应用光学实验讲义综述

试验一光学试验主要仪器、光路调整与技巧一.引言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滤波。(一)、光学试验仪器概述:主要含：激光光源，光学元件，观看屏或信息记录介质1..标有安培表和电压表激光器示意图〔He－.标有安培表和电压表激光器示意图〔He－Ne激光〕激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布,Ar(2)液体激光器——染料激光器固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器本套试验方案的选择的激光器是气体型 632.8nm的红光，功率2mW。个别试验中还会用到白光点光源。2、用于光学试验的元件一般包括：多自由度微调器、可变光栏、观看屏等部件。假设是全息试验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。〔本试验方案中，扩束镜承受针孔空间滤波器，准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均承受双凸透镜〕⑴防震平台考波和物光波干预条纹的记录，假设在曝光过程中由于振动导致两光波有变化，就要影响干预条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于格外之一波长。施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简洁的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫〔用汽车、飞机轮子的内胎〕1000～2023kg声讲话和距工作台远一些。⑵光学元件①分束镜:种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。②扩束器(扩束镜):束镜承受针孔空间滤波器。③双凸透镜:没有缺陷和污脏的透镜.(由于它们会使观看或记录图像产生噪声)④反射镜:平坦度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。⑤其它:还有一些关心元件：如多自由度微调器，可三维把握镜架或者滤波器的位置时器用来把握曝光时间等。3、光学信息的记录介质主要用在全息类试验中。包括两大类,一类银盐感光材料，另一类非银盐感的非银盐感光材料的性能也是不一样的。(二)、共轴调整：各个透镜的主光轴重合〔即共轴，并使物体位于透镜的主光轴四周。另外，为心，才能获得清楚的像。激光光束与台面平行，再将透亮物、扩束镜、双凸透镜依次摆好，调整它们的取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。同一高度。都与原系统共轴。反射镜的调整方法类似。(三)、调整平行光：⑴调整扩束镜，准直镜共轴，激光 扩束镜 准直镜调。激光激光扩束镜准直镜挡板1，如有条件，可以选用平晶进展细调。把平晶放到准直镜后，使光线反射到挡板上，可以观看到干预条纹激光扩束镜激光扩束镜准直镜平晶平行光。激光扩束镜准直镜挡板〔激光扩束镜准直镜平晶微移动四、真空滤波器的调整：并且固定光屏，与我们光屏上做的记号重合。物镜不断靠近针孔。上观看到同心的亮暗衍射环。直至最亮最均匀为止。五、仪器用具生疏。六、试验内容：主要光学试验仪器的区分进展共轴调整、调平行光附录：光学成像的根本概念与完善成像条件1、光学系统：由一系列的光学元件所构成的系统。光学系统又分为：共轴光学系统及非共轴光学系统2〔物与像是完全相像的。入射为球面波，出射也为球面波〔入射为同心光束，出射也为同心光束〕。物有虚实之分，像也有虚实之分。物：发出入射光波的。 光波形成的。1、实物、实像：由实际光线相交而成的就称为实；2、虚物、虚像：由实际光线的延长线相交而成的。〔屏幕、CCD、底片、光电倍增管等〕所接收；虚像不行以被接收器所接收，但是却可以被人眼所观看。3、物空间、像空间间都是无限延长的，不能机械的以左右划分。七、思考题1、白屏上消灭麻麻点点是什么缘由？2、未加针孔前，白屏上消灭很多小衍射环是什么缘由？3、平行光有什么特点？引言

试验二镜头基点的测定每个厚透镜及共轴球面透镜组都有六个基点。即两个焦点FF”；两个主点HH”NN.了解透镜组的基点的一般特性学习测定光具组基点和焦距的方法〔１〕主面和主点假设将物体垂直于系统的光轴，放置在第一主点H处，则必成一个与物体同样大小的正立的像于其次主点H＇处，即主点是横向放大率β＝＋１的一对共轭点。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一和其次主面，如图1中的MH和M〔２〕节点和节面节点是角放大率γ=+1的一对共轭点。入射光线〔Q

M M”线〕通过第一节点N时，出射光〕必通过其次节NN的入射光线平行〔5—4—5

S0 F

NH N”H” F” pi i”P45主光轴的平面分别称为第一和 图1其次节面。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。〔３〕焦点、焦面F。综上所述，薄透镜的两主点和节点与透镜的光心重合，而共轴球面系统两主此季节点和主点重合。本试验以两个薄透镜组合为例，主要争论如何测定透镜组的节点〔主点。 L.S.LL.S.LABOPQF/NHN/B/fofof/2fL.S.为代测透镜组，其主点〔节点〕oH、H/〔N、N/F/AB〔高度〕LA/B/L.S.AO//A/N/，AB//A/B/，OB//N/B/，所以f△AOB∽△A/N/B，AB：f＝A/B/：f00所以 ff0

