無(wú)限遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)待測(cè)透鏡進(jìn)行成像，其像由

接受屏接受，則待測(cè)透鏡到接受屏之間的距離即為透鏡焦距。

此種測(cè)量措施原理十分簡(jiǎn)樸，測(cè)量也極為以便，但誤差較大。

且試驗(yàn)過(guò)程中也可以用物距/〉20尸來(lái)模擬無(wú)限遠(yuǎn)的物體。此

種測(cè)量措施日勺相對(duì)測(cè)量誤差為：曠//Y5%。

2、通過(guò)度別測(cè)量物距及像距來(lái)求取透鏡焦距：

該措施可在簡(jiǎn)易光具座上實(shí)現(xiàn)。首先采用遠(yuǎn)物法粗測(cè)被測(cè)

透鏡口勺焦距大小，然后在光具座上依次放置物平面（物為一種

帶有透明箭頭的黑屏）及接受屏，且使兩者間距大體為4倍的

焦距。將待測(cè)透鏡嵌入透鏡夾持器匕并將夾持器置于兩屏之

間，則當(dāng)以光源照明物體時(shí)，物體將經(jīng)透鏡進(jìn)行成像，沿導(dǎo)軌

前后移動(dòng)透鏡，直至在接受屏上可以看到清晰的像，讀取物平

面到透鏡日勺距離（導(dǎo)軌上有刻劃線(xiàn)）即為物距/,則像距為

=故焦距可按下式計(jì)算：

—（1-2）

I,Ir

當(dāng)采用此種措施進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其焦距相對(duì)測(cè)量誤差約為

l%<A/*7/r<5%o

3、兩次成像法測(cè)量焦距

用微分求極值法或根據(jù)光線(xiàn)口勺可逆性可以證明：當(dāng)物、像

間距L略不小于4r時(shí)，前后移動(dòng)透鏡的I位置必然可以得到兩

個(gè)位置，在此兩個(gè)位置處都可以在接受屏上接受到實(shí)像（如圖

1—2所示），若透鏡的兩次成像口勺位置間距為d,則待測(cè)透鏡

H勺焦距為:

I?-d2

(1-3)

4L

圖1一2

值得注意的是以上幾種措施僅合用于正透鏡日勺測(cè)量，假如

待測(cè)透鏡為負(fù)透鏡，則需要借助正透鏡與負(fù)透鏡構(gòu)成一透鏡組

來(lái)加以測(cè)量。

七、思索：

1、怎樣保證平行光管、待測(cè)物鏡與測(cè)量顯微鏡三者共軸？

3、當(dāng)精密測(cè)焦距時(shí)，對(duì)平行光管及測(cè)量顯微鏡有哪些規(guī)

定？

［試驗(yàn)二］望遠(yuǎn)系統(tǒng)特性參數(shù)的硼量

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)對(duì)望遠(yuǎn)系統(tǒng)特性參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，深入掌握望遠(yuǎn)系統(tǒng)

口勺基本成像原理，同步加深對(duì)其各參數(shù)的理解。

二、試驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)際測(cè)量望遠(yuǎn)系統(tǒng)日勺出瞳及出瞳距日勺大小。

三、試驗(yàn)儀器

平行光管、待測(cè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)（經(jīng)緯儀或水平儀）、倍率計(jì)等。

四、測(cè)量原理

對(duì)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)夾而言，物鏡框就是孔徑光闌，也為入瞳;

物鏡框經(jīng)背面口勺目鏡所成的像即為望遠(yuǎn)系統(tǒng)的出瞳。'，出瞳

到望遠(yuǎn)系統(tǒng)目鏡最終一面的頂點(diǎn)H勺距離就是出瞳距離P,如

圖2—1所示。

物鏡目鏡

運(yùn)用倍率計(jì)可以簡(jiǎn)樸而比較精確口勺測(cè)量出出瞳直徑及出

瞳距。倍率計(jì)的構(gòu)造原理如圖2—2所示，其光學(xué)系統(tǒng)是一種

低倍日勺顯微鏡，物鏡的放大率是1倍，目鏡是12.5倍，分劃板

上刻有用來(lái)測(cè)量出瞳像直徑的標(biāo)尺，其刻劃范圍為10〃〃〃。此

外，顯微鏡可以在外筒內(nèi)前后移動(dòng)，在顯微鏡筒上有一根長(zhǎng)度

靠體物鏡分劃板目鏡

標(biāo)尺，刻劃范圍為0?80〃〃%,格值為（在外筒上有一窗

口可見(jiàn)到此標(biāo)尺）。當(dāng)顯微鏡在外筒內(nèi)移動(dòng)時(shí)，標(biāo)尺可指示出

它的位置，以以便的測(cè)量出出瞳距。

圖2—2

五、測(cè)量環(huán)節(jié)

（一）望遠(yuǎn)系統(tǒng)出瞳直徑的測(cè)量

1、測(cè)量前將被測(cè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的目鏡視度調(diào)整到零，使儀器

處在正常工作狀態(tài)。

2、將平行光管、被測(cè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)、倍率計(jì)如圖2—3依次放

平行光管待測(cè)望遠(yuǎn)鏡倍率計(jì)

置，并調(diào)整三者共軸等高。

圖2—3

3、通過(guò)倍率計(jì)觀測(cè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡框所成之像，并對(duì)出瞳

亮斑調(diào)焦，從而使被測(cè)系統(tǒng)日勺出瞳在倍率計(jì)分劃板中心部位上

成清晰的像，此時(shí)從倍率計(jì)分劃板上時(shí)刻線(xiàn)值即可對(duì)的地讀出

被測(cè)系統(tǒng)的出瞳直徑日勺大小D'o

（二）望遠(yuǎn)系統(tǒng)出瞳距離的測(cè)量

1、當(dāng)倍率計(jì)調(diào)焦在出瞳面上時(shí)，從倍率計(jì)外筒窗口上也

可以讀得種讀數(shù)，此讀數(shù)即為沿軸方向的山瞳面的位置由。

2、然后，沿倍率計(jì)外筒拉動(dòng)顯微鏡，將它調(diào)焦在被測(cè)系

統(tǒng)目鏡的最終一種表面頂點(diǎn)上，此時(shí)再次記下外筒窗口上的讀

數(shù)。2。兩次讀數(shù)之差就是被測(cè)系統(tǒng)H勺出瞳距

六、思索

1、怎樣測(cè)量望遠(yuǎn)鏡H勺入瞳及入瞳距？

2、為何大多數(shù)望遠(yuǎn)系統(tǒng)日勺孔徑光闌都是位于物鏡上？

［試驗(yàn)三］顯微系統(tǒng)特性參數(shù)的涮量

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)對(duì)顯微系統(tǒng)特性參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，深入掌握顯微系統(tǒng)

