光学设计性实验
实验51+几何光学设计实验+
实验51 几何光学设计实验望远镜及显微镜是最常用的助视光学仪器．在物理实验中经常使用的有读数显微镜、测量望远镜及自准望远镜等．本实验通过实验室给出的各种分立的光学元件，按要求组成望远镜及显微镜，并用组成的聚焦于无穷远的望远镜进行透镜焦距的测定．【实验目的】（1） 加深理解薄透镜成像规律．（2） 了解望远镜和显微镜的基本构造及工作原理． （3） 掌握测量薄透镜焦距的方法．【实验仪器】焦距不超过25cm 的凸透镜、凹透镜、发光物屏、物屏、分划板、白屏、光具座（带标尺）、支架等．【实验提示】1． 测量凸透镜的焦距点光源经凸透镜聚焦的光路如图51-1所示，点光源（发光物屏）与白屏的距离为D （D >4f ），当凸透镜在(发光)物屏与白屏之间移动时，白屏上可以成一个大像和一个小像，这称为物像共轭．y 为点光源（发光物屏）、P 为白屏，L o 为薄凸透镜，若透镜两次成像的位移为d ，根据透镜成像公式，推导共轭法测透镜焦距的公式，跟据光具座上发光物屏y 、薄凸透镜L o 、白屏P 的标尺示数，求出透镜L o 的焦距．（也可以利用物距像距法测量．） 2．显微镜的工作原理显微镜是观察微小物体的光学仪器，其光路如图51-2所示．离物体近的这个透镜叫物镜，其焦距较短；离眼睛近的这个透镜叫目镜，其焦距比物镜稍大．为能对待测物体准确定位，在物镜L o 与目镜L e 之间放入分划板P ，调节目镜L e 与分划板P 的间距，图51-2 显微镜光路图图51-1 点光源经凸透镜聚焦光路图o PL o ″o ″使分划板P上的叉丝处于最清晰的位置．物屏y放在物镜L o的焦点F o外，通过调节物屏y与物镜L o间距，使物屏y成一放大、倒立的实像y′于分划板P处，观察者经目镜L e观察像y′，将观察到分划板P上的叉丝与一放大、倒立的虚像y″重叠，使微小物体y被放大成y″．改变P与物镜L o间的距离l，可以获得显微镜的不同放大率．3．开普勒望远镜的工作原理望远镜、开普勒望远镜和牛顿式望远镜，开普勒望远镜的光路如图51-3所示．物镜的焦距较长，目镜的焦距较短．无穷远处物体发出的光（平行光）经过物镜L o成实像y′于物镜L o的焦平面F o处（处于目镜L e的焦点F e内）．改变物镜L o的位置，使实像y′与分划板P（经目镜L e观察处于最清晰位置）重合．人眼通过目镜L e看像y″的过程与显微镜的观察过程相同．即人眼通过望远镜观察物体，相当于将远处的物体拉到了近处观察，实质上起到了视角放大的作用．【设计要求】1．自组光路，使用共轭法测量各凸透镜焦距．绘出光路图，写出相关公式，记录数据，计算焦距．（提示：如发现透镜焦距过短，可适当缩短发光物屏y、薄凸透镜L o、白屏P的间距，以保证图像清晰）2．根据你的初测结果，选择二片凸透镜，自组一能把远处物体放大到最大的带分划板望远镜，要求聚焦无限远．利用这个自组的聚焦于无穷远处的望远镜，选择测量另一凸透镜的焦距，并于前面共轭法的测量结果进行比较. 画出光路元件位置图并标记刻度，标出所选的物镜、目镜焦距（或透镜编号），给出物屏与被测物镜的间距，望远镜系统物镜与叉丝的间距，以及叉丝与目镜的间距等相关数据．3．用自组的聚焦于无穷远的望远镜测量凹透镜焦距，可在上一实验的基础上，将物屏向左移动，将待测凹透镜插在被测透镜与望远镜之间，前后移动凹透镜，直至眼睛通过望远镜看清分划板上的像，且消视差. 即物屏发出的光经一凸透镜与未知凹透镜组合形成平行光，再利用望远镜接收平行光，即眼睛通过望远镜看清分划板上的像．画出光路图，标出相关参数，给出测量凹透镜焦距的计算式，并求出凹透镜的焦距．（注意：由于仪器结构的原因，不要选择焦距过小的凸透镜．）4．选择二片凸透镜，间距25cm，自组一放大倍数最大的带分划板的显微镜．应该如何选择凸透镜？画出光路元件位置图并标记刻度，标出所选的物镜、目镜焦距（或透镜编号），给出物屏与物镜、物镜与叉丝、以及叉丝与目镜的间距分别是多少？【注意】本实验要求学生做好课前预习，教师基本不做讲解，要求学生当场完成实验测量、记录、计算、绘图、完成报告，并当堂提交实验报告！！（提醒同学们提前设计好实验方案，绘制简化的光路图及数据表格，实验中直接在表格内填入数据，并给出实验结果．）【思考题】（1）判断透镜的凸凹（不许用手摸），写出判断方法及结果．（2）使用共轭法测量凸透镜焦距时，发光屏与白板间距有何要求？改变凸透镜位置，能在白屏上找到几个物象？（3）用自组聚焦无限远望远镜观察距离有限远的物体，应如何调整物镜？（4）自组望远镜时，为把远处物体放大到最大，选择物镜和目镜的原则是什么？如果互换物镜和目镜位置，会有什么现象？（5）自组显微镜时，选择物镜和目镜的原则是什么？互换物镜和目镜位置，会有什么现象？前面5道题为必答题，以下4道题供思考和选作（6）图51-3中，在目镜Le选定的情况下，Le与像y′的距离由什么因素决定？（7）用1#凸透镜观察物屏时，如果发现物屏纵向的红刻度与横向的黑刻度清晰的位置不一致，是什么原因？如何验证？（8）望远镜有几种？说出它们的优缺点，凹透镜在现代望远镜中的作用是什么？（9）电子显微镜比光学显微镜放大倍数大的原因是什么？【参考文献】1．孙晶华主编. 物理实验教程．北京：国防工业出版社，2009.2．孙维民主编. 物理实验教程．北京：科学出版社，2011.3．张志东主编. 大学物理实验．北京：科学出版社，2007.4．李平舟主编. 大学物理实验．西安：西安电子科技大学出版社，2002.(秦颖王茂仁)。
光学图像设计实验报告
光学图像设计实验报告实验目的：本实验旨在通过光学图像设计，探究并理解光的折射、反射等光学现象，并运用相关知识进行光学图像的设计。
实验原理：光的折射是光线从一种介质传播到另一种介质时，改变传播方向的现象。
