工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告匯總

1、工程光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告最小偏向角法測(cè)棱鏡折射率1. 測(cè)量原理從幾何光學(xué)可知，棱鏡的玻璃折射率n與棱鏡頂角A及最小偏向角 二之間 有如下的關(guān)系：月+ S,sin訃T-sin 2在不同波長(zhǎng)的單色光照明下，在分光儀上測(cè)得 A和-，即可利用上式求得 不同波長(zhǎng)的玻璃折射率 。2. 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 分光儀：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理進(jìn)行角度測(cè)量的儀器。它 主要由下列幾個(gè)部分組成：自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，平行光管，載物臺(tái)，度盤和游 標(biāo)盤。望遠(yuǎn)鏡通過支臂與度盤固定在一起， 組成儀器的照準(zhǔn)部。它與游標(biāo) 盤和棱鏡臺(tái)可分別繞度盤的垂直軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過的角度由游標(biāo)盤和度盤讀出（游標(biāo)精度為1，度盤每格值為30），每次讀數(shù)要在對(duì)徑方向

2、上二個(gè) 游標(biāo)上讀數(shù)，然后取其平均值，這樣可消除度盤的偏心誤差，且要在度盤 的三個(gè)不同位置上讀數(shù)，以消除度盤的刻度誤差，軸的晃動(dòng)誤差等，儀器 上各運(yùn)動(dòng)部分備有鎖緊、微動(dòng)和調(diào)整裝置的螺釘。 光源：a.用鈉光燈作照明光源測(cè)量 D光折射率，鈉光譜線入=0.6328卩b.自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡照明光源為6.3伏白熾燈及變壓器3. 實(shí)驗(yàn)步驟第一步：調(diào)整： 接上光源b; 目鏡調(diào)焦； 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，用自準(zhǔn)直法將目鏡分劃板正確地調(diào)焦在物鏡焦面上，即使望遠(yuǎn)鏡物鏡對(duì)無窮遠(yuǎn)調(diào)焦；a. 粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸，使其位置適中（通過上、下、左、右調(diào)節(jié)螺釘）；b. 棱鏡臺(tái)上放一平行平板玻璃，工作面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，觀察目鏡分劃板上 十字絲與反射回來的

3、像是否同時(shí)清晰，若不同時(shí)清晰，則移動(dòng)目鏡鏡 管，直至同時(shí)清晰為目。 使望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)軸與度盤軸相互垂直；當(dāng)用平行平板使望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦無窮遠(yuǎn)時(shí)，則鎖緊螺釘6,使棱鏡臺(tái)與游標(biāo)盤連在一起，通過目鏡觀察分劃板上十字絲和其反射像水平線是否精確對(duì)稱，若不對(duì)稱則用半修法校正（即不對(duì)稱量由望遠(yuǎn)鏡和棱鏡臺(tái)各負(fù)責(zé)校正一半）， 它可通過調(diào)整螺釘達(dá)到，然后將棱鏡臺(tái)連同游標(biāo)盤帶平行平板轉(zhuǎn)過去180 度，再重復(fù)上述步驟校正偏差，通過反復(fù)進(jìn)行，逐次趨近，直到平行平板無 論哪一個(gè)面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，十字線和反射回來的像都對(duì)稱為止，這說明望遠(yuǎn)鏡 瞄準(zhǔn)軸與度盤旋轉(zhuǎn)軸已垂直，以后的工作過程中，不允許再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的調(diào) 節(jié)螺旋。 調(diào)整平行光管光源，

4、使望遠(yuǎn)鏡同軸a. 關(guān)掉光源b，打開光源a。b. 平行光管調(diào)焦：使狹縫像正確地形成在平行光管物鏡焦面上（前面移 動(dòng)狹縫，使望遠(yuǎn)鏡分劃板上看到狹縫的清晰像）。為了便于瞄準(zhǔn)，狹 縫像的寬度應(yīng)由調(diào)整螺釘9調(diào)節(jié)到約為分劃板上十字絲寬度的 3倍c. 以望遠(yuǎn)鏡分劃板為基準(zhǔn)，調(diào)整螺釘，使狹縫像處在視場(chǎng)中心，與十字 線重合。 調(diào)整棱鏡棱邊與儀器主軸平行 關(guān)掉鈉光燈，接上望遠(yuǎn)鏡燈源，使被測(cè)棱鏡的折射棱與度盤轉(zhuǎn)軸平行， 這是 校正的最后一步，又能用調(diào)整螺釘分別對(duì)棱鏡的兩工作面進(jìn)行調(diào)整， 使兩工 作面在望遠(yuǎn)鏡的自準(zhǔn)直像與目鏡十字線呈對(duì)稱， 為了便于調(diào)整應(yīng)把棱鏡置于 與螺釘對(duì)稱的位置。第二步：棱鏡頂角a的測(cè)量 棱鏡放在

