工程光学实验I期末复习重点.

工程光学实验I复习提纲
考试形式： 闭卷
考试时间: 120 分钟
题型大致分布：填空24分 简答20分 综合56分
要求：必须在答题纸上作答，否则无效；
作图题必须使用铅笔直尺作图，否则零分。
椭偏仪：
1． 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光
学方法，其原理是利用 偏振光 在界面 反射 或 透射
3．画出物距像距法及二次成像法测量凸透镜焦距的光路图，并分别叙
述其测量透镜焦距的实验原理。
答：（1）物距像距法的光路图如下图所示：
（2分） 在近轴光束条件下，薄透镜的成像公式为 （1分） 式中S’及S分别为像距，物距，f’为像方焦距。由实验分别测出物距S 及像距S ’，则透镜焦距 。（2分） （2）二次成像法的光路图如下图所示：
5．测量薄膜厚度和折射率实验中，椭偏参数为 Ψ 和 Δ 。（写字母） ，
6．椭偏术。 椭偏术是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光学方
法。 7． 下图为椭偏仪结构，请写出1-10仪器名称。 1 半导体激光器 2平行光管 3起偏器读数头（与6可换用） 4 1/4波片读数头 5氧化锆标准样 6检偏器读数头 7望远镜筒 8 半反目镜 9光电探头 10信号线 11分光计 12 数字式检流计
和
均从透镜光心O点算起。物距u恒取正值，像距u的正负由像的虚实来 决定。当像为实像时，
的值为正：虚像时，
的值为负。（4分） 实验原理光路图：
（4分）
5．如何调节光学元件的共轴等高？
答：（1）粗调
将透镜、物屏、像屏等安置在光具座上并将它们靠拢，调节高低、左右，使光源、物屏、像屏
与透镜的中心大致在一条和导轨平行的直线上，并使各元件的平面互相平行且垂直于导轨。
薄透镜：
1．在测透镜焦距的实验中，当物距大于2倍焦距时，物的成像特点是 倒立缩小的实像 ，当物
距小于1倍焦距时，物的成像特点是 正立放大的虚像
。
2. 什么是二次成像？
答：当物AB与像屏的间距大于4倍的焦距时，透镜在物像间移动，可
以在屏上成两次像，分别为倒立放大的实像和倒立缩小的虚像，这就
是二次成像。
3.在牛顿环干涉测量透镜曲率半径的实验中，为什么测量的过程中显微 镜的刻度鼓轮只能单方向移动？
答：首先是为了避免测量显微镜的螺旋空程引入的误差，所以在整个测 量过程中，
鼓轮都只能朝一个方向移动，另外是在读数过程中，为了避免数错还 数，从而影响测量结果，带来不必要的误差。
4．请画出牛顿环仪的结构示意图，并简述牛顿环是如何形成的。 答：（1）牛顿环仪结构示意图：（4分）
投影仪：
7．投影仪的光学元器件主要由会聚的投影透镜和聚光透镜组成，投影透镜将画片成
放大的实像
于屏幕上，聚光透镜有利于 均匀照明 。
4．在自组投影仪实验中，如何能在屏上得到均匀的照度及清晰地像？
请画出本实验的原理图。
答：为了在屏幕上得到一个亮度最大、照度均匀的像，在屏幕上已经得
到一个清晰的放大的像之后，移去投影物，保持聚光镜、投影镜头和屏
2．分光计调整的要求是什么？ 答：测量前应调节分光计，达到：
（1）望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与 中心转轴垂直。 （2）平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。 （3）待测光学元件的表面与中心转轴平行。 3. 在分光计上用最小偏向角法测棱镜玻璃折射率时，最小偏向角是？ 答：入射光和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光和AC面法线的夹 角i′称为出射角，入射光和出射光的夹角
（3分）
（2）细调
主要依靠成像规律进行调节，本实验利用透镜成象的共轭原理进行调节。当L>4f 时，移动透
镜，在像屏上分别获得放大和缩小的像。（2分）一般调节的方法是成小像时，调节光屏位
置，使 与屏中心重合；而在成大像时，则调节透镜的高低或左右，使 位于光屏中心，使经
过透镜后两次成像时像的中心重合，依次反复调节，系统即达到同轴等高。（3分）
组明暗相间的同心圆，这些圆环称为牛顿环。（6分）
5．请描述牛顿环具有哪些特点。
答：（1）牛顿环是一种分振幅、等厚干涉；（2分）
（2）牛顿环是以玻璃接触点为圆心的一系列明暗相间的同心圆环；
（2分）
（3）牛顿环级次中心低、边缘高；（2分）
（4）牛顿环间隔中心疏、边缘密；（2分）
（5）牛顿环同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。（2分）
（2）牛顿环仪是由待测曲率半径R很大的平凸透镜和平面玻璃板叠合构 成的，除接触点以外，两玻璃之间就形成空气间隙，离接触点等距离的
地方，厚度相同，即等厚度的空气间隙的轨迹是以接触点为中心的圆。 若以波长为
的单色光垂直射到这装置上，则空气间隙的上下表面反射的光将互相干
涉，在空气间隙表面附近产生等厚干涉条纹，这是以接触点为中心的一
