应用光学实验

2、虚物、虚像：由实际光线的延长线相交而成的。
实象可由人眼或接收器（屏幕、CCD、底片、光电倍增管等）所接收；
虚像不可以被接收器所接收，但是却可以被人眼所观察。
3、物空间、像空间
物所在的空间称为物空间；像所在的空间叫像空间。无论是物空间还是像空间都是无限延伸的，不能机械的以左右划分。
实验二镜头基点的测定
（4） 然后把针孔放到滤波器上，先稍许移动垂直和左右方向的调节手轮，直接观察针孔小眼，使针孔处小亮点最亮；再调节前后方向的手轮，使得物镜不断靠近针孔。
（5） 待有光斑出现后，不断重复第4步，使光斑的亮度逐渐增加，在光屏上观察到同心的亮暗衍射环。
（6） 最后再沿三个方向微调，使中央亮斑半径不断扩大，亮度逐渐增加，直至最亮最均匀为止。
如图，物体AB放在望远镜前方与F0相距为d的地方（F0为望远镜物镜L0
的前焦点），AB经物镜L0成中间像A/B/。由图可知，AB/A/B/=d /
所以
.
960年,梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器.现在被广泛用于各个行业
激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布
激光器的分类:
(1)气体激光器——He-Ne激光器,Ar离子激光器
(2)液体激光器——染料激光器
(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器
本套实验方案的选择的激光器是气体型He-Ne内腔式激光器,波长为632.8nm的红光，功率2mW。个别实验中还会用到白光点光源。
一．引言
每个厚透镜及共轴球面透镜组都有六个基点。即两个焦点 , ；两个主点 ,
；两个节点 , .
二． 实验目的
1．了解透镜组的基点的一般特性
2．学习测定光具组基点和焦距的方法
三． 基本原理
（１）主面和主点
若将物体垂直于系统的光轴，放置在第一主点H处，则必成一个与物体同样大小的正立的像于第二主点H＇处，即主点是横向放大率β＝＋１的一对共轭点。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一和第二主面，如图1中的MH和M＇H＇。
（２）节点和节面
节点是角放大率γ=+1的一对共轭点。入射光线（或其延长线）通过第一节点N时，出射光线（或其延长线）必通过第二节点N＇，并于N的入射光线平行（如图5—4—5）。过节点垂直于主光轴的平面分别称为第一和第二节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。
（３）焦点、焦面
平行于系统主轴的平行光束，经系统折射后与主轴的交点F＇称为像方焦点；过F＇垂直于主轴的平面称为像方焦面。第二主点H＇到像方焦点F＇的距离，称为系统的像方焦距f＇。此外，还有物方焦点F及焦面和焦距f。
在调节中要注意光斑变化的和准直镜移动方向的关系，从而很快达到粗调的效果
⑶细调1，如有条件，可以选用平晶进行细调。把平晶放到准直镜后，使光线反射到挡板上，可以观察到干涉条纹
⑷细调2，左右微移动准直镜，观察挡板条纹的变化，找出规律，并使条纹的数目减少，最后在挡板上只剩下，一条或半条条纹，这时从准直镜出来的光线就是平行光。
⑵光学元件
①分束镜:
分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将激光束分为两束，在干涉仪系统组装的实验中可产生两束有一定夹角的相干波，在全息制作实验中可产生参考光和物体的物光光波。分束镜一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。
②扩束器(扩束镜):
图示过程为：调节透镜杆的高度，使得光斑中心与透镜架上的中心小圆孔在同一高度。
第二步细调，即移动透镜，当两次成像中心重合即达到共轴，若不重合，须视情况，针对性地调节各光学元件，直至两次成像的中心重合。如果系统有两个以上的透镜，先加入一个透镜调节共轴，然后再依次加入透镜，使每次所加透镜都与原系统共轴。
反射镜的调节方法类似。
三．基本原理
(一)、光学实验仪器概述:
主要含：
激光光源，光学元件，观察屏或信息记录介质
1. 激光光源;
激光器即Laser(Light Amplification by stimulated emission of radiation)，原意是利用受激辐射实现光的放大．然而实际上的激光器,一般不是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。
3、光学信息的记录介质
主要用在全息类实验中。包括两大类,一类银盐感光材料，另一类非银盐感光材料，其中非银盐感光材料又包括，重铬酸盐明胶、光致聚合物等材料。银盐感光材料灵敏度高，但是衍射效率低。非银盐感光材料响应速度快，能及时的记录和显示，材料分辨率高，有些材料能多次反复使用，不用贵金银，免除了暗室的显影定影操作，加工过程简便快速，但灵敏度低。它们各有优缺点，而且不同的非银盐感光材料的性能也是不一样的。
⑴防震平台
光学实验需要一个稳定的工作平台。特别是对于全息图制作实验，由于是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化，就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于十分之一波长。