根据斯涅尔定律，光线在两个介质之间传播时，入射角和折射角之间满足折射定律：$$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$$其中，$n_1$和$n_2$分别表示两个介质的折射率，$\theta_1$和$\theta_2$分别为入射角和折射角。
光的反射是光线与界面发生碰撞后，从同一介质中返回的现象。
根据反射定律，入射角等于反射角，即$$\theta_1=\theta_r$$其中，$\theta_1$为入射角，$\theta_r$为反射角。
实验装置：1. 光源2. 凸透镜3. 平凸透镜4. 焦平和焦凸透镜5. 光学试验座6. 刻度尺7. 透明直尺8. 光屏实验步骤：1. 将光源放置在光学试验座上，并确保它位于中心位置。
用凸透镜将光源的光线汇聚到屏幕上，调整凸透镜的位置和光屏的位置，使得在屏幕上得到一个清晰的光圈。
2. 将光学试验座上的平凸透镜置于凸透镜的前面，并调整平凸透镜的位置，使得凸透镜的焦点与平凸透镜的顶点重合，从而达到呈现清晰图像的目的。
3. 将光学试验座上的焦平和焦凸透镜置于凸透镜的前方，并调整焦平和焦凸透镜的位置，观察并记录图像的变化。
4. 使用刻度尺测量凸透镜、平凸透镜和焦平、焦凸透镜的顶点到屏幕的距离，并记录相关数据。
5. 使用透明直尺测量凸透镜、平凸透镜和焦平、焦凸透镜的顶点到凸透镜的距离，并记录相关数据。
实验结果与分析：根据实验步骤所得数据，我们可以观察到不同组合下的光学图像的变化。
通过调整透镜的位置和距离，我们可以将光线进行折射和反射，从而形成不同的光学图像。
根据光的性质和相关定律，我们可以解释实验中观察到的现象。
结论：通过本实验，我们深入理解了光的折射、反射等光学现象，并将其应用于光学图像的设计。
光学性设计实验报告
一、实验目的1. 了解光学系统的基本组成和光学元件的基本特性；2. 掌握光学系统设计的基本步骤和方法；3. 通过实验验证光学系统的设计原理和计算方法；4. 培养实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理光学系统设计主要包括光学元件的选择、光学系统结构设计、光学参数计算、光学系统调试等步骤。
本实验主要验证光学系统的设计原理和计算方法。
1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：根据光学元件的焦距、尺寸等参数，设计光学系统的结构，确定光学元件的相对位置。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
三、实验器材1. 透镜：焦距分别为f1、f2、f3的凸透镜；2. 棱镜：两块不同折射率的棱镜；3. 平面镜；4. 光具座；5. 光源；6. 调焦装置；7. 测量工具：尺子、游标卡尺等。
四、实验步骤1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：确定光学元件的相对位置，设计光学系统的结构。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
5. 实验数据记录：记录实验过程中观察到的现象和数据。
五、实验结果与分析1. 光学系统成像质量分析：根据实验数据，分析光学系统的成像质量，如像差、分辨率等。
2. 光学系统光通量分析：根据实验数据，分析光学系统的光通量。
3. 光学系统调试效果分析：分析光学系统调试后的成像效果，如清晰度、亮度等。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了光学系统的基本组成和光学元件的基本特性，掌握了光学系统设计的基本步骤和方法。
在实验过程中，我们学会了如何选择光学元件、设计光学系统结构、计算光学参数和调试光学系统。
光学设计实验报告
光学设计实验报告光学设计实验报告引言：光学设计是一门关于光学系统设计和优化的学科，它的目标是设计出满足特定需求的光学系统，如相机镜头、显微镜、望远镜等。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解光学设计的基本原理和方法。
实验一：透镜的成像特性在这个实验中，我们使用凸透镜和凹透镜，通过调节物距和像距，观察成像特性的变化。
实验结果表明，凸透镜成像为正立、实像，凹透镜成像为倒立、虚像。
通过测量物距和像距的关系，我们可以得到透镜的焦距。
实验二：光学系统的光路追迹在这个实验中，我们使用光路追迹方法，通过绘制光线追踪图来分析光学系统的成像原理。
通过绘制光线追踪图，我们可以清楚地看到光线的传播路径，进而理解光学系统的成像特性。
实验结果表明，光线经过透镜后会发生折射，根据透镜的形状和位置，我们可以预测成像的性质。
实验三：光学系统的畸变分析在这个实验中，我们使用畸变分析方法，通过绘制畸变曲线来评估光学系统的畸变程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现畸变，主要包括球差、彗差和像散等。
通过分析畸变曲线，我们可以了解光学系统的畸变特性，并进行优化设计。
实验四：光学系统的色差分析在这个实验中，我们使用色差分析方法，通过测量不同波长光线的聚焦位置来评估光学系统的色差程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现色差，主要包括色焦差和色散等。
通过测量聚焦位置的变化，我们可以了解光学系统的色差特性，并进行优化设计。
实验五：光学系统的光学传递函数分析在这个实验中，我们使用光学传递函数分析方法，通过测量系统的点扩散函数来评估光学系统的分辨率和模糊程度。
实验结果表明，光学系统的分辨率受到衍射限制，通过分析点扩散函数，我们可以了解光学系统的分辨率特性，并进行优化设计。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光学设计的基本原理和方法。
