工程光学本科实验讲义
1工程光学讲稿(球面)
（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比和入射角的大小无关，只与两种
介质的折射率有关。折射定律可表示为:
siInn' 或nsiIn n'siIn ' siIn ' n
I I''
n
在折射定律中，若令n’ = -n,则得到反射定律，因此 n'
I'
可将反射定律看成是折射定律的一个特例。根据这一特点
，在光线反射的情况下，只要令 n’ = -n，所有折射光线传播的计算均适
1工程光学讲稿 (球面)
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上篇 几何光学与成像理论
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一节 几何光学的基本定律 第二节 成像的基本概念与完善成像条件 第三节 光路计算与近轴光学系统 第四节 球面光学成像系统
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一、光学 - 简介
光学真正形成一门科学，应该 从建立反射定律和折射定律的时代 算起，这两个定律奠定了几何光学 的基础。 光学 - 定义
费马原理：
B
s A ndl
dl A
光线从一点传播到另一点，无论经过多少次折射和反射，其
光程为极值（极大、极小、常量），也就是说光是沿着光程为极
值的路径传播。
利用费马原理，可以导出光的直线传播定律和反射、折射定17 律。
利用费马原理证明反射定律 设：A为点光源（x1，0，z1）
B为接受光源（x2，0，z2） P为光线的入射点（x，y，0） 由费马原理求光程的极值得：
合反射光线。
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例题：一个圆柱形空筒高16cm，直径12cm。人眼若在离筒侧某处能见到筒 底侧的深度为9cm；当筒盛满液体时，则人眼在原处恰能看到筒侧底。求该 液体的折射率。
工程光学实验报告讲诉
工程光学实验报告最小偏向角法测棱镜折射率1.测量原理从几何光学可知，棱镜的玻璃折射率n与棱镜顶角A及最小偏向角之间有如下的关系：在不同波长的单色光照明下，在分光仪上测得A和，即可利用上式求得不同波长的玻璃折射率。
2.实验仪器设备①分光仪：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理进行角度测量的仪器。
它主要由下列几个部分组成：自准直望远镜，平行光管，载物台，度盘和游标盘。
望远镜通过支臂与度盘固定在一起，组成仪器的照准部。
它与游标盘和棱镜台可分别绕度盘的垂直轴旋转，转过的角度由游标盘和度盘读出（游标精度为1’，度盘每格值为30’），每次读数要在对径方向上二个游标上读数，然后取其平均值，这样可消除度盘的偏心误差，且要在度盘的三个不同位置上读数，以消除度盘的刻度误差，轴的晃动误差等，仪器上各运动部分备有锁紧、微动和调整装置的螺钉。
②光源：a.用钠光灯作照明光源测量D光折射率，钠光谱线λ=0.6328μ。
b.自准直望远镜照明光源为6.3伏白炽灯及变压器。
3.实验步骤第一步：调整：①接上光源b；②目镜调焦；③望远镜调焦，用自准直法将目镜分划板正确地调焦在物镜焦面上，即使望远镜物镜对无穷远调焦；a.粗调望远镜光轴，使其位置适中（通过上、下、左、右调节螺钉）；b.棱镜台上放一平行平板玻璃，工作面正对望远镜，观察目镜分划板上十字丝与反射回来的像是否同时清晰，若不同时清晰，则移动目镜镜管，直至同时清晰为目。
④使望远镜瞄准轴与度盘轴相互垂直；当用平行平板使望远镜调焦无穷远时，则锁紧螺钉6，使棱镜台与游标盘连在一起，通过目镜观察分划板上十字丝和其反射像水平线是否精确对称，若不对称则用半修法校正（即不对称量由望远镜和棱镜台各负责校正一半），它可通过调整螺钉达到，然后将棱镜台连同游标盘带平行平板转过去180度，再重复上述步骤校正偏差，通过反复进行，逐次趋近，直到平行平板无论哪一个面正对望远镜，十字线和反射回来的像都对称为止，这说明望远镜瞄准轴与度盘旋转轴已垂直，以后的工作过程中，不允许再调节望远镜的调节螺旋。
《工程光学实验》迈克尔逊干涉仪
《工程光学实验》迈克尔逊干涉仪一、实验目的1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法;2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律;3．测量空气的折射率。
二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、激光器、扩束镜、观察屏、小孔光阑三.实验原理用激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板P1和P2上后就将光分成了两束分别射到M1和M2上，反射后通过Pl 、P2就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。
产生干涉条纹的条件,如图所示，B 、C是两个相干点光源,则到A点的光程差。
若在A点出产生了亮条纹，则 2dcosi=N (N 为亮条纹的级数），因为i和k均为不可测的量.所以取其差值，即入四、实验步骤1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜Pl 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。
2、调节M2的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。
3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在P!分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。
没有的话重复2、3步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。
4、微调M是干涉图案处于显示屏的中间。
