光学设计实验二
大学物理光学实验报告(二)2024
大学物理光学实验报告（二）引言概述：本文是关于大学物理光学实验报告（二）的文档。
光学实验是大学物理课程中非常重要的一部分，通过实验可以帮助学生巩固理论知识，并深入了解光学原理和现象。
本次实验主要包括室内实验和室外实验两个部分，分别探究了光的干涉、衍射以及偏振现象。
本文将从以下五个大点进行阐述。
一、双缝干涉实验在本部分中，我们首先会介绍双缝干涉实验的原理和装置。
随后，我们会详细描述实验的步骤和操作，包括测量光源到狭缝及狭缝到屏幕的距离、测量干涉条纹的间距以及改变光波长和狭缝间距对干涉条纹的影响等。
最后，我们会分析实验结果并得出结论。
二、杨氏双缝干涉实验在本部分中，我们将介绍杨氏双缝干涉实验的原理和装置。
然后，我们会描述实验过程，包括测量干涉条纹的间距、改变狭缝间距对干涉条纹的影响以及在不同光波长下观察干涉现象。
最后，我们会对实验结果进行分析和总结。
三、单缝衍射实验本部分将介绍单缝衍射实验的原理和装置。
我们会详细描述实验过程，包括测量衍射角度和衍射条纹的宽度、改变狭缝宽度对衍射现象的影响以及观察在不同波长下的衍射现象。
最后，我们会根据实验结果进行分析，并给出结论。
四、偏振实验在本部分中，我们将介绍偏振实验的原理和装置。
我们会描述实验的步骤和操作，包括观察线偏振光的特性、调节偏振片的角度以及观察偏振片对光波的影响等。
我们还会进行实验结果的分析，并得出结论。
五、室外实验在本部分中，我们将介绍室外实验的内容。
我们会详细描述实验的步骤和操作，包括观察大气衍射现象、测量太阳高度角以及利用反射现象观测物体的实际高度等。
最后，我们会对实验结果进行分析，并给出相应结论。
总结：通过本次大学物理光学实验，我们深入了解了光的干涉、衍射以及偏振现象。
我们通过双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、单缝衍射实验和偏振实验探究了这些现象的原理和特性，并通过室外实验观察了大气衍射现象和反射现象等。
通过实验的操作和数据分析，我们对光学原理有了更深刻的理解，并得出了相关结论。
初中物理光学实验实验单
初中物理光学实验实验单实验名称：光的反射与折射实验实验目的：通过实验观察光的反射和折射现象，了解光的传播规律。
实验器材：1. 平面镜2. 直尺3. 透明玻璃板4. 光源（如激光笔）5. 直角三棱镜实验步骤：实验一：光的反射1. 将平面镜竖直放置在桌面上。
2. 将光源置于平面镜的一侧，并打开。
3. 用直尺作为光线的入射线，调整直尺的角度，使光线射向平面镜。
4. 观察光线射向平面镜后的反射现象，并记录观察结果。
实验二：光的折射1. 将透明玻璃板固定在桌面上。
2. 将光源置于透明玻璃板的一侧，并打开。
3. 用直尺作为光线的入射线，调整直尺的角度，使光线射向透明玻璃板。
4. 观察光线射向透明玻璃板后的折射现象，并记录观察结果。
实验三：光的色散1. 将直角三棱镜放置在桌面上。
2. 将光源置于直角三棱镜的一侧，并打开。
3. 用直尺作为光线的入射线，调整直尺的角度，使光线射向直角三棱镜。
4. 观察光线射向直角三棱镜后的色散现象，并记录观察结果。
实验注意事项：1. 在实验过程中，保持实验环境光线暗淡，以便观察光线的反射、折射和色散现象。
2. 保持实验器材的清洁，以避免杂质对实验结果的影响。
3. 实验结束后，关闭光源并及时清理实验场地。
实验结果分析：1. 实验一观察到光线射向平面镜后发生反射，反射角等于入射角。
2. 实验二观察到光线射向透明玻璃板后发生折射，入射角和折射角之间遵循折射定律。
3. 实验三观察到光线射向直角三棱镜后发生色散，不同波长的光线被折射的角度不同，使光线分散成不同颜色的光谱。
实验结论：1. 光的反射是光线遇到界面时发生的现象，反射角等于入射角。
2. 光的折射是光线从一种介质传播到另一种介质时发生的现象，入射角和折射角之间遵循折射定律。
3. 光的色散是光线从一种介质射入另一种介质时，不同波长的光线被折射的角度不同，使光线分散成不同颜色的光谱。
通过本次实验，我们深入了解了光的反射、折射和色散现象，进一步认识了光的传播规律。
光学设计性实验02
光弹性实验一．实验目的1.光弹性实验是一种光学的应力测量方法，是材料力学实验的重要组成部分。
通 过该实验熟悉光弹性等色条纹级次的判定方法。
2.理解材料条纹的力学意义 二．实验原理塑料、玻璃等非晶体在通常情况下是各向同性而不产生双折射现象的。
但是当它们受到应力的时候，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现象称为光弹性效应。
光弹性法的光源有单色光和白光两种，单色光是只有一种波长的光；白光则是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种单色光组成的。
发自光源的自然光是向四面八方传播的横振动波。