光学设计是一门复杂而有趣的学科，它不仅涉及到光学的物理性质，还需要考虑到实际应用的需求。
通过实验的操作和数据分析，我们可以更好地理解光学系统的成像特性、畸变特性、色差特性和分辨率特性，并进行相应的优化设计。
光学系统设计实验报告
光学系统设计实验报告光学系统设计实验报告摘要：本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
引言：光学系统是由光源、光学元件和光学器件组成的系统，用于控制光的传播和成像。
光学系统设计是光学学科的重要分支，广泛应用于光学仪器、通信技术、光学显微镜等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
实验方法：1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透镜、反射镜、光屏等。
2. 搭建光学系统，根据实验要求确定光源和光学元件的位置和方向。
3. 调整光学系统，使光线聚焦在光屏上，并记录调整过程中的观察结果。
4. 测量光学系统的参数，如焦距、放大倍数等，并进行数据分析。
实验结果：通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
首先，我们调整了光源的位置和方向，使光线能够尽可能均匀地照射到光学元件上。
然后，我们调整了透镜的位置和方向，使光线能够聚焦在光屏上。
在调整的过程中，我们发现透镜的位置和方向对于光的聚焦效果有着显著影响。
当透镜与光源的距离增加时，光线的聚焦效果会变差；而当透镜与光源的距离减小时，光线的聚焦效果会变好。
其次，我们测量了光学系统的参数，如焦距和放大倍数。
通过测量，我们发现透镜的焦距与其形状和材料有关。
不同形状和材料的透镜具有不同的焦距，从而影响光的聚焦效果。
此外，我们还测量了光学系统的放大倍数，发现放大倍数与透镜的焦距和物距有关。
当透镜的焦距增大或物距减小时，放大倍数会增大。
讨论：通过本实验，我们深入了解了光学系统的设计和调整原理，以及光的传播规律和光学元件的特性。
光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响，合理的设计和调整可以提高光学系统的性能和效果。
光学设计实验四卡塞格林系统设计
实验四:卡塞格林系统一．实验目的熟悉卡塞格林系统设计的原理过程，学习如何使用多项式的非球面，掌握设计系统的的方法及过程。
二.系统结构性能要求1）孔径值10英寸；2）视场角为0︒；3）相对波长为可见光；4）玻璃材料BK7 、MIRROR ；三．实验步骤1.系统参数的设置：孔径值10英寸；（单位是英寸）视场角为0︒；工作波长为可见光；2.结构参数的设置:平面镜的厚度为1英寸，玻璃材料BK7；反射镜的焦距为60英寸，厚度为30英寸，玻璃材料为MIRROR；如下图所示：3.加辅助镜面，并安放像平面。
让ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率。
玻璃材料为mirror。
（注意：已将主反射面的距离减小到-18，这将使辅助镜面的尺寸减小。
像平面的距离现在是28，实际上，是在主反射面后10英寸）如下图所示：四．光学望远系统优化过程1.将三环六臂改为五环六臂（菜单栏Editors一Merit Function一Tools一Default Merit Function一Reset一Rings）如下图所示：2.设置变量，将曲率半径设为优化变量，权重设为1。
将新面（即第3面）的厚度从0改为20。
往上移一行，将第2面的厚度由60改为40。
对于主反射面来说，校正器与它的距离就是60；3,。
将光阑面（STO）的表面类型换为“EVEN ASPHERE”。
这种面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数。
并将第一面的“4th Order Term” 6th Order Term”和“8th Order Term”列设为变量，当前为0，如下图所示：4.打开视场角，调整设计。
从主菜单，选System，Fields，并将视场角的个数设置为3，输入y角0.0，0.35和0.7。
如下图所示：优化即可得到MTF，如下图所示：5双击第三面的第一列，从孔径类型列中选圆形“Circular Aperture”，到Min Radius中输入1.7。
这表示所有的光线穿过表面时离轴距离必须要大于1.7英寸，这就是主反射面的缺口“Hole”。
光学设计实验(一)望远镜系统设计实验
光学设计实验（一）望远镜系统设计实验1 实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现 2 设计要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（总分：30分）（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（总分：30分）（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
（总分：30分）（4）回答和分析设计中的相关问题（总分：10分）所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