ABA/B/的大小，从而得到f的数值。A/B/F/的位置。F/N/F/＝fN/的位置也就确定了。FNHH的位置也得到确定四.仪器用具激光器、空间滤波器、凸透镜、毛玻璃、白屏，以及相关的支撑调整架五.试验内容图3 测量基点实物图安置好元件，调整光路。可以利用自准直法，让物体AB处于透镜的前焦面上。fF/N/〔H〕的位置。L.S.FN〔H〕的位置。六、思考题1、物方焦点和像方焦点是不是一对共轭点？2、过节点的一对光线有什么特点？3、一对共轭光线在物方主平面和像方主平面的上的投射高度有什么特点？试验三自组显微镜及其特性参数的测量一、试验目的显微镜的原理及特性，并在此根底上通过自组显微镜来提高学生的动手步把握显微系统的根本成像原理,同时加深对其参数的理解。二、试验装置试验工作平台、显微物镜〔焦距f 、显微目镜〔焦距标准刻尺、半反半透镜、照明光源等。三、试验原理镜的原理示意如以以下图6－1所示：6－1式中为物镜的垂轴放大倍率，为目镜的视觉放大倍率。式中为物镜的垂轴放大倍率，为目镜的视觉放大倍率。四、试验步骤1、首先将焦距的显微物镜、目镜及物体〔波罗板或透亮刻尺〕分别夹持在6－2好物及显微物镜的位置。3、用接收屏找寻物体经物镜所成的像的位置，该像应为一倒立放大的实像，记物镜的实像面位置相重合，此时固定好目镜的位置。6－24、通过微调装置沿轴向前后移动显微物镜进展调焦，人眼位于目镜之后进展观看组。五、显微镜特性参数的测量原理3-1场光阑的大小，且显微镜的视觉放大率越大，它的物空间的线视场越小。到的最大刻线范围即为显微镜的线视场。3－2图 3－2使待检显微镜对承物台上的标准玻璃刻尺1调焦，在垂直光轴方向于明视2，并用光源同时照明两个刻尺。此时人眼可同时看清两刻12MN，则承受下式即可求得显微镜的视觉放大率：式中分别为刻尺2的格值。〔三〕显微镜物镜数值孔径的测量式中分别为刻尺2的格值。〔三〕显微镜物镜数值孔径的测量统的区分力气及象面照度。数值孔径的表示形式如下所示：式中为显微物镜物方介质折射率；为显微物镜物方半孔径角。3-3式中为显微物镜物方介质折射率；为显微物镜物方半孔径角。3-3将高度为的标准柱放在刻尺上，使待测显微镜以标准柱的上端面中心,则有：将高度为的标准柱放在刻尺上，使待测显微镜以标准柱的上端面中心,则有：依据式(3-3)即可求出物方孔径角的大小，再利用式(3-2)即可求出被测量显微镜的数值孔径。，以提高检测效率。在显微镜的批量生产检测时，可依据此检测原理做成专用的数值孔径仪检测，以提高检测效率。六、显微镜特性参数的测量步骤〔一〕显微系统线视场的测量明刻尺。2、旋转显微镜的转动圆盘选择一个放大率比较小的物镜〔假设物镜的放大〕，同时通过拔插的方式选择一个适合的目镜，观看刻尺的模糊的像，则还需旋转目镜进展相应的视度调整。3、此时读出通过显微镜目镜所能看到的最大的刻尺范围Δy，此数值即为所以通过直接读取格值的方式就能够测量出线视场的大小，格外便利快捷。〔二〕显微系统放大倍率的测量照明刻尺。1132〔此刻尺的格值可以与刻并使此刻尺位于明视距离处。同时将12则仅经过半反半透镜的反射后进入人眼，在此过程中没有经过放大。4、将两像进展调整并消视差，此时分别读取所见视场中刻尺1的格值数N倍率。〔三〕显微镜数值孔径的测量高度的标准小圆柱放置于标准刻尺上，并用光源照明。看到小圆柱上端面的清楚的像。3、先取下目镜，再移走小圆柱，直接通过人眼来观看标准刻尺经显微物镜数值孔径。六、思考1、为什么说显微镜是简洁化了的放大镜？2、假设显微镜的出瞳位置与眼瞳不重合，将会消灭什么现象？3、如用小孔光阑代替标准圆柱，就如何检测显微镜的数值孔径？4、对于显微镜而言，其物方线视场的大小与哪些因素有关？5、对于低倍显微镜，其最大视场由哪种光阑限制？该光阑一般放在哪里？试验四自组望远镜及其特性参数的测量一、试验目的测量。二、试验装置(焦距大约为200mm)、〔150mm〔2米、接收屏等、多个磁力表座、平面反射镜、毛玻璃、白屏，及相关的支撑调整架等。三、试验原理〔一〕自组望远镜的原理7－1所示：7－10，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为：式中，为物镜的焦距；式中，为物镜的焦距；为目镜的焦距。在此成像过程中，有一个实像〔二〕望远镜特性参数的测量原理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来就仿佛近在眼前一样。常见望远镜可简洁分为伽利略望远镜，开普勒望远镜等。〔物镜〕构成。其优点是构造简洁，能直接成正像。但望远镜承受，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，可便利像系统。本试验争论开普勒天文望远镜如何测距离、放大倍数及区分本领为能观看到远处的物体，物镜用较长焦距的凸透镜，目镜用较短焦距的凸透〔视为平行光〕，经过物镜后，会聚在它的后焦点外高焦点很角，故提高了区分力气，1。1用焦距为150100调整目镜，即可清楚地看到倒立的虚像。AAL0B/LEF0F/0BA/df0图22，ABF0

d〔F0

L0〕，ABLA/0所以d

B/。由图可知，AB/A/ 0 ABAB

B/=d/f0BCB/C/，可知望远镜的放大倍数fM 0ffE

BCBCBCB/C/尺寸，便可求得放大倍数。望远镜的区分本领用它的最小区分角来表示。由光的衍射理论知：(理论)＝1.22D为照明光波的波长，D为望远镜物镜的孔径，角度的单位是弧度。即两个物体假设对望远镜的张角小于〔理论〕值。则望远镜将无法区分它们是两个物体〔两个物体重叠成一个像〕四、试验步骤〔一〕自组望远镜的试验步骤1、先将焦距的望远物镜、目镜分别夹持在磁力表座上，之后将平行光管〔供给无限远的物〕、望远物镜、目镜依次放置在工作平台上，如图7－2所示。2并登记此时接收屏所位于的工作台上的刻尺的读数。3、接收屏，将目镜移近物镜，直至令目镜的物