光學(xué)試驗教學(xué)大綱-蘭州大學(xué)物理學(xué)院

10光學(xué)試驗課程教學(xué)大綱一、課程說明課程名稱：一般物理光學(xué)試驗課程性質(zhì)：必修學(xué) 分：4〔二〕課程簡介、目標與任務(wù)；〔力熱試驗、電磁學(xué)試驗，對物理試驗的根本原理、方法和手段有了初步的了解以后，本課程下堅實的根底?！踩诚刃拚n程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的規(guī)律關(guān)系和內(nèi)容連接；試驗方法、原理及儀器有相當(dāng)程度的把握。〔四〕教材與主要參考書。教 等，根底物理試驗，蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2023.主要參考書：楊葭蓀譯，光學(xué)原理，北京：科學(xué)出版社，1978.鐘錫華，現(xiàn)代光學(xué)根底，北京：北京大學(xué)出版社，2023.2023.朱鶴年，概念物理測量引論，北京：高等教育出版社，2023.二、課程內(nèi)容與安排〔一〕教學(xué)方法與學(xué)時安排題目。必修每個試驗44時。〔二〕內(nèi)容及根本要求緒論課：光學(xué)試驗根底學(xué)問試驗一：薄透鏡主焦距的測定1、把握薄透鏡焦距測定的根本原理和方法，學(xué)會在光具座上的各光學(xué)元件的共軸調(diào)整；2、把握透鏡的成像性質(zhì)；3、了解視差在光學(xué)試驗中的應(yīng)用。光學(xué)導(dǎo)軌、光具座、白光光源〔含濾光片及毛玻璃、光屏、平面鏡、被測透鏡等。透鏡成像規(guī)律，自準原理，共軸調(diào)整，推斷誤差、系統(tǒng)誤差及其消退；像缺，偽像，視差法及其應(yīng)用。1、兩次成像法調(diào)整光具座上各光學(xué)元件共軸；2、自準法、位移法測量正透鏡的焦距；3、視差法、組合法測量負透鏡的焦距；4、成像規(guī)律爭論。試驗二：分光計的調(diào)整與使用1、了解分光計的構(gòu)造和各部件的使用；2、把握分光計的調(diào)整要求和調(diào)整方法；3、學(xué)會用分光計測量角度。分光計〔含平面鏡、鈉光燈、三棱鏡等。光譜儀器的根本構(gòu)造、分光計的根本組成，分光計的調(diào)整要求及其調(diào)整原理，視度、聚焦、自準、共軸、視差法等光學(xué)試驗根本調(diào)整方法在分光計調(diào)整中的應(yīng)用，漸近法、降維調(diào)整，角度測量方法，投影誤差、偏心差及其消退方法。1、用漸近法調(diào)整分光計；2、自準法測量三棱鏡的頂角；3、反射法測量三棱鏡的頂角。試驗三：用分光計測量物質(zhì)的折射率1、學(xué)會用最小偏向角法和折射極限法測量物質(zhì)的折射率；2、進一步嫻熟分光計的調(diào)整和使用。分光計〔含平面鏡、鈉光燈、三棱鏡、毛玻璃、滴瓶等。最小偏向角法，折射極限法，常用折射計的構(gòu)造及原理。1、用最小偏向角法測量三棱鏡折射率；2、用折射極限法測量三棱鏡的折射率；3、用折射極限法測量蒸餾水的折射率。試驗四：牛頓環(huán)1、把握用牛頓環(huán)測定透鏡曲率半徑的方法；2、通過試驗加深對等厚干預(yù)原理的理解；讀數(shù)顯微鏡、鈉光燈、牛頓環(huán)儀、計算機自動采集系統(tǒng)。等厚干預(yù)、牛頓環(huán)及其特點、光學(xué)檢測、半波損、逐差法、讀數(shù)顯微鏡的使用、回程差、試驗中各種誤差來源及消退〔減小〕方法。1、通過測量牛頓環(huán)直徑計算透鏡曲率半徑；2、透鏡凸面偏離球面的檢測。