5、转动微量读数鼓轮，使M1移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。
记下当前位置的读数d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进30 次则记一次数据,共记录10 次数据即d。
. d:… ds。
五、实验数据冒进或缩进的条纹数△N M2的位置读数d50 50.0009 0.0801 0.0032672 50 50.0214 0.080150 50.0419 0.082150 50.0604 0.084150 50.0810 0.082050 50.1021 △d=0.08168 50 50.124050 50.144550 50.163050 50.1870。
工程光学(1)_实验讲义
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能；2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。
常用光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常用的光源可分为以下几类：1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。
2）热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。
实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：、），汞灯（主要谱线：、、、、、、、）3）激光光源v1.0 可编辑可修改激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写： LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。
激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。
它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。
①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。
光学设计性实验讲义
普通物理实验光学设计性实验讲义物理学专业用目录光学设计性实验绪论实验一光具组基点的测定。
实验二反射全息。
实验三偏振光分析。
实验四测量空气折射率。
实验五玻璃折射率的测定。
光学设计性实验绪论一、实验教学目的及任务1、实验教学目的光学设计性实验课程是高等院校物理专业最基本的实训研究课，它对于培养学生的动手实践能力，启发学生思维，培养良好的科学素质，及严谨求实的科学作风、创新精神，提高进行科学实验工作的综合能力，包括实际动手能力、分析判断能力、独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力等起着极其重要的作用。
设计性物理实验的教学目的，是在学生具有一定实验能力的基础上，通过独立分析问题、解决问题，使学生把知识转化为能力，为作毕业设计，写科研成果报告和学术论文，作初步训练。
这对激发学生的创造性和深入研究的探索精神，培养科学实验能力，提高综合素质有重要作用。
2、课程的主要任务设计性实验，就是应用物理思想研究合理的实验程序和方法，研究如何合理控制各因素在实验中的条件和参量，以得出最好的测量结果。
设计性实验还研究在各种条件下存在最佳方案的可能性，并研究如何得出最佳方案。
学生做设计性实验是一种创造性劳动，他们必须利用所学的专业知识和实验技能，根据实验任务自己搜集资料，设计实验方案、选配仪器，调节测量完成实验，分析结果，写出报告，整个过程具有一定的探索性。
二、本实验课的基本理论与实验技术知识本实验课的基本理论是光学理论。
实验技术知识包括方案设计、光路设计、仪器选择、步骤安排、参量选取、故障分析、数据处理和结果评论等。
三、实验内容及具体要求1、选择实验项目，了解实验课题，明确工作任务，熟悉仪器。
2、查阅有关资料，画出必要的原理图，推导出有关的理论公式。
通过分析与比较，选择出能够满足实验要求的最佳实验方案。
3、通过对测量仪器和误差传递公式的研究，对实验方法进行分析，确定出最合适的测量方法和测量条件，确定出数据处理方法。
4、写出一份合格的实验设计方案，对实验方法进行分析。
工程光学实验讲义样本
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂, 精密, 它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的, 因此, 掌握一些常见的光学元器件的结构, 光学性能、特点和使用方法, 对于安排实验光路系统时, 正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能;2)掌握基本光路调试技术, 主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理3.1光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括: 光源, 光学元件, 接收器等。
3.1.1常见光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分, 对于不同的观测目的, 常需选用合适的光源, 如在干涉测量技术中一般应使用单色光源, 而在白光干涉时又需用能谱连续的光源( 白炽灯) ; 在一些实验中, 对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常见的光源可分为以下几类:1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热, 使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源, 它的发光光谱是连续的,分布在红外光、可见光到紫外光范围内, 其中红外成分居多, 紫外成分很少, 光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种: 普通灯泡, 汽车灯泡, 卤钨灯。