日勺基本成像原理，同步加深對(duì)其各參數(shù)的理解。

二、試驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)際測(cè)量顯微系統(tǒng)的線(xiàn)視場(chǎng)、放大倍率及數(shù)值孔徑的大

小。

三、試驗(yàn)儀器

待測(cè)顯微鏡、測(cè)微目鏡、原則刻尺、半反半透鏡、照明光

源、原則柱等。

四、測(cè)量原理

（一）顯微鏡線(xiàn)視場(chǎng)H勺檢測(cè)

圖3—1

從圖中可見(jiàn)，顯微鏡由物鏡及目鏡構(gòu)成，被觀測(cè)的物體經(jīng)

顯微鏡的物鏡放大后其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼觀測(cè)，其成像

過(guò)程是一種二次成像過(guò)程。對(duì)于顯微鏡而言，分劃板是其視場(chǎng)

光闌，顯微鏡的線(xiàn)視場(chǎng)重要取決于視場(chǎng)光闌口勺大小，且顯微鏡

H勺視覺(jué)放大率越大，它的物空間H勺線(xiàn)視場(chǎng)越小。

若在顯微鏡承物臺(tái)上放置一原則玻璃刻尺，并以光源照

明，令顯微鏡對(duì)原則玻璃刻尺進(jìn)行調(diào)焦，使人眼通過(guò)顯微鏡看

清其像，則顯微鏡中所能看到的最大刻線(xiàn)范圍即為顯微鏡的線(xiàn)

視場(chǎng)。

（二）顯微鏡放大率日勺測(cè)量

其測(cè)量原理如圖3—2所示：

圖3-2

使待檢顯微鏡對(duì)承物臺(tái)上的原則玻璃刻尺1調(diào)焦，在垂直

光軸方向于明視距離處安放另一刻尺2,并用光源同步照明兩

個(gè)刻尺。此時(shí)人眼可同步看清兩刻尺H勺像，并將兩者消視差，

在視場(chǎng)中讀取刻尺1的像與刻尺2齊合的讀數(shù)M及N,則采

用下式即可求得顯微鏡的視覺(jué)放大率：

(3-1)

式中7/2分別為刻尺1及刻尺2口勺格值。

除了此種測(cè)量措施外，還可以采用前置鏡法直接測(cè)量或分

別測(cè)量構(gòu)成此顯微鏡H勺物鏡H勺垂軸放大率及目鏡的視覺(jué)放大

率。在此就不一一簡(jiǎn)介了。

(三)顯微鏡物鏡數(shù)值孔徑N4口勺測(cè)量

顯微鏡的數(shù)值孔徑是顯微鏡一種非常重要的參數(shù)，其大小

直接決定了顯微系統(tǒng)日勺辨別能力及象面照度。數(shù)值孔徑日勺表達(dá)

形式如下所示：

NA=/isinw(3—2)

式中〃為顯微物鏡物方介質(zhì)折射率；〃為顯微物鏡物方半孔徑

角。

當(dāng)顯微鏡的數(shù)值孔值不大時(shí)可采用下而日勺措施進(jìn)行測(cè)量，

其測(cè)量原理如圖3—3所示：

將已知高度為d的I原則柱放在刻尺上，使待測(cè)顯微鏡以原

則柱口勺上端面中心進(jìn)行調(diào)焦，取下原則柱及顯微鏡目鏡，用眼

直接讀取視場(chǎng)所見(jiàn)時(shí)刻尺分劃的格數(shù)〃?，則有：

mr

igu=——(3—3)

2d

根據(jù)式(3-3)即可求出物方孔徑角的大小，再運(yùn)用式(3-2)

it

待測(cè)顯微鏡

f標(biāo)準(zhǔn)圓柱

4孔徑角u

刻尺1

承物臺(tái)

即可求出被測(cè)量顯微鏡的數(shù)值孔徑。

圖3-3

在顯微鏡日勺批量生產(chǎn)檢測(cè)時(shí)，可根據(jù)此檢測(cè)原理做成專(zhuān)用

口勺數(shù)值孔徑儀檢測(cè)M4，以提高檢測(cè)效率。

五、測(cè)量環(huán)節(jié)

（一）顯微系統(tǒng)線(xiàn)視場(chǎng)的測(cè)量

1、將原則刻尺放置在被測(cè)量顯微鏡口勺承物臺(tái)上，固定好

位置，并用光源照明刻尺。

2、旋轉(zhuǎn)顯微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)選擇一種放大率比較小的物鏡

（假如物鏡的放大倍率選擇過(guò)大則看不到刻尺H勺像），同步通

過(guò)拔插的方式選擇一種適合H勺目鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕令顯微鏡對(duì)刻尺

進(jìn)行調(diào)焦，直至看到刻尺的清晰的I像，若通過(guò)調(diào)整只能看見(jiàn)刻

尺的模糊的像，則還需旋轉(zhuǎn)目鏡進(jìn)行對(duì)應(yīng)的視度調(diào)整。

3、此時(shí)讀出通過(guò)顯微鏡目鏡所能看到R勺最大時(shí)刻尺范圍

2），，此數(shù)值即為待測(cè)顯微鏡的線(xiàn)視場(chǎng)的大小。由于在此成像

過(guò)程中所用日勺物為已知刻值日勺刻尺，因此通過(guò)直接讀取格值日勺

方式就可以測(cè)量出線(xiàn)視場(chǎng)於J大小，十分以便快捷。

（二）顯微系統(tǒng)放大倍率的測(cè)量

1、將原則刻尺1放置在被測(cè)量顯微鏡的承物臺(tái)上，固定

好位置，并用光源照明刻尺。

2、在選擇了合適的物鏡及目鏡的基礎(chǔ)上，對(duì)原則刻尺1

進(jìn)行調(diào)焦，直至看清原則刻尺1日勺像。

3、在垂直于顯微鏡的光軸方向上再放置一種刻尺2（此刻

尺的格值可以與刻尺1相似也可不一樣，根據(jù)詳細(xì)狀況而定）,

并使此刻尺位于明觀距離處。同步將一種半反半透鏡放置于待

測(cè)目鏡之上。此時(shí)讓照明光源同步照明兩個(gè)刻尺，當(dāng)人眼通過(guò)