当自然光遇到偏振片时，就只有振动方向与偏振轴平行的光线才能通过，这就形成平面偏振光，其振动方程为vtA u λπ2sin= （1）式中A 为光波的振幅，λ为单色光的波长，v 为光波的传播速度，t 为时间。
根据光学原理，偏振光的强度与振幅A 的平方成正比，即2KA I = （2） 比例常数K 是一个光学常数。
用具有双折射性能的透明材料（如环氧树脂塑料或聚碳酸脂塑料）制成与实际构件相似的模型，并将它放在起偏镜和检偏镜之间的平面偏振光场中（见图1）。
当模型不受力时，偏振光通过模型并无变化。
如模型受力，且其某一单元的主应力为1σ和2σ，则偏振光通过这一单元时，又将沿1σ和2σ的方向分解成互相垂直，传播速度不同的两束偏振光，这种现象称为双折射。
由于两束偏振光在模型中的传播速度并不相同，穿过模型后它们之间产生一个光程差∆。
实验结果表明，∆与该单元主应力差()21σσ-和模型厚度h 成正比，即()21σσ-=∆Ch （3）式中比例常数C 与光波波长和模型材料的光学性质有关，称为材料的光学常数。
公式（3）称为应力光学定律。
光弹性法的实质，是利用光弹性仪测定光程差∆的大小，然后根据应力光学定律确定主应力差。
三．平面偏振布置PAΨσ1σ2uu 1,u ‘1u 2,u‘2o图2偏振轴与应力主轴的相对位置图1 受力模型在正交平面偏振布置中光源起偏镜模型检偏镜PA如图1所示的正交平面偏振布置，用符号P 和A 分别代表起偏镜和检偏镜的偏振轴。
光学设计实验(二)_折射率测定实验
现代光学设计实验（二）物质折射率测定实验光学作为一门本科光学专业的必修课，主要以理论知识的形式出现，在诸多具体应用中，也多是仅提出一种方法，具体的应用过程都要进行光电信号的有机结合。
本实验的目的即是结合理论基础与实际应用，实现光电的有机结合。
1. 设计要求本课程是一门以实践为主的综合实验技术科，要求学生在已学过的波动光学、数字电路、模拟电路等相关基础课、专业课和实验课的基础上，提出一套实用的物质折射率测定方案，设计必要的光学系统和硬件电路，完成光电信号的转换，物理信号与硬件电路的有机结合，实现对物质折射率的准确测量。
2. 物质折射率测定原理2.1 双缝干涉原理如图1所示，由光源S 发出的光的波阵面同时到达1S 和2S 。
通过1S 和2S 的光将发生衍射现象而叠加在一起。
由于1S 和2S 是由S 发出的同一波阵面的两部分，所以这种产生光的干涉的方法叫做分波阵面法。
图1 双缝干涉原理考虑屏上任意一点P ，从1S 和2S 到P 的距离分别为1r 和2r 。
由于在图示装置中，从S 到1S 和2S 等远，所以1S 和2S 是两个同相波源。
因此在P 处的强度就仅由从1S 和 2S 到PS点的波程差决定。
有图可知，这一波程差为θδsin 12d r r ≈-=式中θ是P 点的角位置，即1S 2S 的中垂线MO 与MP 之间的夹角。
通常θ很小。
所以有：Dx dθd θd r r δ=≈≈-=tan sin 12产生明纹的条件为：λδk ±= k=0,1,2…其在屏上的位置为：λdD kx k ±=± k=0,1,2…产生暗条纹的条件为：2)1 2(λδ+±=k k=0,1,2…其在屏上的位置为：λdDk x k 2)1 2( )12(+±=+± k=0,1,2…2.2 实用折射率检测系统当我们在双缝干涉中将一折射率n 厚度为h 的物体放在S1前面时就引入了额外光程差δ∆，表现为条纹在屏上发生了位移x ∆。
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。
光学设计全程实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学设计的基本原理和过程；2. 掌握光学设计软件（如ZEMAX）的基本操作和应用；3. 通过实验，提高对光学系统性能的评估和优化能力；4. 深入理解光学系统中的各类元件及其作用；5. 培养团队协作和实验操作能力。
二、实验器材1. 光学设计软件（ZEMAX）；2. 相关光学元件（透镜、棱镜、光阑等）；3. 光具座、读数显微镜等辅助仪器；4. 设计说明书和镜头文件。
三、实验内容1. 光学系统设计思路（1）系统结构框图：设计一个简单的光学系统，包括物镜、目镜、光阑等元件，使系统成正像。
（2）系统结构设计：根据系统结构框图，设计物镜、目镜、光阑等元件的几何参数，并确定系统的主要技术参数。
2. 镜头设计（1）物镜设计：根据设计要求，选择合适的物镜类型，确定物镜的焦距、孔径、放大率等参数。
（2）目镜设计：根据设计要求，选择合适的目镜类型，确定目镜的焦距、放大率等参数。
3. 系统优化（1）优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
（2）优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
