工程光学实验报告

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。

⑤调整平行光管光源，使望远镜同轴

a.关掉光源b，打开光源a。

b.平行光管调焦：使狭缝像正确地形成在平行光管物镜焦面上（前面移

动狭缝，使望远镜分划板上看到狭缝的清晰像）。为了便于瞄准，狭缝像的宽度应由调整螺钉9调节到约为分划板上十字丝宽度的3倍。

c.以望远镜分划板为基准，调整螺钉，使狭缝像处在视场中心，与十字

线重合。

⑥调整棱镜棱边与仪器主轴平行

关掉钠光灯，接上望远镜灯源，使被测棱镜的折射棱与度盘转轴平行，这是校正的最后一步，又能用调整螺钉分别对棱镜的两工作面进行调整，使两工作面在望远镜的自准直像与目镜十字线呈对称，为了便于调整应把棱镜置于与螺钉对称的位置。

第二步：棱镜顶角α的测量

棱镜放在承物台上，用自准直法分别使棱镜的两个折射面与自准直望远镜的光轴垂直，两次度盘读数之差值，即为棱镜顶角的互补角值，即

第三步：最小偏向角的测量

关掉望远镜光源，打开钠光灯光源，用望远镜测定经棱镜折射的狭缝像，当棱镜随着棱镜台转动（游标盘与棱镜台用螺钉6固定在一起转动）时，在望远镜视场的狭缝像相对十字线移动，因望远镜视场有限，为了能始终看到狭缝像，每当狭缝像移动到视场边缘时，望远镜也作相应的转动。当棱镜发一定方向转过一定角度时，会出现一个新的现象，即原来沿一定方向移动的狭缝像此时突然停止，若再转动棱镜台则狭缝像沿与原方向相反的方向移动。在狭缝像突然停止时刻的棱镜位置，即为光束经棱镜后最小偏向折射的位置，此时从度盘上用游标读取读数B1。转动承物台棱镜，以顶角A的另一面对向平行平板，用相同方法测定出最小偏向角位置，读取游标读数B2，两次读数之差即为最小偏向角值的2倍，即

这样就提高了测量精度。

平面系统成像特性

1.实验装置

从氦氖激光器射出的水平激光束，经平面镜反射后折转90度垂直向上，再经柱面镜扩束，成为一扇形光束经介质膜分束器中的介质膜分光镜反射后，又成水平方面扇形光束与演示屏垂直相交，从而在演示屏上显示出光束的径迹，在度盘孔内插下各种光学零件后，就可以做各种光学实验。

演示仪主要由激光器、扩束器、分束器，演示屏，附件夹持架和其他附件组成。

激光管和电源都安装在底座里，演示屏、扩束器和附件夹持架装在底座上，分束器装在演示屏的左侧，夹持架装在演示屏的右侧，在演示屏的中间还有一只度盘6，它可以转动，中间有一只圆孔，用来插放各种光学零件或组件。

2.实验原理

①利用氦氖激光器发出的红色细光束，经柱面扩束镜后为一扇形平面光束，

直接射向平行平板或各种棱镜上，就能直观地观察到光束在各面上的折反射情况。

②稍稍退出柱面扩束器，在底座上放置装有圆扩束器的支架及装有指标的支

架，并把被测棱镜置于右侧的夹持器上，对着出射光线的方向能观察到各种棱镜的转像情况。

3.实验步骤

①接上220V电源，然后顺时针方向旋转开关到第一档，在正常情况下，激

光管发射出红色激光束，若由于电压过低，激光管不能启辉，可转动开关到第二档，再不行可用第三档。

②调整扩束器，扩束器可在座内前后移动，以使扩展后的光束基本上落在分

光镜上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光线径迹，如果不需要扩束，只需把扩束器稍稍退出。

③调整分束器，这是用来将光线分束的装置，根据需要将光线分成二束、三

束、四束或五束。这时就要使用不同面数的介质膜分光镜。为了使分束后的各条光线亮度均匀，每块介质膜分光镜的反射率是一样的。分光镜可以绕水平轴线转动，因此可以在演示屏上得到各种不同位置的光线途径，也可以根据需要使分束后的光线成为平行光线、会聚光束或发散光束。在调整时，应先拧松固紧镙钉，然后转动分光镜到需要位置，然后再拧紧固紧螺钉。整个分束器座可绕两顶尖螺钉子的轴线转动，以调节分光镜和演示屏之间的倾角，从而可调节演示屏上光线的长度和亮度。调节时，只需转动分束器座上的调节螺钉即可，整个分束器座可沿演示屏上的槽作上下移动以适应各种需要。转动分束器的上、下两只顶尖螺钉上的锁紧螺母松开、退出，然后转动上下两只顶尖螺钉，一只退，一只进，注意不要将螺钉顶得过紧，以免损坏零件。