应用光学实验指导书

应用光学实验指导书刘冬梅、王文生等主编长春理工大学光电工程学院[实验一]透镜焦距的丈量[实验二]望远系统特征参数的丈量[实验三]显微系统特征参数的丈量[实验四]几何象差的现象及规律[实验五]立体判释仪[实验六]自组显微镜[实验七]自组望远镜[实验九]色度学实验[实验十]激光光学系统(演示型实验)[实验十一]傅立叶光学系统(演示型实验)550型焦距仪(或光具座)及相应附件，待测的正透镜挨次则测得y的象y为：yy(式中为显微物镜的放大率),则待测物镜的焦距可由下式求得：式中fc为平行光管物镜焦距。五、丈量方法1、第一将已知刻线对的彼罗板搁置于平行光管的物镜焦平面上，并用丈量显微镜对该彼罗板的线对进行调焦，直至视场中出现清楚的像，选择彼罗板的此中一对刻线作为物y,测量出物的像的大小y',则获取丈量显微镜的物镜放大率：2、将待测物镜搁置于透镜夹持器中，并调整透镜、平行光管及丈量显微镜三者光轴共轴。光具座4、将y代入到公式(1-1)中，即可求出待测透镜的焦带有透明箭头的黑屏)及接收屏，且使两者间距大概为4倍的面到透镜的距离(导轨上有刻划线)即为物距1,则像距为当采纳此种方法进行丈量时，其焦距相对丈量偏差约为3、两次成像法丈量焦距用微分求极值法或依据光芒的可逆性能够证明：当物、像间距L略大于4f时，前后挪动透镜的地点必定能够获取两个地点，在此两个地点处都能够在接收屏上接收到实像(如图1-2所示),若透镜的两次成像的地点间距为d,则待测透镜的焦距为：该法的相对丈量偏差约为1%～2%。透镜位置1透镜位置2物平面物平面值得注意的是以上几种方法仅合用于正透镜的丈量，假如待测透镜为负透镜，则需要借助正透镜与负透镜构成一透镜组来加以丈量。求?平行光管、待测望远系统(经纬仪或水平仪)、倍率计等。-1所示。图2-1利用倍率计能够简单而比较精准的丈量出出瞳直径及出瞳距。倍率计的构造原理如图2-2所示，其光学系统是一个低倍的显微镜，物镜的放大率是1倍，目镜是倍，分划板上刻实用来丈量出瞳像直径的标尺，其刻划范围为10mm。别的，显微范围为0～80mm,格值为1mm(在外筒上有一窗口可见到此标尺)。当显微镜在外筒内挪动时，标尺可指示出它的地点，以方便的丈量出出瞳距。(一)望远系统出瞳直径的丈量1、丈量前将被测望远系统的目镜视度调整到零，使仪器处于正常工作状态。2、将平行光管、被测望远系统、倍率计如图2-3挨次搁置，(二)望远系统出瞳距离的丈量思虑一、实验目的统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。二、实验内容实质丈量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大待测显微镜、测微目镜、标准刻尺、半反半透镜、照明光源、标准柱等。四(一)显微镜线视场的检测从图中可见，显微镜由物镜及目镜构成，被观察的物体经显视觉放大率越大，它的物空间的线视场越小。若在显微镜承物台上搁置一标准玻璃刻尺，并以光源照清其像，则显微镜中所能看到的最大刻线范围即为显微镜的线(二)显微镜放大率的丈量其丈量原理如图3-2所示：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距离处安置另一刻尺2,并用光源同时照明两个刻尺。此时人眼可同时看清两刻尺的像，并将两者消视差，在视场中读取刻尺1的像与刻尺2齐合的读数M及N,则采用下式即可求得显微镜的视觉放大率：式中分别为刻尺1及刻尺2的格值。除了此种丈量方法外，还能够采纳前置镜法直接丈量或分别丈量构成此显微镜的物镜的垂轴放大率及目镜的视觉放大率。在此就不一一介绍了。(三)显微镜物镜数值孔径NA的丈量显微镜的数值孔径是显微镜一个特别重要的参数，其大小直接决定了显微系统的分辨能力及象面照度。