平行光管的調(diào)節(jié)與使用

1、2.24 平行光管的調(diào)節(jié)與使用目的1了解平行光管的構(gòu)造及原理;2掌握平行光管的調(diào)節(jié)方法;3學(xué)會使用平行光管測量透鏡焦距及分辨率的方法.儀器及用具550型平行光管、可調(diào)式平面反射鏡、分劃板一套(包括十字分劃板、玻羅板、分辨率板和星點板)、測微目鏡及待測透鏡.實驗原理一、 平行光管的結(jié)構(gòu)12345678910圖2.24-1 1.可調(diào)式反射鏡;2.物鏡;3.分劃板;4.光闌;5.分光板;6.目鏡;7.出射光瞳;8.聚光鏡;9.光源;10.十字螺釘.平行光管主要是用來產(chǎn)生平行光束的,它是校驗和調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具,也是重要的光學(xué)量度儀器.若配用不同的分劃板及測微目鏡或讀數(shù)顯微鏡,可測定和檢驗透鏡或透

2、鏡組的焦距、分辨率及其成像質(zhì)量實驗室中常用的CPG550型平行光管,附有高斯目鏡和可調(diào)式平面反射鏡,其光路圖如圖2.24-1所示.由光源發(fā)出的光,經(jīng)分光板后照亮分劃板,而分劃板被調(diào)節(jié)在物鏡的焦平面上.因此,分劃板的像將成于無窮遠(yuǎn),即平行光管發(fā)出的是平行光束,可用高斯目鏡根據(jù)自準(zhǔn)直原理來檢驗.二、平行光管的規(guī)格及附件1平行光管:焦距f為550mm(名義值),使用時按實測值.口徑D=55mm,相對孔徑D: f=1:10.2高斯目鏡:焦距為44mm,放大倍率5.7.(a)(b)12345610111516202122232425(c)(d)圖2.24-2 分劃板3分劃板:圖2.24-2(a)為十字分

3、劃板,其作用是用來調(diào)焦和光路共軸的.圖2.24-2(b)為玻羅板,它與測微目鏡或顯微鏡組組合,用來測定透鏡或透鏡組的焦距. 玻羅板的玻璃基板上,用真空鍍膜的方法鍍有五組線對,各組線對之間距離的名義值分別為1.000mm;2.000mm;4.000mm;10.000mm和20.000mm,使用時應(yīng)以出廠的實測值為準(zhǔn).圖2.24-2(c)為分辨率板,該板有兩種(號、3號),可以用來檢驗物鏡和物鏡組件的分辨率,板上有25個圖案單元,對于2號板,從第1單元到第25單元每單元條紋寬度由20遞減至5,而3號板則由40遞減至10m.圖2.24-2(d)為星點板,星點直徑0.05mm,通過光學(xué)系統(tǒng)后產(chǎn)生該星點

4、的衍射花樣,根據(jù)花樣的形狀可以定性檢查系統(tǒng)成像質(zhì)量的好壞.實驗內(nèi)容一、 平行光管的調(diào)節(jié)為了正確使用平行光管和確保平行光管的出射光線嚴(yán)格平行,必須在使用前對平行光管進行調(diào)節(jié).(一)調(diào)節(jié)要求1使十字分劃板嚴(yán)格處于物鏡的焦平面上.2使十字分劃板十字線中心同平行光管的光軸相重合.(二)調(diào)節(jié)步驟1將儀器按圖2.24-1所示放置.2調(diào)節(jié)目鏡,使在目鏡中能清楚地觀察到十字分劃板的十字線.3調(diào)節(jié)平面反射鏡,使平行光管射出的光束返回平行光管,即在目鏡視場中能見到十字叉絲的反射像且與物像重合.4細(xì)心調(diào)節(jié)分劃板座的前后位置,在目鏡中不僅能同時清楚地看到十字線并且與反射回來的像無視差.這時分劃板已基本調(diào)整在物鏡的焦平