影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动，如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重1000～2000kg的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，记录全息图时室内不要通风，工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。
因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以加大光束的发散角。通常可用20倍、40倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜。本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器。
③双凸透镜:
准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜之功能均可使用不同内径和焦距的双凸透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜.(因为它们会使观察或记录图像产生噪声)
(三)、调节平行光：
⑴调整扩束镜，准直镜共轴，
⑵粗调，把准直镜放到一定位置使扩束镜处于准直镜的前焦面上，然后在准直镜后放一挡板，不断前后纵向移动挡板，观察挡板上圆形光斑的到大小是不是发生变化，如果发生变化，就再前后移动准直镜的位置，再前后移动挡板，观察圆形光斑的大小，如果变化，重复以上工作，直到光斑大小不发目的
1、掌握针孔滤波器的调节；
2、掌握平行光和共轴的调节；
3、根据自组望远镜的过程，研究实验现象。
4、学习使用望远镜测量距离的方法；
5、学习测定望远镜放大倍数的方法；
6、理解分辨本领的含义，测量望远镜的分辨本领。
实验设备与条件
实验工作平台、氦氖激光器，针空滤波器，准直镜，望远物镜(焦距大约为80mm、150mm、200mm)、目镜（焦距大约为80mm、150mm、200mm）、物、接收屏、平面反射镜、毛玻璃、白屏、多个磁力表座等。
(二)、共轴调节：
光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜成像，为了获得较好的像，必须使各个透镜的主光轴重合（即共轴），并使物体位于透镜的主光轴附近。另外，为了最大限度利用激光扩束后的面光源，所有透镜的主轴都需要大致通过光斑中心，才能获得清晰的像。
共轴调节使物、屏的中心处在透镜光轴上，并使各光学元件共轴，达到共轴能保证近轴光线的条件成立。一般分为两步进行，第一步粗调，即用眼睛观察，使物、屏与透镜中心大致在一条直线上；粗调方法如下：通过前后移动白屏的方法先使激光光束与台面平行，再将透明物、扩束镜、双凸透镜依次摆好，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，再让光斑、物、镜的几何中心处在一条直线上，这样便使镜的主光轴与平台面平行且共轴，光斑也最大限度得到利用。
激光器、空间滤波器、凸透镜、毛玻璃、白屏，以及相关的支撑调整架
五. 实验内容
图3 测量基点实物图
（1）安置好元件，调整光路。
（2）可以利用自准直法，让物体AB处于透镜的前焦面上。
（3）测量计算出 ，并确定F/和N/（ ）的位置。
（4）把L.S.的入射方向和出射方向互相颠倒，测定F和N（H）的位置。
实验
四、真空滤波器的调节：
（1）首先在激光的前面一定距离放一光屏，在激光打在屏上的一点做记号，并且固定光屏，
（2）然后把针孔滤波器的针孔拿出，使针孔面朝上，不要接触桌面或工作台。
（3）将针孔滤波器至于激光和光屏之间，调整针孔滤波器的高度使之与激光同高，这时就会在光屏上出现一个亮度均匀的圆光斑，并且光斑的中心与我们光屏上做的记号重合。
实验要求
1、结合本课程所学知识，熟悉望远镜的工作原理；
2、根据望远镜工作原理，确定实验方案及确定所选器件；
3、确定实验步骤；
4、完成预习报告；
5、根据所组望远镜观察实验现象；
6、根据自组望远镜测其相关参数；
6、分析实验现象，完成实验报告；
7、在分析讨论中着重介绍自己的新发现。
实验内容
（1）用望远镜测某一距离：
所以
因此我们可以通过测量A/B/的大小，从而得到 的数值。
因为是平行光入射到透镜组上，所以像A/B/的位置就是F/的位置。
F/的位置既然确定，而N/F/＝ ，因此N/的位置也就确定了。
把L.S.的入射方向和出射方向互相颠倒，即可测定F和N的位置。
本实验节点和主点重合，所以 和 的位置也得到确定
四. 仪器用具
设L为已知透镜焦距等于fo的凸透镜，L.S.为代测透镜组，其主点（节点）为H、H/（N 、N/）），像焦点为F/。当AB（高度已知）放在L的 前焦点处时，它经过L以及L.S.将成像A/B/于L.S.的后焦面上。因为AO// A/N/，AB// A/B/，OB// N/B/，所以
△AOB∽△A/N/B，即AB： ＝A/B/：
2、用于光学实验的元件一般包括：
防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透镜、多自由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。如果是全息实验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。