5、承物臺(tái)上，用自準(zhǔn)直法分別使棱鏡的兩個(gè)折射面與自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的 光軸垂直，兩次度盤讀數(shù)之差值，即為棱鏡頂角的互補(bǔ)角值，即第三步：最小偏向角 丄的測(cè)量關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡光源，打開鈉光燈光源，用望遠(yuǎn)鏡測(cè)定經(jīng)棱鏡折射的狹縫像， 當(dāng)棱鏡隨著棱鏡臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)（游標(biāo)盤與棱鏡臺(tái)用螺釘6固定在一起轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)，在 望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)的狹縫像相對(duì)十字線移動(dòng)， 因望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)有限，為了能始終看到 狹縫像，每當(dāng)狹縫像移動(dòng)到視場(chǎng)邊緣時(shí)， 望遠(yuǎn)鏡也作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)棱鏡發(fā) 一定方向轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的現(xiàn)象，即原來沿一定方向移動(dòng)的 狹縫像此時(shí)突然停止，若再轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡臺(tái)則狹縫像沿與原方向相反的方向移 動(dòng)。在狹縫像突然停止時(shí)刻的棱鏡位置，即為光束經(jīng)棱

6、鏡后最小偏向折射的 位置，此時(shí)從度盤上用游標(biāo)讀取讀數(shù) B1。轉(zhuǎn)動(dòng)承物臺(tái)棱鏡，以頂角 A的另 一面對(duì)向平行平板，用相同方法測(cè)定出最小偏向角位置，讀取游標(biāo)讀數(shù)B2,兩次讀數(shù)之差即為最小偏向角 二值的2倍，即這樣就提高了測(cè)量精度。平面系統(tǒng)成像特性1. 實(shí)驗(yàn)裝置從氦氖激光器射出的水平激光束，經(jīng)平面鏡反射后折轉(zhuǎn) 90度垂直向上，再 經(jīng)柱面鏡擴(kuò)束，成為一扇形光束經(jīng)介質(zhì)膜分束器中的介質(zhì)膜分光鏡反射后， 又成 水平方面扇形光束與演示屏垂直相交， 從而在演示屏上顯示出光束的徑跡， 在度 盤孔內(nèi)插下各種光學(xué)零件后，就可以做各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)。演示儀主要由激光器、擴(kuò)束器、分束器，演示屏，附件夾持架和其他附件組 成。激光管

7、和電源都安裝在底座里，演示屏、擴(kuò)束器和附件夾持架裝在底座上， 分束器裝在演示屏的左側(cè)，夾持架裝在演示屏的右側(cè)，在演示屏的中間還有一只 度盤6,它可以轉(zhuǎn)動(dòng)，中間有一只圓孔，用來插放各種光學(xué)零件或組件。2. 實(shí)驗(yàn)原理 利用氦氖激光器發(fā)出的紅色細(xì)光束，經(jīng)柱面擴(kuò)束鏡后為一扇形平面光束， 直接射向平行平板或各種棱鏡上，就能直觀地觀察到光束在各面上的折反 射情況。 稍稍退出柱面擴(kuò)束器，在底座上放置裝有圓擴(kuò)束器的支架及裝有指標(biāo)的支 架，并把被測(cè)棱鏡置于右側(cè)的夾持器上，對(duì)著出射光線的方向能觀察到各 種棱鏡的轉(zhuǎn)像情況。3. 實(shí)驗(yàn)步驟 接上220V電源，然后順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)開關(guān)到第一檔，在正常情況下，激 光管發(fā)射出