问题1：望远光学系统和开普勒望远镜的特点问题2：目镜的光学特性和像差特点问题3：常用的目镜有哪些？常用的折射式望远物镜有哪些？ 问题4：望远镜系统所需要校正的主要像差有那些？提示：目镜采用反向光路设计，目镜包括视场光阑，注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法：在像面前插入一个paraxial 类型的面，若该面焦距（即与像面之间的距离）为1000mm ，则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5COS 343831000COS 3438322'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程所谓光学系统设计就是根据使用要求，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4个阶段：外形尺寸计算、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
光学实验设计高中生物教案
光学实验设计高中生物教案
年级：高中生物
目标：通过本实验设计，学生将能够理解光学原理和实验方法，培养他们的实验设计和分析能力。
材料：
1. 白底反射板
2. 照明设备（如手电筒）
3. 直尺
4. 墨水笔
5. 实验记录表
实验步骤：
1. 将白底反射板平放在桌子上。
2. 将照明设备（手电筒）放在离反射板一定距离处，将其打开。
3. 使用直尺在反射板上标记出几个不同位置的点。
4. 选择一个标记点，将反射板倾斜一定角度，观察光线在反射板上的反射情况。
5. 用墨水笔在反射板上标记出光线的入射和反射方向。
6. 尝试调整光线的角度和位置，记录下不同情况下的反射情况。
7. 根据实验数据，分析光线的反射规律，确定入射光线和反射光线的关系。
8. 结合实验数据和分析结果，撰写实验报告并讨论实验结果。
拓展实验设计：
1. 尝试使用不同形状和质地的反射板，比较它们对光线的反射情况。
2. 探究不同光线入射角度和反射光线角度之间的关系。
3. 研究光线在不同介质中的传播和反射规律。
评估方式：
1. 学生根据实验结果撰写实验报告。
2. 学生展示实验过程和分析思路。
3. 老师进行实验数据分析和讨论的评价。
教学反思：
通过本实验设计，学生将能够深入理解光学原理和实验方法，培养他们的实验设计和分析能力。
同时，学生也会在实验中培养观察和实践的能力，提高他们的科学素养。
光学设计实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。
3. 学会光学系统参数的优化方法。
4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。
二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。
在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。
四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。
（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化物镜参数，以满足成像要求。
2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。
（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化目镜参数，以满足成像要求。
3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。
（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。
（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。
五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。
4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。
5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。
注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
光学设计CAD实验报告
光学设计CAD实验报告实验⼀ZEMAX界⾯的初步认识实验⽬的：引领初学者认识ZEMAX的界⾯以及各个菜单、模块的功能，使其可以建⽴简单的光学系统模型并进⾏简单的分析，为其以后的实验打下基础。
实验内容：1、ZEMAX的功⽤：ZEMAX软件可以模拟并建⽴如反射、折射、衍射、分光、镀膜等光学系统模型，可以分析光学系统的成像质量，如各种⼏何像差、点列图、光学传递函数（MTF）、⼲涉和镀膜分析等。
此外，ZEMAX还提供优化功能来帮助设计者改善其设计，⽽公差容限分析功能可帮助设计者分析其设计在装配时所造成的光学特性误差。
2、ZEMAX提供的窗⼝类型：主窗⼝：上⽅有标题框、菜单框、⼯具框。
编辑窗⼝：有六个不同的编辑选项，即镜头编辑、评价函数编辑、多重结构编辑、公差数据编辑以及附加数据编辑和⾮序列组件编辑。
图形窗⼝：⽤来显⽰图形数据，如系统图、光学扇形图、光学传递函数（MTF）曲线等。
⽂本窗⼝：⽤于显⽰⽂本数据，如指定数据、像差系数、计算数值等。
对话框：是⼀个弹出窗⼝，⼤⼩⽆法改变。
⽤于改变选项和数据，如视场⾓、波长、孔径光阑以及⾯型等。
实验⼆单透镜的设计实验⽬的：通过单透镜模型的建⽴，使其掌握光学系统模型建⽴的⽅法，并进⾏简单的分析。
实验内容：1、设计要求：设计⼀个F/4的镜⽚，焦距为100mm，⼯作波段为可见光，光学材料⽤BK7玻璃。
2、波长的输⼊⽅法：选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”，或者直接在快捷菜单中选择“Wav”。