5、面上了.(為什么?)5松開平行光管的十字螺釘,將平行光管繞光軸轉(zhuǎn)過180度,若分劃板十字線的物與像不重合,這說明十字線中心同光軸不重合.6分別調(diào)節(jié)平面反射鏡及分劃板座中心調(diào)節(jié)螺釘,兩者各調(diào)一半,使分劃板十字線的物與像重合.7重復(fù)步驟5和6,反復(fù)調(diào)節(jié)直到轉(zhuǎn)動平行光管時,十字線的物與像始終重合.至此,平行光管已調(diào)節(jié)完畢.二、 測定透鏡的焦距波羅板y-ffx-yFLLX平行光管物鏡待測透鏡圖2.24-3(一)原理如果平行光管已調(diào)節(jié)好,并使玻羅板位于物鏡L的焦平面上,那么,從玻羅板出射的光,經(jīng)物鏡L后變成平行光,平行光通過待測透鏡Lx后,將在Lx的第二焦平面F上會聚成像,其光路如圖2.24-3所示,因

6、而玻羅板上的線對必然成像于F面上.由圖2.24-3可以得到待測透鏡的焦距為光源玻羅板平行光管待測透鏡測微目鏡圖2.24-4式中y是玻羅板上所選用線對間距的實測值,y是玻羅板上對應(yīng)像的間距的實測值,f是平行光管物鏡第二焦距的實測值.(二)步驟1將平行光管中的分劃板換成玻羅板,并調(diào)節(jié)使之位于平行光管物鏡的焦平面上.按圖2.24-4放置好平行光管、待測透鏡及測微目鏡,并使之共軸,測微目鏡放在待測透鏡第二焦平面附近.2沿光軸前后移動透鏡,使在測微目鏡中看到清楚的玻羅板線對的像.3選用玻羅板上的不同線對,用測微目鏡測出玻羅板線對像的間距y,重復(fù)三次,取平均值,計算待測透鏡的焦距.三、測透鏡的分辨率(一)

7、原理分辨率(或分辨本領(lǐng))是指光學(xué)系統(tǒng)能夠分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力,它是光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的綜合性指標(biāo).按照幾何光學(xué)的原理,任何靠近的兩個物點,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成的像也應(yīng)該是兩個“點”.但這是不可能的,因為即使光學(xué)系統(tǒng)無像差,由于光的衍射作用,一個物點的像不再是一個“點”，而是一組衍射花樣.根據(jù)衍射理論,一個透鏡的分辨率用它能夠分辨兩組衍射花樣的最小角距離表示.若D為透鏡孔徑,為光波波長,則最小角距離為 如圖2.24-4所示,若將分辨率板置于平行光管的物鏡焦平面上,那么,在待測透鏡的第二焦平面附近,將得到分辨率板的像.用測微目鏡觀察此像,待測透鏡的質(zhì)量越高,觀察到的能分辨的單元號碼就越高,找出分辨率板上剛

8、能分辨的單元號碼,然后按下式計算透鏡可分辨的最小角距離式中2a為相鄰兩條刻線的間距,a為刻紋寬度(單位毫米,由附表可以查得), f為平行光管焦距的實測值(二)測量分辨率的方法1如圖2.24-4所示,安排好儀器,將玻羅板換3號分辨率板.2調(diào)節(jié)各光學(xué)元件,使之共軸,并將測微目鏡放置在待鏡的第二焦平面附近.3沿光軸前后移動透鏡,使測微目鏡中能夠看到分辨率板的像,并讀出分辨率板上剛能被分辨的單元號碼.查閱附表,計算出.4測出透鏡的孔徑D,由(2.24-2)式計算與由(2.24-3)式測得的進行比較(取=550.0nm).思考題1平行光管是怎樣產(chǎn)生平行光束的?2平行光管調(diào)節(jié)的具體要求是什么?附表 分辨率板條紋寬度及最小分辨角(3號分辨率板)單元號單元中每一組的條紋數(shù)條紋寬度(m)當(dāng)平行光管f=550時最小分辨率角 (秒)1440.030.002437.828.353435.626.704533.625.205531.723.786530.022.507628.321.238626.720.039625.218.9010723.817.8511722.516.8812821.215.9013820.015.0014918.914.18