幕的位置不动，移动光源的位置，使光源通过聚光镜在投影镜头处成一 个清晰的像, 然后重新装好幻灯片,即可在屏上得到均匀的照度及清晰地 像。（5分）
望远镜、显微镜： 1．望远镜的理论放大率公式。
2．望远镜由 凹透镜 及 凸透镜 构成，两透镜的 光学间隔 近乎为零。 3．望远镜的调节使用的方法。 1. 调节目距：调节望远镜两个镜筒之间的距离，直到左右视场合为一个圆形视场为止，这时两 镜筒的出瞳孔距离便与人眼的两出瞳孔距离一致。 2. 调焦：先闭着右眼，用左眼看出去，转动望远镜的中调机构（手轮或者压板），直到清晰为 止；在闭着左眼，用右眼看出去，调节右眼眼罩（可左右慢慢旋转），直到清晰为止。 3. 观察：将望远镜对准观察的目标，慢慢转动中调机构，双眼就能很快的看清楚目标。对于不 同距离的目标，只需调节中调机构，就能看清楚目标。 4. 变倍望远镜使用方法：先将变倍杆拉到最小倍数，用上述方法调节。直到目标清楚后，在拉 动变倍杆，选择自己需要的合适倍数。
时发生的偏振态的
改变。
2．椭偏仪实验中检偏器读数头位置的调整与固定时，使激光束按 布儒斯特角(约57) 入射
到黑色反光镜表面并反射入望远镜到达半反目镜上成为一个圆点。
3．椭偏仪实验中，圆偏振光的获得使入射光的振动平面和 四分之一波片 的光轴成 45度
角。
4．椭偏仪实验中，将被测样品，放在载物台的中央，旋转载物台使望远镜和平行光管夹角为 45度 。
答：（1）调节目镜，看清分划板上的准线及小棱镜上的十字。（2分）
（2）在载物平台上放上三棱镜并调节望远镜及平台，使在望远镜中能看到三棱镜两个光学
面反射的小十字像。（2分） （3）调节望远镜物镜，使十字像清晰。（2分） （4）调整望远镜与分光仪主轴垂直。（2分）
6. 分光计必须具备的四个主要部件是：平行光管、望远镜、载物台、读 数装置。 7.分光计测量角度必须满足的条件？ 答：1.入射光和出射光应当是平行光； 2.入射光线、出射光线与反射面（或折射面）的法线所构成的平面应当 与分光计的刻度盘平行。 8.分光计是一种能精确测量光束夹角的仪器（精度1’）经常用来测量材 料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。
4．开普勒望远镜的成像原理，成像的光路原理图。 答：远处物体PQ经物镜
后在物镜的像方焦面
上成一倒立实像
，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离．像
一般是缩小的，近乎位于目镜的物方焦平面上．经目镜
放大后成虚像
于观察者眼睛的明视距离与无穷远之间．
分光计： 1．分光计的读数装置设计了两个角游标是为了什么。 消除偏心差
（2）确定截止线位置。先将小平台连同所载三棱镜稍稍转动，改变 入射光对光学面AB的入射角i，出射光方向ER随之而变。与此同时偏向 角发生变化。（3分）这时，从望远镜中看到的狭缝像也随之移动（望 远镜要同步跟踪），注意此时偏向角是增大角减小的方向移动。当棱镜转到某个位置时，像不再移动 （即E0R0位置）。（3分）继续使棱镜沿原方向转动，狭缝像反而向相 反方向移动，即偏向角反而增大。这个转折位置就是最小偏向角位置， 也称为截止位置。转动望远镜，使望远镜“╪”叉丝的竖线与狭缝重合并 读出此时左右两读数窗的角度位置，此位置就是载止光所在位置。移去 三棱镜，使望远镜“╪”的竖线与直接透射的狭缝像重合，再读出左右两 窗口的透射线的角度位置，此位置就是入射光所在位置。上述两角位置 相减就是要测的最小偏向角的值。（5分） 5．应如何调整分光计测量三棱镜最小偏向角？
称为偏向角。理论证明，当入射角i等于出射角i′时，入射光和出射光之 间的夹角最小，称为最小偏向角δ。 4．请简述用如何用最小偏向角法测三棱镜玻璃折射率。
答：（1）把三棱镜放在调整好的分光计上，AB和AC为光学面，BC 为毛玻璃面（底面），让平行光入射到三棱镜AB面上，转动望远镜， 在AC面靠近BC面（底面）的某一方向能找到出射光，即狭缝的像。注 意：放置三棱镜必须轻轻地放，不能破坏调整好的分光计和损坏三棱 镜。（4分）
（3分） 当物与像屏的间距L大于4 f ’时，透镜在L间移动，可在屏上两次成 像，一次形成放大的像，另一次生成缩小的像。则 ，式中L为物与像屏的间距，d为透镜移动的距离。（4分） 4．画出物距像距法测透镜焦距的光路图，并给出测量透镜焦距的公式 以及说明式中各个参量的物理含义。 答：物距像距法：在近轴光线条件下，有薄透镜成像规律 式中u为物距， 为像距，f为透镜的焦距。 、
（4分） 式中 为被测透镜焦距， 为平行光管焦距实测值， 为玻罗板上所选用线距实测值（ ）， 为测微目镜上玻罗板低频线的距离（ ，即测量值）。（4分）
牛顿环： 1． 牛顿环仪的组成。
牛顿环仪是由曲率半径为R的待测平凸透镜L和玻璃平板P叠装在金属框架F中构成。框架边上 有三个螺钉H，用来调节L和P之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。调节H时，螺钉不 可旋得过紧，以免接触压力过大引起玻璃透镜迸裂、破损 2．用牛顿环测量透镜焦距的曲率半径的基本实验仪器有哪些。 测量显微镜 钠光光源 牛顿环仪 牛顿环和劈尖装置