光学实验 - 2011

光 学 实 验

湖北汽车工业学院

目 录

实验1 光学仪器光路设计与调试............................................................................ 1 实验2 衍射光栅特性研究和光栅单色仪光路设计.......................... 6 实验3 阿贝成像、空间滤波和?调制实验 ............................................... 13 实验4 光衍射的定量研究 ............................................................................................... 19 实验5 紫外—可见光光谱分析................................................................................. 24 实验6 偏振光研究 .................................................................................................................... 28 实验7 椭偏仪测量薄膜厚度 ........................................................................................ 39 实验8 光栅光谱仪测钠双线和氢氘光谱 .................................................... 45 实验9 OMA研究氢原子光谱.......................................................................................... 47 实验10 F-P干涉仪测钠双线波长差................................................................. 50 实验11 声光效应 ........................................................................................................................ 53 实验12 单光子计数 ................................................................................................................. 60 实验13 光学信息处理系统实验 ............................................................................. 65 实验14 光学彩色编码摄影 ........................................................................................... 68

实验1 光学仪器光路设计与调试

【实验目的】

1．掌握望远系统、显微系统、投影系统的光路原理及其实验装置原理。 2．了解望远镜、显微镜、投影仪的基本结构及三种光学仪器的光学特性。

3．能够熟练使用光学实验装置搭建光路系统并调试，掌握一种用实验方法解决实际光学问题的能力。 4．能够对实验结果的成败进行分析总结，并加以修正。

一.自组望远镜 【实验仪器】

1．标尺 2．物镜L0(f0'?225mm) 3．二维架（SZ?07） 4．目镜 （fe'?45mm） 5．二维调节架（SZ?01） 6．三维平移底座（SZ?01） 7．二维平移底座（SZ?02）

【实验原理】

望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔??0。当用在观测有限距离的物体时，两系统的光学间隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认为望远镜是由间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。这样平行光入射望远系统后，仍以平行光出射，如图1-1所示。望远系统的垂轴放大率根据相似三角关系为通过望远系统读取的数据与实际的数据的比值。

??y'''y?fef'o （1-1）

在测量垂轴放大率的时候就是利用这个原理 。

【实验内容】

1．在光学平台上按图1-2组成开普勒望远镜，调节目镜和物镜同轴等高，向约3m远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的E字（距离d1?5cm）。

2．当一只眼观察红色指标时，用另一只眼睛直接注视标尺，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，测三次得出放大的红色指标内直观标尺的长度d2。

3．求出望远镜的测量放大率??d2d1，并与计算放大率f0?fe?作比较。

4．在物距S?100f0时移动标尺，使物距分别为S?2m,1.8m,1.6m，求出对应的?'。

图1-1 望远镜系统光学原理图

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图1-2 望远镜光路及观测原理

【数据处理】

标尺放在有限距离S处时，望远镜放大率?'需作修正：?'??S(S?f0)

S 2 1.8 1.6

d2 d2 ? ?? 【注意事项】

1．做实验过程中不能用手或其它东西触摸镜片； 2．光学零件的底座不能随便的在光学平台上滑动； 3．光学零件使用后应放回原位并且要轻拿轻放。

【思考题】

1．为什么说望远镜的放大率与物体的位置无关？ 2．如何调整望远镜的物镜、目镜共轴？

3．像的垂轴放大率与仪器的视放大率有什么不同?

二.自组显微镜 【实验仪器】

1．小照明光源S(GY?20,低亮度) 2．干版架（SZ?12） 3．微尺M1（110mm） 4．二维

'架（SZ?07）或透镜架 （SZ?08） 5．物镜L0（f0?45mm） 6．二维架（SZ?07） 7．三'?维调节架（SZ?16） 8．目镜Le（fe?29mm）9．45玻璃架(SZ?45) 10．升降调节座（SZ?03）

11．双棱镜架（SZ?41）12．毫米尺M2（l?30mm） 13．三维平移底座（SZ?01） 14．三维平移底座（SZ?01） 15．升降调节座（SZ?03） 16．通用底座（SZ?04）17．白光源（GY?6A）

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【实验原理】

显微镜是人们用以观察微小物体和认识微观世界的重要手段及工具，是一种极为重要的目视光学仪器。其基本组成是显微物镜和目镜两大部分，见图1-3。

图1-3 显微镜系统光学原理图

目镜的作用和放大镜一样，不同的只是眼睛通过目镜看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的、已经放大了一次的像。被观察的目标经显微镜光学系统成像而被放大，由于先后经显微镜物镜和目镜光组的两次放大，所以显微镜的放大率?显应是显微镜物镜放大率?和目镜放大率?目的乘积：

?显＝??目＝-??250f物f目'' （1-2）

式中?为显微镜的光学筒长，f物?为显微镜物镜的焦距，f目?为目镜的焦距。

图1-4 显微镜光路及结构原理图

【实验内容】

显微镜光路及结构组成见图1-4，自L0之前属于显微物镜系统，自Le之后属于显微目镜系统。 1．在光学平台上按光路图1?4布置各器件，调等高同轴。 2．将透镜L0与Le的距离定为24cm。

3．沿米尺移动靠近光源毛玻璃的微尺，从显微镜系统中得到微尺放大像。

4．在Le之后置一与光轴成45角的平玻璃板，距离此玻璃板25cm处置一白光源照明的毫米尺M2

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