数值孔径的表示形式以下所示：式中n为显微物镜物方介质折射率；u为显微物镜物方半孔径当显微镜的数值孔值不大时可采纳下边的方法进行丈量，其丈量原理如图3-3所示：将已知高度为d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进行调焦，取下标准柱及显微镜目镜，用眼直接读取视场所见的刻尺分划的格数m,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)(一)显微系统线视场的丈量(假如物镜的放大倍率选择过大则看不到刻尺的像),同时通方式便可以丈量出线视场的大小，十分方便快捷。(二)显微系统放大倍率的丈量1、将标准刻尺1搁置在被丈量显微镜的承物台上，固定好地点，并用光源照明刻尺。2、在选择了合适的物镜及目镜的基础上，对标准刻尺1进行调焦，直至看清标准刻尺1的像。3、在垂直于显微镜的光轴方向上再搁置一个刻尺2(现在尺的格值能够与刻尺1同样也可不一样，依据详细状况而定),尺1经过显微镜成像、放大后经半反半透镜的透射进入人眼，而刻尺2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、将两像进行调整并消视差，此时分别读取所见视场中刻尺1的格值数N及同一视场中刻尺2的格值数M,并利用式(3-1)即可求出被测显微镜的放大倍率。(三)显微镜数值孔径的丈量1、第一将标准刻尺搁置在被丈量显微镜的承物台上，固定好地点，而后将已知高度的标准小圆柱搁置于标准刻尺上，2、而后调整显微镜令显微镜对此小圆柱的上端面进行调焦，直至在目镜中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，直接经过人眼来察看标入公式(3-3)、(3-2)中，即可求出该被测显微镜的数值孔1、如用小孔光阑取代标准圆柱，就如何检测显微镜的数值孔径?2、关于显微镜而言，其物方线视场的大小与哪些要素有关?4、关于低倍显微镜，其最大视场由哪一种光阑限制?该光阑一般放在哪里?b)像散用偏离光轴较大的物点发出的周边主光芒的细光束经光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示：式中，Xt,Xs分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧线至理想像面的距离，如图4-3所示：与弧矢像面相重合),则场曲仍旧存在(像面是曲折的)本次实验所采纳的装置为焦距仪(光具座)及附件等。原理如图4-7所示：4、什么是畸变，常有的畸变有哪两种形式?一、实验目的掌握产生立体视觉的原理并利用立方体判释仪感觉立体光源、立体判释仪及其有关的待观察的图片等。体视效应是双眼所独有的特征，单眼没有立体视觉。正常状况下人们老是用双眼察看一个物体，双眼视觉能提升视力锐度，同时也将产生空间深度感觉。两眼瞳间的距离称为眼基线，一般为62～65mm,正是因为基线的存在，离察看者不一样远近的物体在两眼网膜上成像的相对地点不一样(视差角不一样),进而产生体视效应。双眼刚分辦体视差角的渺小差值为体视锐度min,一般状况下min10,但其实不是人对任何远近的物体都会产生立体的感觉，人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径：超出体视半径人将不可以产生远近的感觉。它可表双眼能分辨两点间的最短深度距离为立体视觉阈，它可表从式中可见，若想减少立体视觉阈只有两条门路：一为增大基线，一为减少体视锐度。立体判释仪就是经过增大基线来加强立体视觉的敏捷度的。假如眼睛配以视放大率为的双目仪器察看光景，则体视锐度可提升倍，若双目仪器的物方基线是人眼基线的B倍，则体视锐度又可提升B倍，故借双目仪器可综合提升体视锐度B倍，故而能够加强察看渺小物体的深度感。