屏幕中间会弹出⼀个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。
ZEMAX中有许多这样的对话框，⽤来输⼊数据和提供你选择。
选择“Select”，系统默认F、d、C三个谱线的波长，单位为微⽶。
此时主波长“Primary”默认为第⼆条谱线。
3、孔径的输⼊⽅法：选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，或者直接单击快捷键“Gen”，在出现的“通常数据（General Data）”对话框中，单击“孔径值（Aper Value）”⼀格，输⼊⼀个值：25。
光学设计性实验简介
光学设计性实验简介项目一：微小物体线度的测量（1）指导思想通过完成本次设计性实验，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，同时加深学生对夫琅和费衍射理论的理解、掌握相关测量仪器的使用和锻炼学生的动手能力。
（2）实验目的与要求实验目的：a)理解夫琅和费衍射原理b)掌握夫琅和费衍射远场图案的测量方法。
c)学会运用夫琅和费衍射原理测量微小物体线度的方法。
实验要求：a)在微小物体夫琅和费衍射的理论分析的基础上，设计实验方法，搭建一个实验系统，完成用夫琅和费衍射法测量微小物体线度的任务。
b)微小物体的线度可以是细丝的直径，圆孔的直径或微球的直径。
c)搭建的实验系统必须满足产生夫琅和费的条件。
] d)设计合理的数据处理方法，并用其它测量法验证夫琅和费衍射法测量微小物体线度的准确性。
（3）涉及到的内容或知识点a)光具座上激光光路的调节。
b)夫琅和费衍射原理。
c)光电池和检流计的使用方法。
（4）采用的教学方法和手段a)根据教师提出总体要求，查阅资料、分析理论。
b)设计方案，跟教师讨论方案的可行性。
c)搭建实验系统，完成实验。
d)撰写研究小论文，相互交流经验和心得体会。
项目二：激光相干长度的测量（1）指导思想通过完成本次设计性实验，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，同时加深学生对激光时间相干性和空间相干性的理解、掌握相关测量仪器的使用和锻炼学生的动手能力。
（2）实验目的与要求实验目的：a)理解激光相干性原理b)掌握激光相干度的测量方法。
c)理解与激光相干性有关的物理量之间的关系。
d)寻找测量激光相干长度的测量方法。
实验要求：a)在激光相干性的理论分析的基础上，设计实验方法，搭建一个实验系统，完成激光相干度及相干长度的测量。
b)理解激光的相干度、相干时间及相干长度的定义。
c)用迈克尔逊干涉仪观察激光的相干性。
] d)利用迈克尔逊干涉仪的原理，设计方案测量激光的相干度和相干长度。
（3）涉及到的内容或知识点a)迈克尔逊干涉仪的调节。
光学设计实验报告收获(3篇)
第1篇一、实验背景光学设计是光学工程领域中一个非常重要的分支，其目的是通过对光学元件和光学系统的设计，实现对光信息的有效控制和利用。
随着科技的发展，光学设计在各个领域都得到了广泛的应用，如航空航天、光学仪器、光纤通信等。
为了更好地掌握光学设计的基本原理和方法，我们进行了光学设计实验。
二、实验目的1. 理解光学设计的基本原理和方法；2. 掌握光学设计软件的使用；3. 提高实验操作能力和创新意识；4. 培养团队协作精神。
三、实验内容及方法1. 光学元件设计：通过实验，了解光学元件的基本参数，如焦距、折射率等，并运用光学设计软件进行光学元件的设计。
2. 光学系统设计：运用光学设计软件，根据实验要求设计光学系统，如透镜组、反射镜等，并优化系统性能。
3. 光学系统测试：对设计的光学系统进行测试，验证其性能是否符合预期。
4. 实验报告撰写：对实验过程、实验结果进行分析，总结实验收获。
四、实验收获1. 理论知识收获通过本次实验，我们对光学设计的基本原理有了更深入的了解。
我们学习了光学元件的参数计算、光学系统的设计方法以及光学系统的性能评价。
这些知识为我们今后从事光学设计工作奠定了坚实的基础。
2. 实践能力收获在实验过程中，我们学会了如何使用光学设计软件，如Zemax、TracePro等。
通过实际操作，我们掌握了光学设计的基本步骤，提高了自己的实践能力。
3. 团队协作收获本次实验分为小组合作进行，每个小组成员负责不同的实验环节。
在实验过程中，我们学会了如何与团队成员沟通、协作，共同完成实验任务。
这有助于提高我们的团队协作能力和沟通能力。
4. 创新意识收获在实验过程中，我们不断尝试不同的设计方法，寻求最优方案。
这使我们培养了创新意识，学会了在遇到问题时，从多角度思考，寻求解决方案。
5. 实验报告撰写收获在撰写实验报告的过程中，我们学会了如何整理实验数据、分析实验结果，并用文字表达自己的观点。
这有助于提高我们的写作能力和逻辑思维能力。
光学设计实验实验报告
实验名称：光学系统设计实验日期：2023年4月10日实验地点：光学实验室实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 熟悉光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会使用光学设计软件进行光学系统的设计。
3. 通过实验，提高对光学系统性能参数的评估能力。
二、实验原理光学系统设计是根据光学系统的性能要求，运用光学原理和设计方法，选择合适的元件，确定光学系统的结构参数和光学元件的尺寸。
本实验采用ZEMAX软件进行光学系统设计。
三、实验内容1. 设计一个具有特定性能要求的光学系统。
2. 使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 优化光学系统，提高其性能。