2) 热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同, 必须经过镇流器接入220V点源, 它是使电流经过气体而发光的光源。
实验中最常见的单色光源主要包括以下两种: 纳光灯( 主要谱线: 589.3nm、589.6nm) , 汞灯( 主要谱线: 623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm)3) 激光光源激光( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, 缩写: LASER), 是指经过辐射的受激辐射而实现光放大, 即受激辐射的光放大。
工程光学实验指导
实验一物镜焦距、截距的测定一、实验目的掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法二、实验内容掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。
三、实验原理测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。
图1－1焦距截距的测定原理图其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。
y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。
这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。
从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出：w=w`（1－1）这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。
Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。
Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。
利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。
应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。
如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。
这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下（1－2）式中：β――――――测量显微镜放大倍数四、实验设备焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜）焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。
图1－2焦距仪结构示意图1.平行光管、2.透镜夹持器、3.测微目镜组成1．平行光管本实验采用的平行光管物镜的焦距为550mm。
工程光学完整课件1上课讲义
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
天体
遥远的距离
观察者
光线
发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发 光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传 播方向。
光束
一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光 向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位 相同的点构成的面
称为波面。
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播
方向，波面上的法线束称为光束。
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
va vb
重点：几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿 直线传播。
二、光的独立传播定律
不同的光源发出的光线在空间某点相遇 时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光 的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后 ，各个光束按原方向传播。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
工程光学讲稿(平面)(完整)课件
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
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总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
《工程光学》实验报告完整版(含答案)
本科生实验报告实验课程工程光学学院名称核技术与自动化工程学院专业名称测控技术与仪器学生姓名苏语稻香学生学号指导教师实验地点6C803实验成绩二〇一八年四月二〇一八年六月填写说明1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；3、格式要求：①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。
字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。