8、紅色激光束，若由于電壓過低，激光管不能啟輝，可轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān) 到第二檔，再不行可用第三檔。 調(diào)整擴(kuò)束器，擴(kuò)束器可在座內(nèi)前后移動(dòng)，以使擴(kuò)展后的光束基本上落在分 光鏡上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光線徑跡， 如果不需要擴(kuò)束， 只需把擴(kuò)束器稍稍退出。 調(diào)整分束器，這是用來將光線分束的裝置，根據(jù)需要將光線分成二束、三束、四束或五束。這時(shí)就要使用不同面數(shù)的介質(zhì)膜分光鏡。為了使分束后的各條光線亮度均勻，每塊介質(zhì)膜分光鏡的反射率是一樣的。分光鏡可以 繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以在演示屏上得到各種不同位置的光線途徑，也可以根據(jù)需要使分束后的光線成為平行光線、會(huì)聚光束或發(fā)散光束。在調(diào)整時(shí)，應(yīng)先擰松固緊鏍釘，然后轉(zhuǎn)動(dòng)

9、分光鏡到需要位置，然后再擰緊固緊 螺釘。整個(gè)分束器座可繞兩頂尖螺釘子的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)分光鏡和演示 屏之間的傾角，從而可調(diào)節(jié)演示屏上光線的長(zhǎng)度和亮度。 調(diào)節(jié)時(shí)，只需轉(zhuǎn) 動(dòng)分束器座上的調(diào)節(jié)螺釘即可，整個(gè)分束器座可沿演示屏上的槽作上下移 動(dòng)以適應(yīng)各種需要。轉(zhuǎn)動(dòng)分束器的上、下兩只頂尖螺釘上的鎖緊螺母松開、 退出，然后轉(zhuǎn)動(dòng)上下兩只頂尖螺釘，一只退，一只進(jìn)，注意不要將螺釘頂 得過緊，以免損壞零件。 分別把各光學(xué)組件插入度盤中間的圓孔， 組件可相對(duì)于度盤轉(zhuǎn)動(dòng)，以固定 在適當(dāng)位置。度盤可連同光學(xué)組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn) 物鏡焦距、截距的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼枚ń咕嗥叫泄夤芊y(cè)量光學(xué)系統(tǒng)焦距、截距的方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

10、掌握測(cè)量方法，做好測(cè)量前的準(zhǔn)備工作，測(cè)量給定的照相物鏡、望遠(yuǎn)物 鏡和顯微物鏡的象方焦距和截距、物方焦距和截距。三、實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高，相對(duì)誤差一般在 1 %以下，是目前常用的方法，其測(cè)量原 理如圖1 1其中0是平行光管物鏡，L是被測(cè)透鏡，yo是位于平行光管物鏡焦平面 上的一對(duì)刻線的間隔距離。yo經(jīng)過平行光管物鏡后成像在無限遠(yuǎn)處，再經(jīng)過被測(cè) 透鏡L后，在它的焦平面上得到y(tǒng)o的像y。這種方法的原理就是通過測(cè)量像 y 的大小，然后計(jì)算出被測(cè)透鏡的焦距。從圖1 1看出下面兩個(gè)關(guān)系式:用作圖成像的方法很容易得出:w = w，因此可以得

11、即:八磴(11)這就是用定焦距平行光管法測(cè)定焦距所用的公式，其中fO是平行光管物鏡的焦距，是已知的。丫0是位于平行光管物鏡焦平面處的分劃板上的一對(duì)刻 線的間隔距離，它的大小也是事先已知的。丫是這對(duì)刻線yO經(jīng)過被測(cè)透鏡后所成的像，如果能測(cè)量出此像y的大小，那么就很容易用公式（1 1 ）計(jì)算出被 測(cè)透鏡的焦距f 。利用本公式及方法，可以測(cè)量正負(fù)透鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡、放映物鏡，各種目鏡的焦距。應(yīng)當(dāng)注意要正確選擇測(cè)量顯微鏡的物鏡， 使之與被測(cè)光學(xué) 系統(tǒng)相匹配。如測(cè)負(fù)焦距系統(tǒng)使要選擇長(zhǎng)工作距的顯微物鏡。 這是因顯微物鏡的 倍率不同，故（1 1）式變化如下(1 2)式中：B測(cè)量顯微鏡放大倍數(shù)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)