試驗五：邁克爾遜干預(yù)儀〔一〕1、了解邁克爾遜干預(yù)儀的構(gòu)造并把握其調(diào)整方法；2He-Ne激光波長；3、觀看等傾干預(yù)條紋；4NaNaD雙線波長差。邁克爾遜干預(yù)儀、光學(xué)導(dǎo)軌及光具座、短焦距透鏡、毛玻璃屏、升降臺、鈉光燈等。邁克爾遜干預(yù)儀構(gòu)造及根本調(diào)整方法，等傾干預(yù)，波長及光譜精細構(gòu)造測量方法。1、調(diào)出并觀看非定域干預(yù)條紋；2He-Ne激光波長；3、調(diào)出等傾干預(yù)條紋觀看條紋隨光程差的變化規(guī)律；4Na光雙線波長差。試驗六：邁克爾遜干預(yù)儀〔二〕1、觀看等厚干預(yù)條紋、白光干預(yù)條紋；2、學(xué)會利用M-干預(yù)儀測定透亮物體厚度和氣體折射率；3、加深對相干長度和相干時間概念的理解。邁克爾遜干預(yù)儀、光學(xué)導(dǎo)軌及光具座、短焦距透鏡、毛玻璃屏、升降臺、白熾燈、鈉光燈、蓋玻片、氣室等。等厚干預(yù)，定域面，白光干預(yù)，準確測長、氣體折射率測量的一般方法，相干長度及其測量方法。1、調(diào)整并觀看等厚干預(yù)條紋；2、觀看白光干預(yù)條紋；3、測量固體薄片厚度；4、測量空氣折射率；5、測量Na光的相干長度。試驗七：衍射光柵1、了解光柵的分光原理；2、觀看光柵光譜的特點；3、測定光柵常數(shù)、角色散率和色區(qū)分本領(lǐng)；4、復(fù)習(xí)分光計的調(diào)整和使用。分光計〔含平面鏡、水銀燈、光柵等。光柵及其類型，光柵常數(shù)，光柵光譜，光柵方程，分光本領(lǐng)，角色散、色區(qū)分，瑞利判據(jù)，最小偏向角法，波長測量。1、調(diào)整并觀看衍射光柵光譜；2、測定光柵常數(shù)及角色散本領(lǐng)；3、測定光波波長及色區(qū)分本領(lǐng)；4、觀看棱鏡光譜，并比較光柵光譜與棱鏡光譜的各自特點；5、用最小偏向角法測量光波長。試驗八：全息照相1、了解全息照相的原理；3、把握拍攝全息圖和在現(xiàn)物波前的方法。全息臺、光具座、激光光源、定時曝光器、分束鏡、反射鏡、光屏、透鏡、小物體、全息干板等。全息術(shù)的一般原理及其主要應(yīng)用，離軸全息光路安排，成功拍攝全息圖要保證的根本條件，全息照相與一般照相的主要區(qū)分。1、布置光路并拍攝全息圖；2、暗室處理〔顯影、定影〕獲得全息照片；3、再現(xiàn)原物立體像。試驗九：全息光柵了解全息光柵的制作原理；把握擴束、準直的調(diào)整方法；學(xué)會自制滿足確定要求的全息光柵。全息臺、光具座、激光光源、定時曝光器、分束鏡、反射鏡、光屏、透鏡等。全息光柵制作原理，光路調(diào)整要求，準直、共軸、平行的調(diào)整及推斷，曝光及沖洗留意事項。1、安排光路拍攝全息光柵潛像；2、暗室處理〔顯影、定影、漂白〕獲得全息光柵；3、在分光計上測量光柵常數(shù)并分析偏差緣由。試驗十：阿貝成像原理與空間濾波1、了解阿貝成像原理，傅立葉變換在光學(xué)成像系統(tǒng)中的應(yīng)用；3、加深對光學(xué)空間頻譜和空間濾波概念的理解。光學(xué)導(dǎo)軌、光具座、激光光源、減光片、透鏡、濾波器、光屏、白光光源、θ調(diào)制板等。阿貝成像原理、傅立葉光學(xué)、空間濾波、顯色濾波。1、阿貝成像原理試驗；2、高頻濾波；3、低頻濾波；4、θ調(diào)制試驗。試驗十一：光偏振的根本現(xiàn)象1、觀看光的偏振現(xiàn)象；2、加深對菲涅耳公式的理解；3、了解產(chǎn)生和檢驗偏振光的根本方法；4、觀看雙折射現(xiàn)象。光學(xué)平臺、光具座、偏振片、波片、激光光源、光屏等。