本实验所用的体视镜(HP型立体判释仪)就是使物方左右两图片合成为立体图像并经过B的视觉锐度放大作用来显然加强所察看图片的立体感，其外形简单以下图：别的，经过双目立体显微镜还能够对花蕊或小昆虫等细微物体进行立体察看。1、第一将两个待观察图片搁置在台面上，用光源照明待2、用手挪动两个图片的地点直至有关的像发生完整的叠2、往常用以提升体视视觉敏捷度的方法有哪两种?(焦距f'25=40mm)、光源、物体(刻尺)、多个磁力表座、显微镜的原理表示以下列图6-1所示：从图中可见，显微镜由物镜及目镜构成，显微镜的特色是有较大的光学间隔且其物镜的焦距不大，目镜的焦距也比较小。被观察的物体第一经显微镜的物镜放大后其像再经目镜放大以供人眼察看，其成像过程是一个二次成像过程。其系统放大率N=Pi式中β为物镜的垂轴放大倍率，为目镜的视觉放大倍率。四、实验步骤1、第一将已知焦距的显微物镜、目镜及物体(波罗板或透明刻尺)分别夹持在磁力表座上，以后将光源、物体、显微物镜、目镜挨次搁置在工作平台上，并经过调整磁力表座夹持器进行调整以令各构成元件大概等高，如图6-2所示。2、依据已知显微物镜的焦距大小，将物搁置在物镜的物方焦面周边并分别固定好物及显微物镜的地点。3、用接收屏搜寻物体经物镜所成的像的地点，该像应为一倒立放大的实像，记录下此时的地点。挪动显微目镜的沿轴方向的地点，尽量使其目镜的物方焦面与物镜的实像面地点相重合，此时固定好目镜的地点。一、实验目的来提升学生的着手能力以进一步加深对望远系统的理解。二、实验装置距大概为40mm)、平行光管(或与物镜相距较远的刻尺，可取物距大于2米)、接收屏等、多个磁力表座。亥普勒望远镜的原理表示以下列图7-1所示：不一样的是望远镜的光学间隔为0,平行光入射平行光射出。其有一个实像面位于分划面上，故能够实现丈量。1、第一将已知焦距的望远物镜、目镜分别夹持在磁力表座上，以后将平行光管(供给无穷远的物)、望远物镜、目镜挨次搁置在工作平台上，如图7-2所示。2、将物镜的地点固定，用接收屏来接收物体经物镜所成的像，直到最清楚，并记下此时接收屏所位于的工作台上的刻3、移走接收屏，将目镜移近物镜，直至令目镜的物方焦面与接收屏所处的刻尺读数地点大概相重合，此时固定好目镜的地点。经过调整磁力表座夹持器调整三者共轴等高。4、经过微调装置沿轴向前后挪动目镜，人眼位于目镜之像方焦面与目镜的物方焦面相重合，进而实现了望远镜的自别?2、在系统组合过程中应注意此什么?光源、接收屏、透镜(正、负)、反射镜等附件。律的掌握和理解。其实验装置如图8-1所示。射光的入射状态(平行、汇聚等),察看光芒经透镜后的详细3、如图8-1所示在工作平台上搁置好光源、物体、透镜及4、当物、像间距略大于4f时，保持其余元件不动，前后移一、实验目的掌握、认识各样样品的主波长丈量的方法。WGS-9型色度实验系统二、实验装置WGS-9型色度实验系统三、实验原理在理论上为了定量的表示颜色，往常采纳平面直角色度坐标来加以表示：此中X,Y,Z为三刺激值，全部的光谱色在色坐标上为一马蹄形曲线，该图称为CIE1931色坐标，在图中红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色坐标点为极点，围成的三角形内的所有颜色均能够由三基色按必定的量般配生成。任一颜色M(x,y)的色彩是由其照明光源坐标点(如A光源)到M点连线并延伸与光谱轨迹订交于N点，N点的光X上式中，K为调整因数，它是将发光体的Y值调整为100时获取的值，则色坐标为：为丈量某透射或反射样品的色坐标，一定先丈量其样品的透射或反射曲线J(λ),而后再查表找出各光谱的三刺激值1、第一确认各条信号线及电源线连结好后，按下电控箱上的电源按钮，仪器正式启动。