12、備焦距儀、待測(cè)物鏡（照相物鏡、照相物鏡、顯微物鏡）1圖1-2 焦距儀結(jié)構(gòu)示意圖圖1-3玻羅板1. 平行光管2.透鏡夾持器3.測(cè)微目鏡測(cè)量焦距用的焦距儀如圖1-2所示，它包括一個(gè)平行光管、一個(gè)透鏡夾持器、一個(gè)帶有目鏡的讀數(shù)顯微鏡和把它們連在一起的一根帶有長(zhǎng)度刻尺的導(dǎo)軌組成1 平行光管常用的平行光管物鏡的焦距有 550mm 1000mn和2000mn等。位于物鏡物方焦平 面上可更換的分劃板的形式很多、其中用于測(cè)量焦距的分劃板稱為玻羅板，圖1-3所示的是550mn焦距儀所用的玻羅板，板上刻有5組間隔不同的平行線，它 們的間距分別為1、2、4、10和20mm焦距為1口時(shí)（997.47mm平行光管上玻璃

13、 板的間隔為5、10、20mm。2. 帶測(cè)微目鏡的讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡是用來測(cè)量待測(cè)物鏡所成像高 y的，它由物鏡和測(cè)微物鏡組成，物 鏡放大倍率可以更換，一般有 0.5、1、2.5和5倍等。測(cè)微目鏡的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，是由目鏡、固定分劃板、活動(dòng)分劃板和螺旋測(cè)微讀數(shù)裝置四部分組成。測(cè)微絲杠轉(zhuǎn)一圈，活動(dòng)分劃板上刻線移動(dòng)量為固定分劃板刻線的一格。通常測(cè)微 螺旋的螺距S是0.251mm讀數(shù)鼓輪一圈等分為100格，格值為S/100。固定 分劃板上有若干等分刻線，其格值與螺距相符?；顒?dòng)分劃板上刻有瞄準(zhǔn)用的雙刻 線和叉絲線。測(cè)量時(shí)由測(cè)微絲杠推動(dòng)活動(dòng)分劃板， 使雙刻線和叉絲線對(duì)準(zhǔn)所選的 起始刻線，從固定分劃板

14、上讀毫米數(shù)，再從讀數(shù)鼓輪上讀取微小讀數(shù)，然后將雙 刻線和叉絲線對(duì)準(zhǔn)最終刻線，依法讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為起始到終點(diǎn)的刻線距 離。1.目鏡2.固定分劃板3.活動(dòng)分劃板4.螺旋測(cè)微讀數(shù)裝置五、實(shí)驗(yàn)步驟1.將平行光管（1）接通電源，注意選用低壓變壓器。2.將被測(cè)的光學(xué)透鏡夾在透鏡夾持器（2）上。3選擇好測(cè)量顯微鏡的倍率并裝在顯微鏡上。4調(diào)整平行管、被測(cè)件、測(cè)量顯微鏡基本同軸。5調(diào)節(jié)測(cè)量顯微鏡，使之在視場(chǎng)中能清楚地看到目鏡分劃板的像，同時(shí)調(diào)到也 能看到平行光管玻羅板上的像。6用測(cè)微目鏡對(duì)選定的一組刻線讀數(shù)，首先對(duì)準(zhǔn)該刻線左邊一條（右邊也可）， 讀得一個(gè)數(shù)，再對(duì)準(zhǔn)另一條，讀得一個(gè)數(shù)，兩個(gè)讀數(shù)之差即為該組刻線經(jīng)被測(cè)物 鏡所成像之大小，重復(fù)讀三遍，取平均值。7將測(cè)得的數(shù)代入公式（1 1）計(jì)算出被測(cè)光學(xué)透鏡焦距f 來。8截距測(cè)量：截距是被測(cè)物鏡后表面到該物鏡所成像面間的距離。在測(cè)焦距的同時(shí)，利用光具座導(dǎo)軌上長(zhǎng)刻度尺測(cè)出被測(cè)物鏡的截平行光管圖15截距測(cè)量示意圖在測(cè)焦距時(shí)，測(cè)量顯微鏡是調(diào)焦在被