半反半透鏡進(jìn)行觀測(cè)時(shí)就可以同步看到兩個(gè)刻尺H勺像：其中刻

尺1通過(guò)顯微鏡成像、放大后經(jīng)半反半透鏡日勺透射進(jìn)入人眼，

而刻尺2則僅通過(guò)半反半透鏡的反射后進(jìn)入人眼，在此過(guò)程中

沒(méi)有通過(guò)放大。

4、將兩像進(jìn)行調(diào)整并消視差，此時(shí)分別讀取所見(jiàn)視場(chǎng)中

刻尺1的格值數(shù)N及同一視場(chǎng)中刻尺2的格值數(shù)M,并運(yùn)用

式（3—1）即可求出被測(cè)顯微鏡H勺放大倍率。

（三）顯微鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量

1、首先將原則刻尺放置在被測(cè)量顯微鏡的承物臺(tái)上，固

定好位置，然后將已知高度日勺原則小圓柱放置于原則刻尺上，

并用光源照明。

2、然后調(diào)整顯微鏡令顯微鏡對(duì)此小圓柱的上端面進(jìn)行調(diào)

焦，直至在目鏡中看到小圓柱上端面口勺清晰的像。

3、先取下目鏡，再移走小圓柱，直接通過(guò)人眼來(lái)觀測(cè)原

則刻尺經(jīng)顯微物鏡所成之像，上下移感人眼日勺位置，直至可以

看見(jiàn)刻尺的清晰的像。數(shù)出所見(jiàn)視場(chǎng)中時(shí)刻尺的格值加，并代

入公式(3—3)、(3-2)中，即可求出該被測(cè)顯微鏡的數(shù)值孔

徑。

六、思索

1、如川小孔光闌替代原則圓柱，就怎樣檢測(cè)顯微鏡FI勺數(shù)值孔

徑？

2、對(duì)于顯微鏡而言，其物方線(xiàn)視場(chǎng)的大小與哪些原因有關(guān)？

4、對(duì)于低倍顯微鏡，其最大視場(chǎng)由哪種光闌限制？該光闌一

般放在哪里？

［試臉?biāo)模輲缀蜗蟛钊丈赚F(xiàn)象及規(guī)律

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握多種幾何象差產(chǎn)生日勺條件及其基本規(guī)律，觀測(cè)多種象

差現(xiàn)象。

實(shí)際測(cè)量顯微系統(tǒng)的線(xiàn)視場(chǎng)、放大倍率及數(shù)值孔徑的大

小。

二、試驗(yàn)儀器

焦距儀、待觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡、被觀測(cè)物鏡、簡(jiǎn)易光具座及對(duì)應(yīng)

附件等。

三、測(cè)量原理

（三）顯微鏡線(xiàn)視場(chǎng)H勺檢測(cè)

四、試驗(yàn)原理

光學(xué)系統(tǒng)所成實(shí)際象與理想像的差異稱(chēng)為像差，只有在近

軸區(qū)且以單色光所成像之像才是完善H勺（此時(shí)視場(chǎng)趨近于0,

孔徑趨近于0）。但實(shí)際日勺光學(xué)系統(tǒng)均需對(duì)有一定大小的I物體

以一定的寬光束進(jìn)行成像，故此時(shí)日勺像已不具有理想成像的條

件及特性，即像并不完善?？梢?jiàn)，象差是由球面自身的特性所

決定口勺，雖然透鏡的折射率非常均勻，球面加工時(shí)非常完美，

像差仍會(huì)存在。

幾何像差重要有七種：球差、彗差、像散、場(chǎng)曲、畸變、

位置色差及倍率色差。前五種為單色像差，后二種為色差。

透鏡

圖4—1

球差是軸上點(diǎn)像差，它伴隨孔徑的變化而變化。如圖4—1

所示，假如系統(tǒng)中存在球差則將影響成像的清晰程度，使像模

糊。

2、彗差

彗差是軸外像差之一，它體現(xiàn)日勺是軸外物點(diǎn)發(fā)出日勺寬光束

經(jīng)系統(tǒng)成像后的失對(duì)稱(chēng)狀況，彗差既與孔徑有關(guān)又與視場(chǎng)有

關(guān)。若系統(tǒng)存在較大彗差，則將導(dǎo)致軸外像點(diǎn)成為彗星狀時(shí)彌

散斑，影響軸外像點(diǎn)口勺清晰程度。如圖4—2所示:

理

想

像

面

圖4-3

像散用偏離光軸較大日勺物點(diǎn)發(fā)出的鄰近主光線(xiàn)的細(xì)光束經(jīng)

光學(xué)系統(tǒng)后，其子午焦線(xiàn)與弧矢焦線(xiàn)間的釉向距離表達(dá)：

式中，x；，K分別表達(dá)子午焦線(xiàn)至理想像面的距離及弧矢焦線(xiàn)

至理想像面口勺距離，如圖4—3所示：

當(dāng)系統(tǒng)存在像散時(shí)，不一樣的像面位置會(huì)得到不一樣形狀

日勺物點(diǎn)像。若光學(xué)系統(tǒng)對(duì)直線(xiàn)成像，由于像散日勺存在其成像質(zhì)

