RLEME07几何光学基础实验讲义

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！®RLE-ME07实验讲义发布日期：2012年11月版权声明：有。容进行复制或传播。本手册的内容若有任何修改，恕不另行通知。北京杏林睿光科技有限公司联系方式：电话：传真邮箱：转882网址：目录实验1光学实验主要仪器、光路调整与技巧实验...................................................11.1引言1.2实验目的1.3实验原理1.4实验步骤实验2自准直法测量薄透镜焦距实验2.1引言2.2实验目的2.3实验原理2.4实验步骤实验3二次成像法测量薄透镜焦距实验...................................................................83.1引言3.2实验目的3.3实验原理3.4实验步骤实验4光学系统基点测量实验4.1引言4.2实验目的4.3实验原理4.4实验步骤实验5平行光管使用及透镜焦距测量实验..............................................................135.1引言5.2实验目的5.3实验原理5.4实验步骤实验6望远系统的搭建和参数测量实验6.1引言6.2实验目的6.3实验原理6.4实验步骤实验7显微镜搭建与光学系统分辨率检测实验......................................................217.1引言7.2实验目的7.3实验原理7.4实验步骤北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用。1.2实验目的（1）掌握基本光学元件的功能。（2）掌握共轴调节和平行光路调节。1.3实验原理a.光学实验仪器概述光学实验仪器主要含：.图激光的特性：（2）光束按高斯分布；激光器的分类：（3）固体激光器：半导体激光器,红宝石激光器；本套实验方案的选择的激光器是气体He-Ne内腔式激光器,波长为632.8nm的红光，功率1.5mW。2．光学实验一般元件包括：防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、多自由度微调架、3．观察屏等部件:1北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验（1）防震平台光学实验需要一个稳定的工作平台。震动的主要影响来自地基的震动，如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重1000～2000kg的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，记录全息图时室内不要通风，工作人员不要大声讲话且离工作台远一些。（2）光学元件分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将激光束分为两束，在干涉仪物体的物光光波。分束镜一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。1020、40倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜。本实验方案中，扩束镜采用10倍的显微物镜。准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜之功能均可使用不同内径和焦距的凸透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏多层反射膜或金属膜的高反射率反射镜。还有一些辅助元件：如多自由度微调架，可三维控制镜架或者滤波器的位置和方向；可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑、观察屏用来观测成像质量和成像大小等。b.共轴调节光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜成像，为了获得较好的像，必须使各个透共轴调节使物、屏的中心处在透镜光轴上，并使各光学元件共轴，达到共轴能保证近轴光线的条件成立。一般分为两步进行，第一步粗调，即用眼睛观察，使物、屏与透镜中心大致在一条直线上；粗调方法如下：通过前后移动白屏的方法先使激光光束与台面平行，再将透明物、扩束镜、双凸透镜依次摆好，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，再让光斑、物、镜的几何中心处在一条直线上，这样便使镜的主光轴与平台面平行且共轴，光斑也最大限度得到利用。:2北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验针对性地调节各光学元件，直至两次成像的中心重合。如果系统有两个以上的透镜，先加入一个透镜调节共轴，然后再依次加入透镜，使每次所加透镜都与原系统共轴。反射镜的调节方法类似。就再前后移动准直镜的位置，再前后移动挡板，观察圆形光斑的大小，如果变化，重复以上工作，直到光斑大小不发生变化位置，完成粗调。在调节中要注意光斑变化的和准直镜移动方向的关系，从而很快达到粗调的效果图图:3北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验4．观察调整步骤3、调整各器件高度，使激光器、扩束物镜、透镜、平行平晶、同轴等高。步骤4使得激光通过扩束物镜后的扩束光斑中心与分划板中心重合，此时锁定扩束物镜高度，使白屏上显示圆形、比较均匀的光斑。:4北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验远处直径大致相等。:5北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验薄透镜．所如图2-1示，设薄透镜的像方焦距为，物距为，对应的像距为，在近f轴光线的条件下．透镜成像的高斯公式为111llfll应用上式时必须注意各物理量所适用的符号法则。在本试验中我们规定，距离自参考点(薄透镜光心量起。与光线行进方向一致时为正，反之为负，运算时已知量须添加符号，未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。测量会聚透镜焦距的一般方法有：靠测量物距与像距求焦距。具体方法是：用反射照明光后的实物作为光源，其发出的光线经会聚透镜后，在一定条件下成实像，可用白f自准直法是光学实验中常用的方法。在光学信息处理中，自准直法测量透镜焦距，简单迅速，能直接测得透镜焦距的数值。在光学信息处理中，多使用相干的平行光束，而自准直法作为检测平行光的手段之一，仍不失为一种重要的方法。2.2实验目的如图2-2所示，若物体正好处在透镜L的前焦面处，那么物体上各点发出的光:6北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验LMOf步骤3、在目标板后放置待测透镜，并调整待测透镜与物体位置，使得反射光通过待测透镜打到目标板上，前后移动反射镜，使目标板上所成的像是等大倒立清晰的像。步骤4、记录此时待测透镜与目标板的位置分别为a、a，则，待测透镜的焦距为1221:7北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验3.1引言二次成像法测量焦距是通过两次成像，测量出相关数据，通过成像公式计算出透镜焦距。