光的各種宏觀偏振態(tài)及其產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和檢驗，馬呂斯定律、布儒斯特定律，產(chǎn)生線偏振光的幾種試驗方法，常用偏振器件，雙折射現(xiàn)象，偏振光的干預(yù)，顯色偏振，光測彈性。驗證布儒斯特定律；1、驗證菲涅耳公式；2、觀看雙折射現(xiàn)象；3、觀看偏振光的干預(yù)現(xiàn)象；4、產(chǎn)生和檢驗光的各種偏振狀態(tài)；5、顯色偏振。試驗十二：光電效應(yīng)1、通過光電管I-U特性曲線的測定，生疏光電效應(yīng)的規(guī)律；2、了解光的量子性，測定金屬的紅限頻率；3、驗證愛因斯坦光電效應(yīng)，測定普朗克常數(shù)。光電效應(yīng)試驗系統(tǒng)、水銀燈、干預(yù)濾波片、減光片等。光電效應(yīng)的根本試驗規(guī)律，減速電位法測量原理，暗電流、反向飽和電流及陰極氧化的影響，拐點法、交點法，干預(yù)濾光，光電效應(yīng)試驗裝置操作留意事項。1、觀測并記錄光電管暗電流；2、測量光電管的伏安特性3、處理數(shù)據(jù)，獲得金屬紅限頻率及普朗克常量。試驗十三：光通訊與激光竊聽1、了解光傳輸信號的一般原理及方法;2、把握激光監(jiān)聽的原理及根本裝置。光通訊試驗系統(tǒng)光通訊的根本原理、裝置，光電轉(zhuǎn)換，激光監(jiān)聽原理，監(jiān)聽光路安排要求。1、給定光源通訊的比照爭論;2、信號傳輸；3、安排調(diào)試光路獲得監(jiān)聽信號；4、爭論監(jiān)聽效果與光路各參數(shù)之間的關(guān)系。試驗十四：數(shù)字全息1、了解數(shù)字全息術(shù)的根本原理；2、把握一些簡潔的全息干推測量方法；3、深入訓(xùn)練光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整。數(shù)字全息試驗儀維形貌測量、物體形變測量、粒子場測試、數(shù)字全息顯微、防偽、三維圖像識別、醫(yī)學(xué)診斷透射式數(shù)字全息、反射式數(shù)字全息、溫度場測量、應(yīng)力場測量、物體微小位移形變測量。試驗十五：相襯法了解相襯法的根本原理、生疏相襯顯微鏡的使用。相襯顯微鏡、透亮樣品等。傅立葉光學(xué)、濾波、相襯法、相襯顯微鏡。自行設(shè)計試驗內(nèi)容。試驗十六：光學(xué)傳遞函數(shù)與像質(zhì)評價1、深入了解光學(xué)傳遞函數(shù)的根本理論；2、了解光學(xué)傳遞函數(shù)測量的根本原理；3、把握傳遞函數(shù)的測量和像質(zhì)評價的根本方法。光學(xué)傳遞測量系統(tǒng)像質(zhì)評價、光學(xué)傳遞函數(shù)、MTF曲線。自行設(shè)計試驗內(nèi)容。試驗十七：自組裝顯微鏡與望遠鏡1、了解助視儀器的根本構(gòu)造及原理;2、把握簡潔的顯微鏡與望遠鏡的組裝技術(shù)。光學(xué)平臺、光具座、透鏡、白光光源、分化板、半透半反鏡、平面鏡、光屏等。顯微鏡望遠鏡的設(shè)計原理，色差、像差，顯微鏡的區(qū)分本領(lǐng)、望遠鏡的區(qū)分本領(lǐng)。1、組裝簡潔的顯微鏡及望遠鏡并測量其放大率;2、爭論助視儀器成像及放大率與各參數(shù)之間的關(guān)系。試驗十八：光的衍射1、學(xué)習(xí)光學(xué)平臺上的試驗光路的安排與調(diào)整；2、了解利用計算機自動把握測量光強的原理和方法；3、加深對衍射現(xiàn)象的理解。衍射光強記錄儀、衍射元件。衍射、衍射光強分布、光強測量。