量與直線(xiàn)的方向有關(guān)。例如，若直線(xiàn)在子午面內(nèi)其子午像是彌

散的，而弧矢像是清晰的；若直線(xiàn)在弧矢面內(nèi)，其弧矢像是彌

散的而子午像是清晰的；若直線(xiàn)既不在子午面內(nèi)也不在弧矢面

內(nèi)，則其子午像和弧矢像均不清晰，故而影響軸外像點(diǎn)的I成像

清晰度。

不僅細(xì)光束有像散，寬光束同樣有像散。

4、場(chǎng)曲

使垂直光軸日勺物平面成曲面像的I象差稱(chēng)為場(chǎng)曲。如圖4一4

所示:

圖4~4

子午細(xì)光束的交點(diǎn)沿光軸方向到高斯像面的距離稱(chēng)為細(xì)光

束的子午場(chǎng)曲；弧矢細(xì)光束的交點(diǎn)沿光軸方向到高斯像面的距

離稱(chēng)為細(xì)光束的弧矢場(chǎng)曲。并且雖然像散消失了（即子午像面

與弧矢像面相重疊），則場(chǎng)曲仍舊存在（像面是彎曲的）。

場(chǎng)曲是視場(chǎng)的函數(shù)，伴隨視場(chǎng)的變化而變化。當(dāng)系統(tǒng)存在

較大場(chǎng)曲時(shí)，就不能使一種較大平面同步成清晰像，若對(duì)邊緣

調(diào)焦清晰了，則中心就模糊，反之亦然。

5、畸變

畸變描述的是主光線(xiàn)像差，不一樣視場(chǎng)的主光線(xiàn)通過(guò)光學(xué)

系統(tǒng)后與高斯像面的交點(diǎn)高度并不等于理想像高，其差異就是

系統(tǒng)的J畸變，如圖4—5所示:

圖4—5

畸變僅是視場(chǎng)口勺函數(shù)，不一樣的視場(chǎng)口勺實(shí)際垂軸放大倍率

不一樣，畸變也不一樣。由于畸變是垂軸像差，它只變化軸外

物點(diǎn)在理想像面上的成像位置，使像的形狀產(chǎn)生失真但不影響

像的清晰度。

6、位置色差

軸上點(diǎn)兩種色光成像位置口勺差異稱(chēng)為位置色差。如圖4-6

圖4—6

位置色差是軸上點(diǎn)像差，在近軸區(qū)就已產(chǎn)生，對(duì)目視儀器

而言常對(duì)C光及F光較正位置色差。由于同一孔徑的光線(xiàn)經(jīng)

光學(xué)系統(tǒng)后與光軸有不一樣日勺交點(diǎn)，不一樣孔徑不一樣色光的

光線(xiàn)也與光軸的交點(diǎn)不相似，故而在任何像面位置物點(diǎn)H勺像都

是一種彩色H勺散斑。

7、倍率色差

所謂倍率色差是指軸外物點(diǎn)發(fā)出H勺兩種色光的主光線(xiàn)在消

單色像差的高斯象面交點(diǎn)高度之差。當(dāng)系統(tǒng)存在較大的倍率色

差時(shí)，物體會(huì)展現(xiàn)彩色日勺邊緣，影響成像清晰度。

五、試驗(yàn)裝置及環(huán)節(jié)

本次試驗(yàn)所采月的裝置為焦距儀（光具座）及附件等。原

平行光管透鏡夾持器測(cè)量顯微鏡

光具座

理如圖4—7所示:

圖4—7

其試驗(yàn)環(huán)節(jié)如下:

1、首先將已知刻線(xiàn)對(duì)的彼羅板放置于平行光管的物鏡焦

平面上，將待觀測(cè)物鏡放置于透鏡夾持器中，并調(diào)整透鏡、平

行光管及測(cè)量顯微鏡三者光軸共軸、等高。

2、調(diào)整觀測(cè)顯微鏡直至在視場(chǎng)中看到清晰H勺彼羅板的像。

3、取下彼羅板，放上星點(diǎn)板，此時(shí)在視場(chǎng)中可以見(jiàn)到星

點(diǎn)的像。

4、由于衍射及待測(cè)物鏡日勺像差的影響，星點(diǎn)日勺像不是一

種點(diǎn)像而是一種具有一定大小的彌散斑，該彌散斑的大小、形

狀直接體現(xiàn)了像差的種類(lèi)及大小。通過(guò)觀測(cè)星點(diǎn)的像就可以充

足理解不一樣種類(lèi)的像差對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生11勺不良影響及其特性。將

星點(diǎn)時(shí)像調(diào)整到視場(chǎng)中心，直到通過(guò)沿軸前后移動(dòng)顯微鏡可以

看到星點(diǎn)的衍射環(huán)同心日勺擴(kuò)張并到達(dá)盡量圓，這表明星點(diǎn)像已

位于待觀測(cè)透鏡時(shí)光軸之上。

5、沿軸前后移動(dòng)顯微鏡觀測(cè)星點(diǎn)像日勺變化及其規(guī)律，以

觀測(cè)球差及位置色差；微擺動(dòng)物鏡夾持器以觀測(cè)軸外像差如彗

差、象散的星點(diǎn)圖及特性。

6、觀測(cè)已準(zhǔn)備好的望遠(yuǎn)鏡，以理解畸變、場(chǎng)曲及倍率色

差的特性及規(guī)律。

六、思索

1、正、負(fù)透鏡及雙膠合透鏡產(chǎn)生H勺球差各有什么特點(diǎn)？

2、透鏡應(yīng)怎樣調(diào)才能觀測(cè)到彗差現(xiàn)象？

3、在該試驗(yàn)裝置中，哪個(gè)面是子午面，哪個(gè)面是弧矢面？

4、什么是畸變，常見(jiàn)日勺畸變有哪兩種形式？畫(huà)圖闡明。

5、常見(jiàn)的用以消除場(chǎng)曲的措施有哪些？

6、什么是消色差系統(tǒng)？

［試莫五］立體判釋儀

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握產(chǎn)生立體視覺(jué)H勺原理并運(yùn)用立方體判釋儀感覺(jué)立體