ILO图当物体与白屏的距离4时，保持其相对位置不变，则会聚透镜置于物体与白屏lfdl22（3-1）f上式表明．只要测出和，就可以算出．由于是通过透镜两次成像而求得的，dlff这种方法称为二次成像法或贝塞尔法．这种方法中不须考虑透镜本身的厚度，因此用这:8北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验步骤5、计算：daa21ld22f':9北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验实验4光学系统基点测量实验a.主面和主点于光轴的平面，分别称为第一和第二主面，如图4-1中的MH和b.节点和节面节点是角放大率=+1的一对共轭点。入射光线（或其延长线）通过第一节点N时，出射光线（或其延长线）必通过第二节点NN的入射光线平行如图4-1。过节点垂直于主光轴的平面分别称为第一和第二节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。'MMQF'pSFi0i'P图c.焦点、焦面平行于系统主轴的平行光束，经系统折射后与主轴的交点F＇称为像方焦点；过F＇垂直于主轴的平面称为像方焦面。第二主点＇到像方焦点＇的距离，称为系统的像LS.ABOPN(H)ffo:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验多数场合透镜组两边都是空气，物方和像方媒质的折射率相等，此时节点和主点重合。设L为已知透镜焦距等于f的凸透镜，、o’（N、NF。当AB（高度已知）放在L的前焦点处时，它经过L以及将成像’B于L.S.的后焦面上。因为AO//’N，AB//’B，OB//N’B，所以△AOB∽△’NB，即AB:(f’:fo(4-1)ABo因此我们可以通过测量’的大小，从而得到f的数值。因为是平行光入射到透镜组上，所以像’B的位置就是的位置。F的位置既然确定，而N’F＝f，因此N的位置也就确定了。把L.S.的入射方向和出射方向互相颠倒，即可测定F和N的位置。H步骤2边长10mm）与标准透镜（透镜焦距为f）之间的距离，使目标板（物方图案宽度为h）0122:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验cc12透镜朝向标尺板，则读取方法为图(a)所示。此时，c=48mm，表示从支杆固定的原点到(b)62.3mm，表示从支杆固定的原点到活动一端透镜光心的距离。活动的一端的透镜可以伸缩在任意一个刻度上进行读取。202122像方主点’与节点器中透镜L光心的距离为a-f。231:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验平行光管是一种长焦距、大口径，并具有良好像值的仪器，与前置镜或测量显微镜组合使用，既可用于观察、瞄准无穷远目标，又可作光学部件，光学系统的光学常数测定以及成像质量的评定和检测。（2）掌握平行光管的调整方法。根据几何光学原理,无限远处的物体经过透镜后将成像在焦平面上;反之,从透镜焦平,那么它将成像在无限远处。图:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验LLoxy1y1fox图yyf1o1ffoxf(5-1)xo其中为平行光管物镜焦距，为玻罗板上选择的线对的长度，为用显微目镜读fyyo出的玻罗板上线对像的距离。用这种方法测量凸透镜焦距比较简单，关键是要保证各光步骤1、按照“平行光管使用及透镜焦距测量实验”实验装配图安装实验器件。注：安装平行光管的过程中，需调节平行光管，使得分划板保持水平分布；在安装平行光管的过程中，需要调节光源强度。即，在保证眼睛舒适度的前提下尽可能保证视场照明。:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验24图步骤2、打开平行光管外盖，观察平行光管内部结构，了解基本原理。步骤3、平行光管调整后，将被测凸透镜组置于平行光管的前方，在凸透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。步骤5、用测微目镜测出玻罗板中两任意对称刻度线之间的距离y板读出刻度线的实际大小fo:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验y'ff'yxo:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验实验6望远系统的搭建和参数测量实验望远镜是帮助人们看清远处物体以便观察、瞄准与测量的一种助视仪器，通过本实验使学生更加了解望远镜原理，自己搭建望远镜，测量相关参数。6.2实验目的望远镜是如何把远处的景物移到我们眼前来的呢？这靠的是组成望远镜的两块透镜。望远镜的前面有一块直径大、焦距长的凸透镜，名叫物镜；后面的一块透镜直径小处，这样对着目镜望去，就好象拿放大镜看东西一样，可以看到一个放大了许多倍的虚像。这样，很远很远的景物，在望远镜里看来就仿佛近在眼前一样。常见望远镜可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜等。伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。它由一个凹透镜（目镜）和一个凸透镜（物镜）构成。其优点是结构简单，能直接成正像。但自从开普勒望远镜发明后此种结构已不被专业级的望远镜采用，而多被玩具级的望远镜采用，所以又被称做观剧镜。开普勒望远镜：原理由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。OO12F2图为能观察到远处的物体，物镜用较长焦距的凸透镜，目镜用较短焦距的凸透镜。远处射来光线（视为平行光），经过物镜后，会聚在它的后焦点外离焦点很近的地方，成一倒立、缩小的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合的。所以物镜的像作为目镜:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验的物体，从目镜可看到远处物体的倒立虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力，见图6-1。当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，此时望远镜的放大率为：foe(6-1)f可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。当用望远镜观测近处物体时，其成像的光路图可用图6-2来表示。图中、和、lll11lLL2oey2l2y12111211122ff1.oeAOOFyBBo1y3Le图11(6-2)flo1l11oelfeyyyy3131lllll2112212llf(6-3)1eoef1o:北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义RLE-ME07几何光学综合实验fflleo理论1.22D本实验用到的是国标型分辨力板A3试图案。一套型分辨力板由图形尺寸按一定倍数关系递减的七块分辨力板组成，其编号为A1~A72545°、宽等长的4组明暗相间的平行线条组成，线条间隔宽度等于线条宽度。分辨力板相邻两单元的线条宽度的公比为1/2近似0.94)，如图6-3所示。分辨力板各单元中，每一组的图:北京杏林