4. 分析光学系统的性能参数。
四、实验步骤1. 设计光学系统根据实验要求，设计一个成像系统，要求物距为100mm，像距为150mm，放大倍数为1.5倍，系统分辨率为0.1角秒。
2. 使用ZEMAX软件进行光学系统设计（1）创建新的光学设计项目，设置系统参数。
（2）选择合适的透镜材料，创建透镜元件。
（3）根据设计要求，设置透镜的尺寸和位置。
（4）创建光阑，设置光阑的位置和尺寸。
（5）创建探测器，设置探测器的尺寸和位置。
3. 优化光学系统（1）调整透镜的形状和位置，优化系统性能。
（2）调整光阑的位置和尺寸，提高系统分辨率。
（3）调整探测器的位置和尺寸，提高系统成像质量。
4. 分析光学系统的性能参数（1）计算系统的MTF（调制传递函数）和ROI（光圈直径）。
（2）分析系统的像差，包括球差、彗差、场曲、畸变等。
（3）计算系统的入射光束和出射光束的传播方向和光强分布。
五、实验结果与分析1. 光学系统设计结果根据实验要求，设计了一个成像系统，其物距为100mm，像距为150mm，放大倍数为1.5倍，系统分辨率为0.1角秒。
使用ZEMAX软件进行设计，最终得到一个满足要求的光学系统。
2. 光学系统性能分析（1）MTF分析：根据ZEMAX软件的计算结果，该系统的MTF在0.1角秒处达到0.25，满足设计要求。
几何光学设计实验,实验报告
几何光学设计实验,实验报告
本次实验是关于几何光学设计的，通过实验可以更好地理解光学原理，学习光学设计
的基础知识与方法，提高对光学系统的认识能力。
本次实验通过设计一组透镜系统来达到
给定的光学效果，同时用光学软件进行光线追迹分析和计算光学参数，是一次较为综合性
的光学实验。
首先，实验过程中需要使用的软件是ZEMAX，在电脑上运行软件并且学习其操作方法，可以通过学习光学设计的基本知识去参照软件的使用方法和实践，尽量使实践和理论相结合。
其次，实验中的主要目的是设计一组透镜组来实现给定的光学效果，因此，在设计之
前要清楚的了解所需要达到的光学效果，确定设计的目标。
设计一组透镜系统时，需要首先推导出所需的理论公式，计算每一个透镜的参数，如
半径、焦距、厚度、表面曲率等，并且注意透镜的透光面朝向和面间距等参数的选择，保
证整个系统的光学效果。
最后，在通过软件模拟展示整个系统实现的结果，并进行光线追迹计算，对结果进行
评估和修正，通过结果的验证确定系统的设计是否合理。
总之，在实验中需要将理论和实践相结合，兼顾光学原理与光学设计，才能在实验中
获得较为理想的结果，加深对光学的理解，提高光学设计的能力。
光学实验设计教案
光学实验设计教案一、实验目的本实验旨在通过设计一个光学实验，让学生在实践中掌握光学原理和实验技巧，提高他们的实验能力和创新意识。
二、实验原理根据实验目的，我们选取了以下光学原理作为实验的基础：1. 光的折射定律：光线从一种介质射入另一种介质时，入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在一定的关系。
2. 反射和折射：当光线从光疏介质射入光密介质时，光线会发生折射并改变传播方向。
3. 凸透镜和凹透镜的成像规律：将平行光线通过凸透镜和凹透镜，可以观察到成像的特点。
三、实验设备与材料1. 光源：白炽灯、激光器等2. 光学平台3. 凸透镜、凹透镜等4. 光学转盘、光栅等5. 透镜架、小孔等6. 直尺、三角板、量角器等7. 白纸、投影屏幕等四、实验步骤1. 准备工作：a. 将光源放置在光学平台上，并调整亮度合适；b. 将其他实验设备依次放置，并固定好；c. 将白纸或投影屏幕放置在适当位置，作为接收屏幕。
2. 折射实验：a. 将一个透明介质放置在平台上，利用激光器或白炽灯发出的光线，射入介质中，观察光线在介质中传播的路径，并测量入射角和折射角；b. 根据测得的数据计算出介质的折射率，并与标准值进行比较。
3. 反射实验：a. 将一个平面镜或镜子放置在平台上，以白炽灯为光源，发出光线射向镜面；b. 观察光线的反射方向和反射角，并与入射角进行比较。
4. 透镜实验：a. 放置一个凸透镜或凹透镜在平台上；b. 调节光源和凸透镜的位置，观察通过透镜后的光线成像情况，并测量成像距离与物距、像距与物距的比值。
5. 光栅实验：a. 将一个光栅放置在平台上，以激光器为光源，透过光栅发出光线；b. 观察光线经过光栅后的衍射效应，记录衍射角度。
6. 实验总结：a. 将实验所得数据整理，进行数据分析和总结；b. 对实验过程中的问题进行讨论和解答。
五、实验结果与分析通过以上实验，学生能够观察到光在折射、反射、成像和衍射过程中的特点，并掌握相关计算方法。
如何设计光学实验以研究光的偏振现象？
如何设计光学实验以研究光的偏振现象？在光学领域中，光的偏振现象是一个重要的研究课题。
通过设计合适的实验，我们能够更深入地理解光的偏振特性及其应用。
接下来，让我们一起探讨如何设计这样的光学实验。
首先，我们需要明确实验的目的。
研究光的偏振现象，主要是为了了解光的振动方向特性、偏振态的变化以及偏振光在不同介质中的传播规律等。
基于这些目的，我们可以开始规划实验的基本框架。
实验器材的选择至关重要。
我们需要准备光源，例如激光笔，它能提供较强且方向性好的光束。
还需要偏振片，这是实现光偏振控制的关键元件。
此外，光屏用于观察光的分布，以及一些测量角度的工具，如量角器。
在实验装置的搭建上，我们可以让激光笔发出的光垂直照射在第一个偏振片上，这个偏振片称为起偏器。
经过起偏器后的光就成为了偏振光。
然后，在起偏器后面放置第二个偏振片，称为检偏器。
通过旋转检偏器，观察光屏上光强的变化。
在进行实验操作时，先固定起偏器的方向，然后缓慢旋转检偏器。