視覺(jué)。

二、試驗(yàn)儀器

光源、立體判釋儀及其有關(guān)H勺待觀測(cè)H勺圖片等。

三、試驗(yàn)原理

體視效應(yīng)是雙眼所特有口勺特性，單眼沒(méi)有立體視覺(jué)。正常

狀況下人們總是用雙眼觀測(cè)一種物體，雙眼視覺(jué)能提高視力銳

度，同步也將產(chǎn)生空間深度感覺(jué)。

兩眼瞳間的距離稱(chēng)為眼基線(xiàn)，一般為62?65〃加，正是由

于基線(xiàn)的存在，離觀測(cè)者不一樣遠(yuǎn)近的物體在兩眼網(wǎng)膜上成像

日勺相對(duì)位置不一樣（視差角不一樣），從而產(chǎn)生體視效應(yīng)。雙

眼剛能辨別體視差角的微小差值為體視銳度△。而n，一般狀況

下△/in=10〃，但井不是人對(duì)任何遠(yuǎn)近的物體都會(huì)產(chǎn)生立體的

感覺(jué)，人眼可以辨別遠(yuǎn)近的最大距離為體視半徑:

1200m

超過(guò)體視半徑人將不能產(chǎn)生遠(yuǎn)近H勺感覺(jué)。

雙眼能辨別兩點(diǎn)間口勺最短深度距離為立體視覺(jué)閾，它可表

達(dá)為:

從式中可見(jiàn)，若想減少立體視覺(jué)閾只有兩條途徑：一為增

大基線(xiàn)，一為減少體視銳度。立體判釋儀就是通過(guò)增大基線(xiàn)來(lái)

增強(qiáng)立體視覺(jué)的敏捷度時(shí)。

假如眼睛配以視放大率為「的雙目?jī)x器觀測(cè)景物，則體視

銳度可提高「倍，若雙目?jī)x器的I物方基線(xiàn)是人眼基線(xiàn)日勺B倍,

則體視銳度又可提高B倍，故借雙目?jī)x器可綜合提高體視銳

度5「倍，故而可以增強(qiáng)觀測(cè)細(xì)小物體的深度感。本試驗(yàn)所用

口勺體視鏡（HP型立體判釋儀）就是使物方左右兩圖片合成為

立體圖像并通過(guò)勺視覺(jué)銳度放大作用來(lái)明顯增強(qiáng)所觀測(cè)圖

片的立體感，其外形簡(jiǎn)略如圖所示:

此外，通過(guò)雙目立體顯微鏡還可以對(duì)花蕊或小昆蟲(chóng)等細(xì)微

物體進(jìn)行立體觀測(cè)。

圖5-1

四、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、首先將兩個(gè)待觀測(cè)圖片放置在臺(tái)面上，用光源照明待

觀測(cè)物體，然后通過(guò)立體判釋儀的雙目鏡進(jìn)行觀測(cè)，這里可看

見(jiàn)兩個(gè)圖片各自H勺像。

2、用手移動(dòng)兩個(gè)圖片的位置直至有關(guān)的像發(fā)生完全的福

合，此時(shí)由于視覺(jué)銳度口勺放大作用，觀測(cè)者將明顯感覺(jué)到增強(qiáng)

了所觀測(cè)圖片的I立體感。

五、思索

1、什么是體視銳度?

2、一般用以提高體視視覺(jué)敏捷度H勺措施有哪兩種?

［試臉穴］自組顯微鏡

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握顯微鏡的原理及特性，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)自組顯微鏡

米提高學(xué)生H勺動(dòng)手能力以深入加深對(duì)顯微系統(tǒng)理解。

二、試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)工作平臺(tái)、顯微物鏡（焦距/'=40?5（加加）、顯微目

鏡（焦距/”=25?40/〃〃?）、光源、物體（刻尺）、多種磁力表

座、接受屏等。

三、試驗(yàn)原理

圖6—1

從圖中可見(jiàn)，顯微鏡由物鏡及目鏡構(gòu)成，顯微鏡的特點(diǎn)是有較

大的光學(xué)間隔且其物鏡的焦距不大，目鏡的焦距也比較小。被

觀測(cè)的物體首先經(jīng)顯微鏡的物鏡放大后其像再經(jīng)FI鏡放大以

供人眼觀測(cè)，其成像過(guò)程是一種二次成像過(guò)程。其系統(tǒng)放大率

為：

「=可”

式中夕為物鏡的垂軸放大倍率，「口為目鏡日勺視覺(jué)放大倍率。

四、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、首先將已知焦距日勺顯微物鏡、目鏡及物體（波羅板或

透明刻尺）分別夾持在磁力表座上，之后將光源、物體、顯微

物鏡、目鏡依次放置在工作平臺(tái)上，并通過(guò)調(diào)整磁力表座夾持

器進(jìn)行調(diào)整以令各溝成元件大體等高，如圖6—2所示。

2、根據(jù)已知顯微物鏡的焦距大小，將物放置在物鏡H勺物

方焦面附近并分別固定好物及顯微物鏡的位置。

3、用接受屏找尋物體經(jīng)物鏡所成H勺像的位置，該像應(yīng)為

方向的位置，盡量使其目鏡的物方焦面與物鏡H勺實(shí)像面位置相

重疊，此時(shí)固定好目鏡的J位置。

圖6—2

4、通過(guò)微調(diào)裝置沿軸向前后移動(dòng)顯微物鏡進(jìn)行調(diào)焦，人

眼位于目鏡之后進(jìn)行觀測(cè)，并也可對(duì)應(yīng)日勺沿軸調(diào)整目鏡直至可

以看到清晰日勺像，從而實(shí)現(xiàn)了顯微鏡的自組。

五、思索

1、為何說(shuō)顯微鏡是復(fù)雜化了口勺放大鏡？

2、若顯微鏡的出瞳位置與眼瞳不重疊，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

［試監(jiān)上］自組望遠(yuǎn)鏡

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握望遠(yuǎn)鏡的原理及特性，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)自組望遠(yuǎn)鏡

來(lái)提高學(xué)生日勺動(dòng)手能力以深入加深對(duì)望遠(yuǎn)系統(tǒng)日勺理解。

二、試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)工作平臺(tái)、望遠(yuǎn)物鏡（焦距大概為300〃〃〃）、目鏡（焦