1、在光學(xué)平臺上進展光路的組裝和調(diào)整；2、生疏自動把握程序的使用；3、觀看并測量不同元件產(chǎn)生的衍射圖樣的光強分布譜并與理論值進展比較。試驗十九：光偏振的定量爭論1、觀看光的偏振現(xiàn)象穩(wěn)固理論學(xué)問；2、利用偏光器件對光的偏振性質(zhì)進展定量測量和鑒別。光學(xué)平臺、偏振器件、計算機自動采集系統(tǒng)。在《光偏振的根本現(xiàn)象》試驗根底上進展定量測量，生疏計算機自動光強測量的裝置及方法。1、共軸調(diào)整；2、檢驗光源的線偏振性；3、驗證馬呂斯定律；4、1/4波片及其工作參數(shù)的測量；5、1/2波片及其工作參數(shù)的測量。試驗二十：暗室技術(shù)1、了解照相、放大、翻拍機的根本構(gòu)造和原理，并把握其使用方法；2、初步把握拍照、沖印和放大的根本操作；3、了解照片質(zhì)量同底片，曝光、沖顯影時間之間的關(guān)系。暗室、翻拍機、像紙等。照相的根本原理，曝光量、光圈、快門、景深，感光材料、潛像，顯影、定影，像質(zhì)與各參量之間的關(guān)系。1、拍攝實物或翻拍圖片；2、沖洗底片；3、調(diào)整不同參數(shù)沖洗至少兩張相片并對其效果做出比較分析。試驗廿一：阿貝折射計1、了解阿貝折射計的構(gòu)造原理；2、學(xué)會利用阿貝折射計測量物質(zhì)折射率。阿貝折射計、待測固體、蒸餾水、酒精、溴代萘等。折射極限法，折射計。1、用標準物質(zhì)的折射率校準阿貝折射計讀數(shù)；2、測定液體〔溶液〕的折射率3、測定透亮固體塊的折射率。試驗廿二：光柵光譜儀1、了解光柵光譜儀的根本構(gòu)造和工作原理;2、學(xué)會利用光譜儀測定物質(zhì)的光吸取譜光柵光譜儀、樣品。光譜儀、光譜采集、光譜分析。1、生疏光譜記錄程序的操作，把握光吸取譜測量的方法；2、測定給定樣品的光吸取譜。試驗廿三：多光束的干預(yù)〔F-P干預(yù)儀〕1、把握多光束干預(yù)的原理;F-P干預(yù)儀的調(diào)整方法,觀看干預(yù)銳環(huán)；2、測量F-P干預(yù)儀的幾個光學(xué)參量。F-P干推測量系統(tǒng)。多光束干預(yù)、F-P干預(yù)儀。1、調(diào)整F-P干預(yù)儀獲得干預(yù)圓條紋,觀看細銳干預(yù)環(huán);2、測量鏡面間距,中心小數(shù)序；3、測量干預(yù)儀的區(qū)分本領(lǐng)及光譜范圍。試驗廿四：點光源的干預(yù)1、了解干推測量的根本原理;2、學(xué)習(xí)簡潔的點光源干預(yù)法測量的原理及方法激光光源、玻璃板、小孔光闌、多維調(diào)整架等。干推測量。1、安排調(diào)整點光源干預(yù)法測量的根本光路;2、測量平行板的厚度差;3、爭論測量誤差與光路參數(shù)設(shè)置之間的關(guān)系。試驗廿五：色度學(xué)試驗1、了解色度學(xué)的根本概念、原理及方法；2、把握各種樣品的主波長測量的方法。WGS-9型色度試驗系統(tǒng)、待測樣品色度、三刺激值。1、透過率及發(fā)光體的測量；2、反射率的測量。試驗廿六：平行光的產(chǎn)生和檢驗1、了解光學(xué)系統(tǒng)主要部件的設(shè)計原理，生疏其調(diào)整系統(tǒng)；2、學(xué)習(xí)擴束準直系統(tǒng)的調(diào)整和使用；3、學(xué)習(xí)平行光束的調(diào)整檢驗方法。鹵素?zé)?、分束鏡、反射鏡、擴束及準直透鏡、針孔濾波器、平晶等。