我们会发现，当检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向平行时，光屏上的光强最强；当两者的偏振方向垂直时，光强最弱，甚至完全消失。
这一现象直观地展示了光的偏振特性。
为了更深入地研究，我们可以改变起偏器和检偏器之间的夹角，测量不同角度下光屏上的光强，并记录数据。
通过分析这些数据，可以得出光强与偏振角度之间的关系，进一步验证马吕斯定律。
除了上述简单的实验装置，我们还可以设计更复杂的实验来研究光在不同介质中的偏振现象。
比如，让偏振光通过各种晶体，如方解石晶体。
观察偏振光在晶体中的双折射现象，以及出射光的偏振态变化。
在实验过程中，要注意控制实验环境。
避免周围环境中的杂散光对实验结果产生干扰。
同时，要确保实验器材的摆放稳定，测量角度的准确性。
另外，我们可以拓展实验内容，研究偏振光在反射和折射时的偏振特性。
让偏振光以不同的角度入射到透明介质表面，观察反射光和折射光的偏振态变化。
通过测量和分析数据，总结出光在反射和折射时偏振态的变化规律。
光学设计实验报告范例
实验报告题目：光学显微镜系统设计实验一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本步骤和原理。
2. 学会运用光学设计软件进行光学系统设计。
3. 熟悉光学元件的选用和光学系统的优化方法。
4. 掌握光学系统性能参数的评估和调整技巧。
二、实验器材1. 光学设计软件：ZEMAX2. 相关实验指导书3. 光学元件：物镜、目镜、分划板、斯米特屋脊棱镜等4. 光具座：二维滑块支架、一维滑块支架5. 待测物体三、实验原理光学显微镜系统主要由物镜、目镜、分划板、斯米特屋脊棱镜等光学元件组成。
实验中，我们通过ZEMAX软件进行光学系统设计，实现物镜对物体的放大成像，并通过目镜观察放大后的图像。
四、实验步骤1. 设计说明书和镜头文件：根据实验要求，设计说明书和镜头文件应包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件。
2. 部分技术参数选择：目镜放大率为10倍，目镜最后一面到物面沿光轴的几何距离为280毫米，对工件实边缘的对准精度为2.2微米。
其他参数根据实验要求自定。
3. 系统结构设计思路：a. 系统结构框图：物体经物镜所成的放大的实像与分划板重合，两者一同经目镜成一放大的虚像。
b. 棱镜选择：采用斯米特屋脊棱镜，使系统成正像，并且使光路转折45角，以便于观察和瞄准。
c. 物镜系统设计：采用物方远心光路，即孔径光阑位于物镜像方焦面上，避免景深影响瞄准精度。
4. 光学元件选用和优化：a. 物镜：选择焦距适中、成像质量高的物镜。
b. 目镜：选择放大倍数合适、视场较大的目镜。
c. 斯米特屋脊棱镜：选择折射率适中、夹角较小的斯米特屋脊棱镜。
d. 光学系统优化：通过ZEMAX软件对光学系统进行优化，使系统性能达到最佳。
5. 性能参数评估和调整：a. 评估系统性能参数，如放大率、视场、分辨力等。
b. 根据评估结果，对光学元件进行适当调整，提高系统性能。
五、实验结果与分析1. 设计的显微镜系统放大倍数为100倍，视场为5毫米，分辨力为0.2微米。
光学设计实验报告
1. 了解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 熟悉光学设计软件（如ZEMAX）的操作，掌握基本的光学设计流程。
3. 学会应用光学设计软件进行光学系统设计，并优化系统性能。
4. 分析实验结果，总结光学系统设计经验。
二、实验器材1. 光学设计软件（如ZEMAX）2. 实验指导书3. 相关光学元件（如透镜、棱镜、分划板等）三、实验内容1. 设计一个显微镜光学系统，包括物镜、目镜和光学系统镜头文件。
2. 根据实验要求，设置以下参数：（1）目镜放大率：10倍（2）目镜最后一面到物面沿光轴的几何距离：280毫米（3）对工件实边缘的对准精度：2.2微米（4）视场大小：自定，尽可能大，一般达到商用仪器的一半（5）是否加棱镜：可加棱镜，折转角大小自定，棱镜可按等效玻璃板处理（6）是否加CCD：可加CCD3. 设计系统结构框图，并绘制系统结构图。
4. 设计物镜系统，采用物方远心光路，即孔径光阑位于物镜像方焦面上。
5. 设计目镜系统，根据目镜放大率和物镜成像位置，确定目镜的焦距和成像位置。
6. 对物镜和目镜进行整体优化或独立优化。
7. 分析实验结果，总结光学系统设计经验。
1. 打开光学设计软件（如ZEMAX），创建新的光学系统项目。
2. 添加光学元件，包括物镜、目镜和光学系统镜头文件。
3. 设置光学元件的参数，如焦距、半径、折射率等。
4. 设计系统结构，根据实验要求，调整光学元件的位置和距离。
5. 运行优化算法，对光学系统进行优化。
6. 分析实验结果，如成像质量、视场大小、对准精度等。
7. 根据实验结果，调整光学元件参数和系统结构，进一步优化光学系统。
8. 完成实验报告，总结实验结果和经验。
五、实验结果与分析1. 成像质量：通过优化算法，使成像质量达到最佳状态，如对比度、分辨率等。
2. 视场大小：根据实验要求，设置视场大小，确保观察范围足够。
3. 对准精度：通过优化光学系统，提高对准精度，满足实验要求。
4. 优化经验：在实验过程中，总结以下优化经验：（1）合理设置光学元件参数，如焦距、半径、折射率等。
高中光学实验设计与数据处理技巧
高中光学实验设计与数据处理技巧光学实验是高中物理实验中重要的一环，通过实验可以帮助学生加深对光学知识的理解，并培养实验操作和数据处理的能力。
本文将介绍几种常见的光学实验设计与数据处理技巧，供高中生参考借鉴。
实验一：光的折射定律实验目的：验证光的折射定律。
材料：光源、单色光、直角三棱镜、软尺、直尺。
步骤：1. 将光源放置在一定距离处，保持光线直射。
2. 在光线路径上放置直角三棱镜，使光线发生折射。