距大概為40mm）、平行光管（或與物鏡相距較遠(yuǎn)的刻尺，可

取物距不小于2米）、接受屏等、多種磁力表座。

三、試驗(yàn)原理

物鏡分劃目鏡

亥普勒望遠(yuǎn)鏡口勺原理示意如下圖7-1所示:

圖7-1

圖中可見(jiàn)亥普勒望遠(yuǎn)鏡也是由物鏡與目鏡構(gòu)成，與顯微鏡

不一樣的是望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)間隔為0,平行光入射平行光射出。

其系統(tǒng)的視覺(jué)放大倍率為：

r=-/；//；

式中，片為物鏡的焦距；夕為目鏡的焦距。在此成像過(guò)程中,

有一種實(shí)像面位于分劃面上，故可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

四、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、首先將已知焦距的望遠(yuǎn)物鏡、目鏡分別夾持在磁力表

座上，之后將平行光管（提供無(wú)限遠(yuǎn)日勺物）、望遠(yuǎn)物鏡、目鏡

依次放置在工作平臺(tái)上，如圖7—2所示。

2、將物鏡的位置固定，川接受屏來(lái)接受物體經(jīng)物鏡所成

日勺像，直到最清晰，并記下此時(shí)接受屏所位于的工作臺(tái)上時(shí)刻

平行光管物鏡目鏡

平臺(tái)

尺的讀數(shù)。

圖7—2

3、移走接受屏，將目鏡移近物鏡，直至令目鏡的物方焦

面與接受屏所處口勺刻尺讀數(shù)位置大體相重疊，此時(shí)固定好目鏡

H勺位置。通過(guò)調(diào)整磁力表座夾持器調(diào)整三者共軸等高。

4、通過(guò)微調(diào)裝置沿軸向前后移動(dòng)目鏡，人眼位于目鏡之

后進(jìn)行觀測(cè)，直至可以看到清晰的像。此時(shí)可粗略認(rèn)為物鏡口勺

像方焦面與目鏡的物方焦面相重疊，從而實(shí)現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡H勺自

組。

五、思索

1、請(qǐng)問(wèn)伽利略望遠(yuǎn)鏡與亥普勒望遠(yuǎn)鏡在構(gòu)造形式上有什么區(qū)

別？

2、在系統(tǒng)組合過(guò)程中應(yīng)注意此什么？

［試驗(yàn)人］聆證透鏡成象及光線(xiàn)傳播規(guī)律

的試臉

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、通過(guò)該試驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)光的傳播規(guī)律的掌握；

2、理解透鏡及反射鏡H勺成像特性及其規(guī)律。

二、試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)工作平臺(tái)、JY—1型激光光學(xué)綜合演示儀（幾何光學(xué)）、

光源、接受屏、透鏡（正、負(fù)）、反射鏡等附件。

三、試驗(yàn)原理

幾何光學(xué)有四大基本定律，分別為：光的直線(xiàn)傳播定律、

光的獨(dú)立傳播定律、折射定律及反射定律。其中光日勺光日勺直線(xiàn)

傳播定律、光日勺獨(dú)立傳播定律概括了光在同均勻介質(zhì)中傳播時(shí)

規(guī)律，而折射定律及反射定律則是研究光傳播到兩種均勻介質(zhì)

分界面時(shí)的I現(xiàn)象和規(guī)律。當(dāng)一束光以一定的角度入射到兩個(gè)不

一樣的介質(zhì)分界面上時(shí)是同步伴伴隨反射及折射的產(chǎn)生，反射

光遵照反射定律折射光遵照折射定律。

透鏡是最常見(jiàn)的折射元件，它又分為正透鏡及負(fù)透鏡。一

毛玻璃透鏡接收屏

A

光%____________________________________________________

物平面y

1r

?----------------->|<-------------->

般狀況下正透鏡起會(huì)聚作用，負(fù)透鏡起發(fā)散作用，假如正負(fù)透

鏡進(jìn)行合適組合就可以出現(xiàn)不一樣狀態(tài)的像。

圖8-1

本次試驗(yàn)的目的就是但愿學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)易的試驗(yàn)裝置，充足

發(fā)揮自己的想象力，通過(guò)變化透鏡H勺類(lèi)型、位置及彼此H勺組合

來(lái)觀測(cè)不一樣狀況下H勺光線(xiàn)走向及成像特性，以加深對(duì)成像規(guī)

律的掌握和理解。其試驗(yàn)裝置如圖8—1所示。

四、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、打開(kāi)光源，在激光演示儀，放置正透鏡或負(fù)透鏡，調(diào)整入

射光日勺入射狀態(tài)（平行、會(huì)聚等），觀測(cè)光線(xiàn)經(jīng)透鏡后的詳細(xì)

走向。

2、取下正透鏡，放置多種反射鏡、棱鏡、平板等，也可同步

放上正透鏡及負(fù)透鏡，實(shí)現(xiàn)透鏡"勺組合以觀測(cè)不一樣種類(lèi)的光

學(xué)元件在不一樣狀態(tài)下的光線(xiàn)走向。經(jīng)透鏡后的詳細(xì)走向前后

移動(dòng)接受屏，以觀測(cè)不一樣位置所成日勺像的大小及倒正。

3、如圖8-1所示在工作平臺(tái)上放置好光源、物體、透鏡及

接受屏的位置，盡量做到共軸等高，然后前后移動(dòng)接受屏以觀

測(cè)物體經(jīng)透鏡所成之像，并分析一下像的特性。

4、當(dāng)物、像間距略不小于4r時(shí)，保持其他元件不動(dòng)，前后

移動(dòng)透鏡，可以找到兩個(gè)成實(shí)像而日勺位置，若測(cè)量出出現(xiàn)兩賣(mài)

像的透鏡的距離時(shí)，就可以測(cè)量出透鏡的焦距。

五、思索

1、負(fù)透鏡成像一定成虛像，正透鏡成像一定成實(shí)像嗎？

2、實(shí)像與虛像都能被接受屏和人眼所接受，這句話(huà)對(duì)嗎？為

何？

［試臉九］色度學(xué)試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握、理解多種樣品的主波長(zhǎng)測(cè)量的措施。WGS-9型色度