③具体要求：题目（二号黑体居中）；摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)；正文部分采用三级标题；第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。
实验一透镜焦距测量和光学系统基点的测定一、实验目的1.掌握简单光路的分析和调整方法。
2.了解、掌握自准法、位移法测量凸透镜焦距的原理及方法。
3.了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。
二、实验任务1.自准法测薄凸透镜焦距f2.用位移法测薄凸透镜焦距f3.测量透镜组节点和焦距。
三、实验内容1.自准法测薄凸透镜焦距f1.1实验原理将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像A´B´。
光学实验讲义
光学实验讲义实验⼀薄透镜参数的测定引⾔：透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的⼀个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(⼤⼩、虚实、倒⽴) 以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，⽐较各种测量⽅法的优缺点，为今后正确使⽤光学仪器打下良好的基础。
[实验⽬的]1.学会测量透镜焦距的⼏种⽅法。
2.掌握简单光路的分析和光学元件同轴等⾼的调节⽅法。
3.熟悉光学实验的操作规则实验原理：薄透镜是指透镜中⼼厚度d ⽐透镜焦距f ⼩很多的透镜。
透镜分为两⼤类：⼀类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作⽤，焦距越短，会聚本领越⼤；另⼀类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作⽤，焦距越短，发散本领越⼤。
透镜的焦距测量⽤到的成像公式是⾼斯公式：fp p 111=-'⼀、凸透镜焦距的测定：透镜的焦距测量主要⽤到⾼斯公式计算焦距1.粗略估测法：以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点(或像)，此时，p →∞，s’≈f’，即该点(或像)可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼(光⼼)的距离，即为凸透镜的焦距，此法的测量误差约在10％左右。
由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。
2.利⽤物像公式求焦距：根据(1)式，则薄透镜焦距为'''ss s s f f -=-= (2)如图1所⽰，若在实验中分别测出物距s 和像距s′，即可⽤式(2)求出该透镜的焦距f 。
但应注意:测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
3.⾃准法：如图2所⽰，在待测透镜L 的⼀侧放置被光源照明的“1”字形物屏AB ，在另⼀侧放⼀与主光轴垂直的平⾯反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物屏AB 上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。
再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平⾯上，即原物屏平⾯上，形成⼀个与原物⼤⼩相等⽅向相反的倒⽴实像A′B′。
工程光学实验指导讲义2010.11.25_HJH
具体结构有：
(1)平行光管：放置于光源和光栅之间，作用是获得均匀的平行光束以 照亮光栅产生莫尔条纹。 (2)光栅掩膜板：两块，分别是连接在被测物上的标尺光栅G和固定不 动的指示光栅G，两者配合产生莫尔条纹。 (3)光电转换器：放置在G后的光电转换元件E与一个整形放大电流的组 合装置。接收并转换条纹信号。 (4)计数器：输出或显示装置，计量条纹变化的个数。 (5)测量杆：测量杆与导轨的滑块及标尺光栅G连接在一起，测量物体 的长度。
Jh.huang@
实验3 莫尔光栅计量实验*
测量内容和步骤：
(1)照亮掩膜板： A 点亮激光源; B 调节平行光管; C 调整掩膜板与光束垂直。 (2)检查计数器： A 打开计数器的电源; B 将计数器复位（按复零按钮）。 (3)检查测量杆： A 检查测量杆的灵敏度; B 连接被测物体。 (4)以上准备工作完成后，移动工件，记录条纹变化的个数，计算结 果。
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实验2 最小偏向角法测量折射率
实验步骤
测量前的调整:将仪器完全按照实验指导书中的“仪器调整”中所述的方法调整好。 测量顶角: （1）取下平行平板，放上被测棱镜，适当调整工作台高度，用自准直法观察，使AB面 和AC面都垂直于望远镜光轴； （2）调好游标盘的位置，使游标盘在测量过程中不被平行光管或望远镜挡住，锁紧制 动架（二）和游标盘、载物台和游标盘的止动螺钉； （3）使望远镜对准AB面，锁紧转座与度盘、制动架（一）和底座的止动螺钉； （4）旋转制动架（一）末端上的调节螺钉，对望远镜进行微调（旋转），使亮十字与 十字丝完全重合； （5）记下对径方向上游标所指示的度盘的两个读数，取其平均值Am； （6）放松制动架（一）与底座上的止动螺钉，旋转望远镜，使对准AC面，锁紧制动架 （一）和底座上的止动螺钉； （7）重复4）和5）得到平均值Bm； （8）计算顶角： 1800 ( Bm Am ) 重复测量三次，求得平均值。
《工程光学实验》衍射实验
《工程光学实验》衍射实验
一、实验目的
1.观察单缝衍射现象，了解其特点。
2.测量单缝衍射时的相对光强分布。
3.利用光强分布图形计算单缝宽度。
二、实验仪器
激光器、衍射狭缝、光具座、白屏、光电探头、光功率计。
三、实验原理
波长为入的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，将得到单缝衍射图样，即一组平行于狭缝的明暗相间条纹。
单缝衍射图样的暗纹中心满足条件:
式中，x为暗纹中心在接收屏上的×轴坐标，f为单缝到接收屏的距离;a为单缝的宽度，k为暗纹级数。