3. 使用软尺和直尺测量入射角和折射角，并记录数据。
4. 重复实验多次，取平均值。
数据处理：1. 计算入射角和折射角的正弦值并记录。
2. 使用折射定律公式sin(i)/sin(r) = n，计算折射率n的值。
3. 对不同颜色光重复实验，并比较折射率的差异。
实验二：光的干涉实验目的：观察光的干涉现象，并了解干涉的条件。
材料：相干光源、双缝衍射装置、白色荧光屏。
步骤：1. 将相干光源放置在适当位置上，保持平行光。
2. 在光路上放置双缝衍射装置，调整缝宽和缝距。
3. 将白色荧光屏放置在一定距离处，等待图像稳定。
4. 观察衍射干涉图样，并记录观察结果。
数据处理：1. 根据观察记录图案的条纹间距。
2. 使用双缝衍射公式d·sinθ = mλ进行计算，其中d为缝隙间距，θ为角度，m为干涉级数，λ为波长。
3. 计算干涉级数m的平均值。
实验三：光的偏振实验目的：观察光的偏振现象，了解偏振光的产生和特性。
材料：偏振片、偏振光源、闪光灯、旋转台。
步骤：1. 将偏振光源放置在一定距离处，保持平行光。
2. 在光路上放置偏振片，并调节角度。
3. 使用闪光灯照射偏振片，观察光线通过后的偏振特性。
4. 将偏振片放置在旋转台上，旋转角度。
数据处理：1. 观察不同角度下透过偏振片的亮度和偏振方向的变化。
2. 记录观察结果，绘制亮度和偏振方向的变化曲线。
3. 分析曲线，得出不同角度下偏振片的特性。
实验数据的处理与分析在光学实验中占据重要的位置。
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光学设计性实验
题目：测量液体折射率
姓名：
性别：男
学院：
年级：2010
学号：
指导教师：赵瑛
用三种方法测量液体折射率
摘要：液体折射率的测量在实际生活中有很多用途，测量方法也多种多样，也各有利弊。
在学完大学基本物理实验后对液体测量有了新的想法，主要利用的牛顿环和劈尖干涉来测量液体折射率。
其优势在于结果误差小、快捷和原理简单。
关键词：液体折射率 牛顿环 劈尖干涉 布鲁斯特角
引言：在研究 光的干涉和衍射过程中，都在空气中进行，即n=1。
只要将装置放在被测液体中，那么n 就可以被测量出来。
原理上有很强的可行性和可操作性，是较为理想的测量方法。
在实际测量中要注意实验操作和数据分析。
测量液体折射率的三种方法：
一、利用牛顿环测液体（水）折射率 实验原理：
牛顿环仪是由待测平凸透镜L 和磨光的平玻璃板P 安装在金属框架F 中构成的。
牛顿环是由等厚干涉形成的干涉条纹。
根据所学的知识，任意俩干涉环的半径平方差和干涉级及序环数无关，而只与俩个环的序数之差有关，即
λ
R m m n r r m m )(212
12
2-=-。
在空气中，n=1；在液体中，n 值为被测值。
利用牛顿
环原理，有公式：
λR k k r r m m )(122122-=- 在空气中
λR j j n r r j j )(122122-=- 在液体中
令1212j j k k -=-，俩式做比可以得到： 21
222
22
2j j m m r
r
r r n --=
，故只要分别测出
在空气中和液体中牛顿环相同干涉级下的环的半径作比即可。
实验步骤：
1.找到合适的牛顿环仪，并做好实验准备；
2.在空气中测量牛顿环的半径，并记录实验数据；
3．在俩透镜夹层弄湿，将空气薄膜变成液体薄膜，测量牛顿环的半径，并记录实验数据； 4.计算结果。
实验数据：
数据分析：
代入公式 21
22
2
22
2j j m m r
r
r r n --=
，计算可得：n=1.2815
方法二：劈尖干涉测水的折射率 实验原理：
将俩块平板玻璃叠放在一起，一端用细丝将其隔开，则形成以劈尖形空气薄膜。
若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面发射的俩束光将发生干涉。
干涉条纹是一组明暗相间的等间距的直条纹。
对于暗纹来说：
θ
λ
sin 221
22
0n n j
d -=
由此可得，条纹间距为： α
sin cos 2222i n a
x =∆
对于空气来说：
α
λ
sin cos 2211i n x =
∆
所以
2
12x x n ∆∆=。
即，只要
得到在空气和水中的条纹间距就可以计算出液体的折射率。
实验步骤：
1. 将实验器材安装好，一杯液体水和毛涮
2. 在空气中调整装置，能观察到清晰的明暗相间的条纹；
3. 在液体水中观察条纹，并在合适的条纹数下记录条纹间距；
4. 数据分析和实验结论。
数据分析： 代入公式2
12x x n ∆∆=
分析得：n1=1.38 n2=1.43 n3=1.3
结论：水的折射率 n=1.3。
方法三：最小偏向角法
实验原理：
在三棱玻璃柱内灌满液体水，利用分光计测定最小偏向角δ。
根据所学的知识，在入射光线和出射光线出于光路对称的情况下，偏向角最小，记为m δ。
可以证明液体折射率n 与棱镜角A 、最小偏向角m δ有如下关系：
2
sin
2sin
A A n m δ+=
因此，只要测出A 和m δ就可以求得液体折射率n 。
实验步骤：
1. 先调平分光计；
2. 用钠灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束；
3. 测定最小偏向角，实验具体步骤见普通物理实验光学部分；
4. 记录实验数据，处理数据，得出结论。
实验数据：
数据分析：
由以上数据，最终可得A=4359'o m δ=2424'o 代入公式2
sin
2sin
A A n m
δ+=
得：
n=1.349. 值比水的标准值1.33要大，是因为在玻璃表面也有光的折射，使最小偏向角变大了些，进而使折射率变大。
前景展望：
液体折射率的测量将更加简便和准确，方法也会更加实用。