擴束系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、像差、濾波器、組合透鏡1、擴束準直系統(tǒng)的調(diào)整；2、濾波器調(diào)整；3、平行光的產(chǎn)生和檢驗；試驗廿七：透鏡組基點的測定1、了解透鏡組基點的一般特性；2、測定透鏡組的幾點和焦距；3、驗證單透鏡的基點與透鏡組基點之間的關(guān)系。平行光管、節(jié)點調(diào)整器、測距顯微鏡、光具座、待測透鏡等透鏡組、基點。1、調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)共軸；2、測定像方焦距；3、測定物方焦距；4、繪圖表示透鏡組的主平面及基點位置。試驗廿八：楊氏雙縫13、測量光源波長。鈉燈、透鏡、光具座、測微狹縫、雙縫、測微目鏡等。相干條件、雙光束干預(yù)及其裝置、干預(yù)反比關(guān)系、干預(yù)條紋的分布及變換規(guī)律。1、調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)；2、測量鈉光波長。試驗廿九：自組裝邁克爾遜干預(yù)儀1、生疏邁克爾遜干預(yù)的構(gòu)造；2、訓(xùn)練光路的調(diào)整；3、了解干預(yù)法測量折射率的原理及方法。光學(xué)平臺、光具座、分束鏡、平面鏡、氣室、光屏等。邁克爾遜干預(yù)儀、干預(yù)法測量折射率。1、組裝調(diào)整簡潔形式的邁克爾遜干預(yù)儀；2、干預(yù)法測量空氣折射率。試驗三十：菲涅爾雙棱鏡1、觀看雙棱鏡的干預(yù)現(xiàn)象；2、測定光波長；3、把握測微目鏡的使用方法。鈉光燈、測微單縫、雙棱鏡、薄透鏡、測微目鏡、光學(xué)導(dǎo)軌及光具座、計算機自動采集系統(tǒng)。相干條件、雙光束干預(yù)及其裝置、干預(yù)反比關(guān)系、干預(yù)條紋的分布及變換規(guī)律。12、測定光源波長。試驗三一：透鏡像差的觀看1、觀看透鏡的像差；2、了解像差產(chǎn)生的緣由。具座、白熾燈、透鏡、濾光片、孔徑光闌、物標、坐標紙等。像差、色差、透鏡組。112345試驗三二：光電探測原理綜合試驗爭論光電檢測器件的根本特性。光電探測原理綜合試驗儀、光敏電阻，光敏二極管，光敏三極管，硅光電池，APD光電二極管，PIN光電二極管，色敏光電二極管等。光電轉(zhuǎn)化。1、工作原理和構(gòu)造認知試驗2、暗電阻、暗電流，亮電阻、亮電流測試試驗3、光電流，伏安特性，光電特性，時間響應(yīng)特性，光譜特性測試試驗。試驗三三：信息光學(xué)綜合試驗了解信息光學(xué)的根本原理、方法。信息光學(xué)綜合試驗系統(tǒng)?！窘虒W(xué)要求】：衍射、干預(yù)、阿貝成像原理、濾波、編碼調(diào)制、全息術(shù)、光信息存儲。菲涅耳衍射與針孔濾波試驗；夫良和費衍射試驗。馬赫曾德干預(yù)系統(tǒng)；自組麥克爾遜干預(yù)儀觀看干預(yù)現(xiàn)象；薩格奈特干預(yù)儀的搭建；各種全息光柵的制作；光柵參數(shù)特性爭論；光學(xué)圖象想減；利用復(fù)合光柵實現(xiàn)光學(xué)微分處理；θ調(diào)制及偽彩色編碼調(diào)制；阿貝成像原理與空間濾；。全息照相：反射式全息、透射式全息、彩虹全息；激光散斑測量；實時聯(lián)合傅立葉相關(guān)識別；光信息存儲。試驗三四：太陽能電池特性爭論了解太陽能電池的根本構(gòu)造、工作原理及其光電特性。光學(xué)導(dǎo)軌、太陽能電池板附件。光電轉(zhuǎn)化及存儲、光電池的工作原理。1、測量入射到太陽能電池板上的光功率、太陽能電池的開路電壓、短路電流。2、繪制太陽能電池的開路電壓、短路電流隨入射光功率的變化曲線以及太陽能電池伏安特性曲2、繪制太陽能電池的開路電壓、短路電