工程光学本科实验讲义

工程光学实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院

前言

工程光学实验室是光学专业的专业基础实验室。计划于2012年建成并投入使用，每次可容纳40人进行实验。

对应的实验课程由应用光学实验和物理光学实验两部分组成，是其相应两门理论课程的配套实验室，学生通过实验可获得较完整的光学知识、光学基本理论、基本技能，以进一步学习光信息技术、现代光电子技术的各门课程打下基础。本实验室主要完成《工程光学》课程的实验环节。目前，工程光学实验室初步建设完成2个应用光学实验，3个物理光学实验。

应用光学实验包括薄透镜焦距的测量、显微镜和望远镜的特性研究2个实验；物理光学实验包括等厚干涉、多光束等倾干涉（法布里-珀罗干涉仪）、偏振3个基本实验。带*号的内容为选作实验环节。

2011-12

光学实验守则

1．请准时进入实验室，保持室内卫生，与实验无关的位物品不准带入实验室。2．要认真预习实验内容，按老师的要求做好实验预习报告，无预习者不得做实验。实验后按要求、按时完成实验报告。

3．实验时首先检查所用仪器设备是否齐全完好，了解仪器正确使用方法。不了解仪器的结构和操作方法时不得动用仪器设备。

4．接通电源时，应注意电源电压，要正确选用仪器所需的相应变压器。防止损坏仪器及触电的危险。

5．避免直视激光等强光源，眼睛尽量不要停留在与光源平高的位置，以免带来不必要的伤害；

6．绝对禁止用手指和不洁物品触摸或擦拭光学零件表面。

7．不得随意动用与本次实验无关的仪器，损坏仪器者要按学校规定赔偿。

8．实验完毕，请整理好仪器设备及室内卫生，经老师检查后方能离开实验室。

实验预习要求

1．实验内容：实验目的和老师提出的要求。

2．实验仪器：所使用的仪器和光学物镜。

3．实验原理：实验光路图及公式。

4．实验方法和步骤。

5．实验结果分析。

6．思考题回答。

7．对本实验提出改进意见。

实验报告内容（上交）

班级：学号：姓名：

1．实际实验光路和步骤简述。

2. 实验数据记录.

3．实验结果分析以及结论。

4．思考题回答。

5．对本实验提出改进意见。

备注: 实验报告可以打印或者手写，实验报告上交时间：实验完成后的两周内。

日期：年月日

目录

实验一薄透镜焦距的测量 (6)

实验二望远镜和显微镜实验 (12)

实验三偏振现象的观测和分析 (18)

附录-实际教学光路图 (27)

实验一 薄透镜焦距的测量

透镜是各类光学仪器和光学实验的基本光学元件实验目的，掌握透镜的成像规律，学习光路分析和调整技术，对于了解光学仪器的构造、使用及进行光学设计等有很大的帮助。

作为透镜的重要参数之一，焦距指的是透镜主点到焦点的距离。物体经透镜成像的位置及状态（大小、虚实、正反）均与焦距相关。焦距值测量的准确度主要取决于主点、焦点定位的准确度。对于不同的透镜而言，精确测焦有不同的要求。通过本实验学生可以了解透镜焦距测量的各种方法，以及测量所需的基本仪器和可能达到的准确度，并比较各种测量方法的优缺点；与此同时，学生可通过本实验学会对简单光路的分析和共轴光路的调节方法。

一、 实验目的

1 掌握几种测量薄透镜焦距的方法，加深对物像公式及薄透镜成像规律的了解。 2

初步掌握光学系统的调节方法。

二、 实验仪器

白炽灯，带叉丝的十字形光阑（或带有透明箭头的黑屏等充当物）、待测薄透镜（凸及凹）、接收屏、刻度尺、平面镜、光具座、导轨、平行光管或焦距仪、读数显微镜等。

三、 实验原理

1、

远物法（利用平行光）测焦距

无限远处的物体（如太阳、树木、灯光等）发出的光线近似看作平行光，经待测透镜进行成像，其像由接收屏接收。根据物像公式：

f l l '

=-'1

11（需要与教材对应起来） （1-1）

可知，物距l 趋于无穷大时对应的像距l ＇即为薄透镜的像方焦距f ＇（简称焦距）。因此，只要将透镜面向远方物体，使其在与镜面平行的接收屏上呈现清晰的像，用刻度尺量出透镜中心至屏的距离，即为薄透镜的焦距。

该测量方法简便迅速，但不够精确。实验过程中也可以用物距f l '>20来近似为无限远的物体。

2、 利用物像公式求焦距

该方法可在简易光具座上实现。

把光源、物（如十字光阑、或带有透明箭头的黑屏等）、透镜和接收屏依次放在实验平台的导轨上，利用目视法将它们的中心调成大致等高；然后采用远物法粗测被测透镜的焦距大小，取物平面与透镜的间距大于透镜焦距的条件；当以光源照明物体时，物体将经透镜进行成像，沿导轨前后移动透镜，直至在接收屏上呈现物体清晰的像；调节像的中心与透镜中心等高；利用导轨上的刻线，读取物平面到透镜的距离（即物距l ）、以及接收屏到透镜的距离（即像距l ＇），根据物像公式（1-1）可推出：

ll f l l '

'=

'-

（1-2）

因为薄透镜的厚度远小于其球面半径。可以认为它的两个主点与透镜中心重合在一起，只要测出物、像距，就可以根据公式（1-2）推出焦距。 3、

共轭法测焦距（又称贝塞尔法、或两次成像法）

此方法使用的光学元件与物像公式法相同。

当物、像间距L 保持在一固定值，并且L >f '4时，前后移动透镜可以在接收屏上得到两次清晰的实像，此为共轭法测焦的基本原理。如图1.1所示：

图 1.1 共轭法测凸透镜焦距

在透镜位置1处可以得到放大的实像，在透镜位置2处可以得到缩小的实像；若透镜的两次成像的位置间距为d ，根据物像公式（1-1）可得待测透镜的焦距：

L

d L f 42

2-=' （1-3）

共轭法得到的焦距在理论上是比较准确的，因为它不需测量物距、像距，从而避免测量物距、像距时，以透镜中心为原点而非以主点为准所带来的误差。 4、

自准直法测焦距（实验测量）

1l -2

l -2l '

1l '