試驗(yàn)系統(tǒng)

二、試驗(yàn)裝置

WGS-9型色度試驗(yàn)系統(tǒng)

三、試驗(yàn)原理

在理論上為了定量的表達(dá)顏色，一般采用平面直角色度

坐標(biāo)來(lái)加以表達(dá)：

XYZ

X+Y+ZX+Y+ZX+Y+Z

其中X,Y,Z為三刺激值，所有H勺光譜色在色坐標(biāo)上為

一馬蹄形曲線(xiàn)，該圖稱(chēng)為CIE1931色坐標(biāo)，在圖中紅（R）、

綠（G）、藍(lán)（B）三基色坐標(biāo)點(diǎn)為頂點(diǎn)，圍成的三角形內(nèi)的所

有顏色均可以由三基色按一定的量匹配生成。

任一顏色M（x,y）的色調(diào)是由其照明光源坐標(biāo)點(diǎn)（如A

光源）到M點(diǎn)連線(xiàn)并延長(zhǎng)與光譜軌跡相交于N點(diǎn)，N點(diǎn)的光

譜色日勺色調(diào)，即為顏色M日勺主波長(zhǎng)（或補(bǔ)色波長(zhǎng)），如圖9一

1所示，則M的飽和純度為：

p=迪=必

ANxn-xA

M的I色度純度為：

八

MNxn-xm

為測(cè)量某光源（發(fā)光體）口勺色坐標(biāo)，必須先測(cè)量其光譜構(gòu)

成的功率分布s.）,然后再查表找出各光譜的三刺激值，則光

源的三刺激值為,

X=KXS(X)X(X)AX

k

Y=KXs(k)y(X)Ak

2

Z=KXS(X)Z(X)AX

圖9-1

上式中，K為調(diào)整因數(shù)，它是將發(fā)光體的Y值調(diào)整為100時(shí)

得到H勺值,

100

ZSQ)G(4)ZU

則色坐標(biāo)為:

x=--------------y=--------------z=--------------

X+Y+ZX+Y+ZX+V+Z

為測(cè)量某透射或反射樣品日勺色坐標(biāo)，必須先測(cè)量其樣品日勺

透射或反射曲線(xiàn)T（九），然后再查表找出各光譜的三刺激值

。（九）、）'（九）、［。汲參照光的功率分布sQ）,則，

s(X)T(X)x(X)

s(X)T(k)y(X)

s(X)T(X)z(X)

該樣品的色坐標(biāo)為:

X+Y+ZX+Y+ZX+Y+Z

四、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、首先確認(rèn)各條信號(hào)線(xiàn)及電源線(xiàn)連接好后，按下電控箱上的

電源按鈕，儀器正式啟動(dòng)。

2、透過(guò)率及發(fā)光體測(cè)量，系統(tǒng)光路如圖9—2所示:

圖中，Ml為反射鏡；M2為準(zhǔn)光鏡；M3為物鏡；G為平面衍

射光柵；S1為入射狹縫；S2為出縫2。

假如目前接受器小是放在出縫1端，請(qǐng)關(guān)閉電源，把接受

器移到出縫1端，并把轉(zhuǎn)鏡打到出縫1端。當(dāng)放置樣品時(shí)，打

開(kāi)樣品池蓋，把有液體樣品日勺比色皿放入液體樣品池或把固體

樣品直接插在固體樣品架上，然后開(kāi)機(jī)測(cè)量〔當(dāng)測(cè)量透過(guò)率時(shí),

要先放空白樣品做透過(guò)基線(xiàn)）。

SI

3、反射測(cè)量

圖9-3

假如目前接受器不是放在出縫2端，請(qǐng)關(guān)閉電源，把接受

器移到出縫2端，并把轉(zhuǎn)鏡打到出縫2端。當(dāng)放置樣品時(shí)，拉

開(kāi)樣品壓板，把樣品放在積分球日勺

圖中，Ml為反射鏡；M2為準(zhǔn)光鏡；M3為物鏡；G為平

面衍射光柵；Z為轉(zhuǎn)鏡；S1為入射狹縫；S2為出縫2；S3為

出縫1;S為樣品池。

樣品反射口處，并壓上壓板，然后開(kāi)機(jī)測(cè)量（當(dāng)測(cè)量反射

率前，要先放原則白板做反射基線(xiàn)），光路如圖9—3所示。

4、關(guān)機(jī)

先檢索波長(zhǎng)到400nm處，使機(jī)械系統(tǒng)受力最小，然后關(guān)閉

應(yīng)用軟件，最終按下電控箱上的電源按鈕關(guān)閉儀器電源。

三、思索題

1、測(cè)量反射樣品和測(cè)量透射樣品時(shí)有何不一樣？

2、明度、色調(diào)、彩度三個(gè)概念有何不一樣？

［試驗(yàn)十］激光光學(xué)系統(tǒng)（演示型試驗(yàn)）

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.理解激光器的種類(lèi)