在±1级暗纹间为中央明条纹。
中间明条纹最亮，其宽度约为其他明纹宽度的两倍。
实验装置示意图如图1所示。
图1实验装置示意图
光电探头（即硅光电池探测器）是光电转换元件。
当光照射到光电探头表面时在光电探头的上下两表面产生电势差△U，AU的大小与入射光强成线性关系。
光电探头与光电流放大器连接形成回路，回路中电流的大小与U成正比。
因此，通过电流的大小就可以反映出入射到光电探头的光强大小。
四、数据处理。
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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 '=-'111（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：Ld L f 422-=' （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 -2l -2l '1l '假设发光点与透镜共轴放置，将发光点B 放置在凸透镜的物方焦点F 上（如图1.2），那么它发出的光由透镜作用变换成一束平行光；若采用一个与主光轴垂直的平面镜M ，将从透镜出射的平行光再反射回去，则反射光将被透镜作用重新会聚于物方焦点上，这就是自准直法的基本原理。
图1.2 自准直法测量光路若在透镜的物方焦平面上放置物体AB ，仔细调节透镜与物的距离，由自准直法得到AB 的像A ＇B ＇仍在焦平面上，并且是与原物大小相等、呈倒立的实像。
此时，物与透镜间的距离即为透镜的焦距。
此方法测焦距在实用上是最简便的，光学实验中也经常用此方法调平行光。
5、用平行光管测焦距（实验测量）平行光管主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装校和调整其他光学系统的重要工具之一 ，也是光学度量仪器的重要组成部分。
若配用不同的分划板，并选用读数显微镜或测微目镜 ，可以测定光学系统的焦距、分辨率及其成像质量。
光源发出的光经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划板。
当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的无穷远处 ，即由平行光管发出的光是平行光束。
A A 'B 'Bf 'F 'f-O MLF图1.3 平行光管的外形图图1.4 平行光管的光路图1 - 光 源：在平行光管中，利用白炽灯作为光源2 - 毛玻璃：由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此需要通过毛玻璃将其转换成均匀的面光源照射分划板。
3 - 分划板：，玻罗板（或者十字叉丝、鉴别率板、星点板）4 - 物 镜：平行光管物镜图1.5玻罗板刻线图玻罗板：分划板上用真空镀膜的方法镀上五组线对，各线对间距名义值分别是：1mm ，2mm ，4mm ，10mm ，20mm 。
测焦原理如下：光路如图1.6所示，由物（高度为y ）发出的光经平行光管物镜L 后成为平行光，再经待测透镜L x 后成像在焦平面上，像高y ＇。
则由图1.6可得，00tan ,tan ,tan tan x y f y f ωωωω'===则：x y f f y'=（1-4）上式中，f 为平行光管物镜的焦距，其数值已经标在管上（标称值为550mm ）；y 为玻罗板上所选的某一对平行线的线距，其数值已经标在管上，单位为mm ；y ＇为测微物目镜测得的同一对平行线的像的距离，单位为mm ；f x 为待测凸透镜的焦距。
图1.6光路图具体测量方法如下：1、将将已知刻线对的玻罗板置于平行光管的物镜焦平面上，待测透镜放置于透镜夹持器中，并调整透镜、平行光管及测量显微镜三者光轴共轴。
2、微调显微镜，并用测量显微镜对该玻罗板的线对进行调焦，直至视场中出现清晰的像，选择玻罗板的其中一对刻线作为物y，测量出物的像的大小y4、将'y代入到公式（1-4）中，即可求出待测透镜的焦距。
此种测量透镜焦距的方法测量误差较小，精度较高，当待测透镜像质较好、且测量显微镜的实际利用的数值孔径不太小时，可达到更好的效果。
6、凹透镜焦距的测量*值得注意的是以上几种方法仅适用于正透镜的测量，如果待测透镜为负透镜，则需要借助正透镜与负透镜组成一透镜组来加以测量。
四、实验步骤1、用自准直法测薄透镜焦距；2、用平行光管测薄透镜焦距。
五、实验数据测量次数玻罗板刻线间距象左刻线读数象右刻线读数像距透镜焦距1 2六、思考题1、能否用自准直法测凹透镜的焦距，试画出其光路原理图？2、使用共轭法测量凸透镜焦距时，若凸透镜的光心与滑块上的可先不在垂直于导轨的同一平面内，对实验结果有无影响？为什么？3、请证明：用共轭法测焦距时，物像间距必须大于4f，成放大的像时的物距应等于成缩小像时的像距。
4、除了几何光学的方法之外，能否用物理光学的方法测定薄透镜的焦距，试举两例说明其原理。
5、如何确保平行光管、待测物镜与测量显微镜三者共轴？6、当精密测焦距时，对平行光管及测量显微镜有哪些要求？实验二望远镜和显微镜实验望远镜和显微镜都是用途广泛的助视光学仪器。
望远镜主要用于帮助人眼观察远处的目标，显微镜主要用于帮助人眼观察近处的微小物体。
它们基本的工作原理是，物体通过这些仪器后，其像对人眼的张角要远大于直接观察物体时对人眼的张角，通过视角放大的作用实现助视的功能。
一、实验目的1、学会自准法和共轭法测薄透镜的焦距。
2、了解望远镜和显微镜的构造及其原理。
3、测量望远镜和显微镜的放大率。
二、实验仪器白光光源、凸透镜3~5个（不同焦距）、反射镜、物屏、像屏、标尺、光具座、半透半反镜等。
三、实验原理1、望远镜放大率的测量原理望远镜可用于观测远处的物体。
最简单的望远镜由两个凸透镜组成。
其中，焦距较长的为物镜，焦距较短的透镜。
通常，被观测物体离物镜的距离远大于物镜的焦距（l >>2f o）。
物体通过物镜后，将在物镜的后焦面附近形成一个倒立的缩小实像。
此实像比原物小，但与原物相比，大大的接近了与眼睛的距离，从而实现增大视角的作用，可以通过目镜对实像进行再次放大。
由目镜所成的像可在明视距离到无限远处之间的任何位置上。