2、透过率及发光体丈量，系统光路如图9-2所示：假如目前接收器不是放在出缝1端，请封闭电源，把接收器移到出缝1端，并把转镜打到出缝1端。当搁置样品时，打开样品池盖，把有液体样品的比色皿放入液体样品池或把固体要先放空白样品做透过基线)假如目前接收器不是放在出缝2端，请封闭电源，把接收器移到出缝2端，并把转镜打到出缝2端。当搁置样品时，拉开样品压板，把样品放在积分球的出缝1;S为样品池。率前，要先放标准白板做反射基线),光路如图9-3所示。[实验十]激光光学系统(演示型实验)一、实验目的1.认识激光器的种类2.掌握激光器的发光原理掌握实验步骤，察看各样激光器产生的光斑现象。器、Nd:YAG激光器、导轨、小孔光阑、调理架、针孔(25μ)、显微物镜、透镜及夹持器拥有代表性的典型激光器主要有气体激光器、固体激光分别能级进行工作的。气体激光器常用的泵浦方法是电激励，学平均性较好，较之固体激光器和半导体激光器其输出光束的质量(如单色性、相关性等)也较好。气体激光器中又包含由原器；离子激光器是利用气体离子激发态之间的跃迁来产生激光的一种气体激光器，常有的有Ar+激光器；分子激光器是利用冷却与滤光系统四部分。此中，工作物质是激光器的核心，固体工作物质是把金属离子掺入基质而形成的，发光粒子就是工作物质中的金属离子(称为激活离子),工作物质的物理、化学性能主要决定于基质资料，而它的光谱特征则主要由激活离子的能级构造所决定。常有的有掺钕钇铝石榴石(光器，这是在基质Y₃AlsO12(YAG)中掺入钕离子(Nd³+),部分为激光泵浦激光器也属于固体激光器。半导体激光器是以半导体资料作为激光工作物质的激光器，它拥有超小型、高效率、构造简单、价钱廉价以及能够高速工作等一系列长处。每一种激光器的发光机理各不同样，详细问题可详细分析。五、实验步骤1.察看激光光斑：I)接通电源；Ⅱ)翻开激光器开关，将其发出的光束投射到墙上或是接收屏上，察看光斑现象，对功率较大的激光器及非可见光波段的激光光束可用功率计进行接收(切勿将光束直接射向人体，特别是眼部)。2.准直扩束光斑：光器发出光束；Ⅱ)用小孔光阑作为基准调理激光器的上下、左右地点，使光束平行于导轨；并对其进行调整，使激光光束经过显微物镜后聚焦于针孔地点孔恰好位于透镜的焦点地点处，此光阴束经透镜后出射的即为平行光束，察看其光斑现象。1)He-Ne激光器(波长为)及其光斑现象：2)CO₂激光器(波长为10.6μm):3)Nd:YAG激光器(波长为1.06μm)及其光斑现象：5)准直扩束系统及其光斑现象：实验)一、实验目的1.认识傅立叶变换理论；2.掌握结合变换有关器的使用方法二、实验内容掌握仪器的开关次序，观察经过装置所产生的实验结果。三、实验装置光电混淆结合变换有关器、电脑控制系统四、实验原理1.傅里叶变换傅立叶变换形式以下：傅立叶变换形式以下：这两个积分即傅立叶积分。G(f)称为g(x)的傅立叶变换或频谱。若g(x)表示某空间域的物理量，G(f)则是该物理量在频次域的表示形式，g(x)和G(f)构成傅立叶变换对。2.结合变换有关器原理结合变换有关的主要特色是参照图像与目标图像同时输入光学运算系统，在第一个傅立叶变换平面上记录结合变换功获取一对相为r(x,y),这样，经过目标t(x,y)与参照模板r(x,y)的光学有关获取的有关峰函数rt或许t恐r,能够确立目标t(x,y)在输入图像w(x,y)中确实切地点。对目标与参照模板的结合图像进行傅里叶变换。如图1所示，图中的L为傅里叶变换透镜，待辨别图像(已经二值化)rk,y)(二值化的)置于输入平面的另一侧，中心位于6,0)式中λ是照明激光的波长，若将一个平方律探测器f是变换透镜的焦距。CCD放在傅立叶变换透镜(FTL)的后焦平面上，则其记录的结合变换功率谱(JTPS)为：2春结合变换功率谱(JTPS)