2.掌握激光器的發(fā)光原理

二、試驗(yàn)內(nèi)容

掌握試驗(yàn)環(huán)節(jié)，觀測(cè)多種激光器產(chǎn)生時(shí)光斑現(xiàn)象。

三、試驗(yàn)儀器

COz激光器、半導(dǎo)體甭浦激光器、AH激光器、He-Ne激光

器、Nd:YAG激光器、導(dǎo)軌、小孔光闌、調(diào)整架、針,孔（25u）、

顯微物鏡、透鏡及夾持器

四、試驗(yàn)原理

具有代表性的經(jīng)典激光器重要有氣體激光器、固體激光

器、半導(dǎo)體激光器、染料激光器等。氣體激光器是以氣體或蒸

氣作為工作物質(zhì)日勺激光器。它是運(yùn)用氣體原子、分子或離子的I

分離能級(jí)進(jìn)行工作的。氣體激光器常用的泵浦措施是電鼓勵(lì)，

即令足夠大日勺電流通過(guò)氣體介質(zhì)來(lái)完畢泵浦日勺。由于氣體時(shí)光

學(xué)均勻性很好，較之固體激光器和半導(dǎo)體激光器其輸出光束口勺

質(zhì)量（如單色性、相干性等）也很好。氣體激光器中又包括由原

子激光器、離子激光器和分子激光器。原子激光器是運(yùn)用氣體

或蒸氣形式下的中性原子作為工作物質(zhì)，常見(jiàn)的有He-Ne激光

器；離子激光器是運(yùn)用氣體離子激發(fā)態(tài)之間的躍遷來(lái)產(chǎn)生激光

日勺一種氣體激光器，常見(jiàn)的有Ar'激光器；分子激光器是運(yùn)用

未電離的氣體份子作為工作物質(zhì)的一種氣體激光器，如：C02

激光器。

固體激光器日勺基本構(gòu)成包括工作物質(zhì)、泵浦系統(tǒng)、諧振腔、

冷卻與濾光系統(tǒng)四部分。其中，工作物質(zhì)是激光器的關(guān)鍵，固

體工作物質(zhì)是把金屬離子摻入基質(zhì)而形成的，發(fā)光粒子就是工

作物質(zhì)中的金屬離子（稱(chēng)為激活離子），工作物質(zhì)口勺物理、化學(xué)

性能重要決定于基質(zhì)材料，而它的光譜特性則重要由激活離子

日勺能級(jí)構(gòu)造所決定。常見(jiàn)時(shí)有摻鉉鈕鋁石榴石（Nd-YAG）激

光器，這是在基質(zhì)Y3A15O12（YAG）中摻入鈦離子（Nd"），部分

取代YAG中日勺鈕離子（產(chǎn)）而成為Nd”:YAG。此外尚有半導(dǎo)體

激光泵浦激光器也屬于固體激光器。

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)的激光

器，它具有超小型、高效率、構(gòu)造簡(jiǎn)樸、價(jià)格廉價(jià)以及可以高

速工作等一系列長(zhǎng)處。

每一種激光器的發(fā)光機(jī)理各不相似，詳細(xì)問(wèn)題可詳細(xì)分

析。

五、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

L觀測(cè)激光光凄：

I）接通電源；

II）打開(kāi)激光器開(kāi)關(guān)，將其發(fā)出的光束投射到墻上或是接

受屏上，觀測(cè)光斑現(xiàn)象，對(duì)功率較大的激光器及非可見(jiàn)光波段

H勺激光光束可用功率計(jì)進(jìn)行接受（切勿將光束直接射向人體，

尤其是眼部）。

2.準(zhǔn)直擴(kuò)束光覆：

I）將半導(dǎo)體激光器放在導(dǎo)軌上，打開(kāi)激光器開(kāi)關(guān)，使激

光器發(fā)出光束；

II）用小孔光闌作為基準(zhǔn)調(diào)整激光器的上下、左右位置，

使光束平行于導(dǎo)軌；

III）將顯微物鏡和針孔放在調(diào)整架上，調(diào)整架放于導(dǎo)軌匕

并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，便激光光束通過(guò)顯微物鏡后聚焦于針孔位置

處;

IV）將透鏡及夾持器放在導(dǎo)軌上，前后調(diào)整其位置，使針

孔剛好位于透鏡日勺焦點(diǎn)位置處，此時(shí)光束經(jīng)透鏡后出射日勺即為

平行光束，觀測(cè)其光斑現(xiàn)象。

六、試驗(yàn)成果展示

1）He-Ne激光器（波長(zhǎng)為632.8nm）及其光斑現(xiàn)象：

2）CO2激光器（波長(zhǎng)為10.6um）：

3）Nd:YAG激光器（波長(zhǎng)為1.06um）及其光斑現(xiàn)象:

5）準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)及其光斑現(xiàn)象:

［試驗(yàn)十一］傅立葉光學(xué)系統(tǒng)（演示型

試臉）

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.理解傅立葉變換理論；

2.掌握聯(lián)合變換有關(guān)器日勺使用措施

二、試驗(yàn)內(nèi)容

掌握儀器的開(kāi)關(guān)次序，觀測(cè)通過(guò)裝置所產(chǎn)生H勺試驗(yàn)成果。

三、試驗(yàn)裝置

光電混合聯(lián)合變換有關(guān)器、電腦控制系統(tǒng)

四、試驗(yàn)原理

1.傅里葉變換

傅立葉變換形式如下：

G(/)=Cg(x)e-J2^dx(1)

J-GO

g(x)=r(2)

J-8

這兩個(gè)積分即博立葉積分。G(/)稱(chēng)為g(x)的傅立葉變換

或頻譜。若g(?表達(dá)某空間域的物理量，G(/)則是該物理量

在頻率域的表達(dá)形式，g(x)和G(/)構(gòu)成傅立葉變換對(duì)。

二維傅立葉變換是一維傅立葉變換時(shí)推廣：

00

G(f、/)=JJg(x,y)exp[—/2%+fyy)dxdy(3)

-oo

8

g(x,y)=JJG(fx,fy)expt+fyy)]dfxdfy(4)

-oo

2.聯(lián)合變換有關(guān)器原理

聯(lián)合變換有關(guān)的重要特性是參照?qǐng)D像與目的圖像同步輸

入光學(xué)運(yùn)算系統(tǒng)，在第一種傅立葉變換平面上記錄聯(lián)合變換功

率譜，聯(lián)合變換功率譜通過(guò)第二次傅立葉變換后，獲得一對(duì)有

關(guān)輸出。

將準(zhǔn)直的相干單位振幅光入射到物體w(x,y)上，物體被

寫(xiě)入光空間調(diào)制器，設(shè)輸入圖像為：

以工,y)=/(x,y)+h(x,y)(5)

(/(x,y)wh(x,y))

其中是目的圖像，是復(fù)雜背景圖像，另設(shè)參照模

板為一(x,y),這樣，通過(guò)目的與參照模板，?(x,y)U勺光學(xué)

有關(guān)得到的有關(guān)峰函數(shù)〃區(qū)，或者/區(qū)八可以確定目的在

輸入圖像以＞,y)中確實(shí)切位置。

圖1聯(lián)合變換功率譜的記錄

對(duì)目的與參照模板的聯(lián)合圖像進(jìn)行傅里葉變換