4. 仿真分析（1）使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
（2）分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
5. 实验报告撰写（1）总结实验过程中遇到的问题及解决方法。
（2）对实验结果进行分析和讨论。
四、实验步骤1. 设计光学系统结构框图，确定系统的主要技术参数。
2. 在ZEMAX软件中建立光学系统模型，设置物镜、目镜、光阑等元件的几何参数。
3. 优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
4. 优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
5. 使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
6. 分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
7. 撰写实验报告，总结实验过程、结果及分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）物镜焦距：f1 = 100mm；（2）目镜焦距：f2 = 50mm；（3）放大率：M = 2；（4）分辨率：R = 0.1mm；（5）对比度：C = 0.8。
光学设计实验指导书
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作一．实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。
二．实验要求a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。
b)掌握ZEMAX软件的用户界面。
c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。
d)学会使用ZEMAX的帮助系统。
三．实验内容1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示：图1.1 ZEMAX用户界面2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。
3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。
5．调用ZEMAX自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。
6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。
7．掌握镜头数据编辑（LDE）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。
8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。
9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。
四．报告要求：1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件，生成其2D图、实体（转角）、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）、规则报告（截屏至“角度放大率”）和图解报告4。
截屏后打印出来。
2. 试在打印出来的2D图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、范围）；比较分析LDE窗口中两个“半径”（Radius和Semi-Diameter）具体指的是什么，并定性的在2D图中标出第5面和第7面分别的Radius和Semi-Diameter。
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。
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。
光学系列实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学实验的基本原理和实验方法；2. 掌握光学仪器的基本操作和调整技巧；3. 通过实验验证光学理论，加深对光学知识的理解；4. 培养团队合作精神和实验技能。
二、实验内容及步骤1. 实验一：光的反射和折射（1）实验目的：验证光的反射和折射定律，了解光在介质中的传播规律。
（2）实验步骤：1）将实验装置（光具座、平面镜、透镜、光屏等）组装好；2）调节光具座，使光源、平面镜、透镜、光屏等光学元件共线；3）调整平面镜，使入射光线垂直于镜面；4）观察并记录反射光线的方向，验证反射定律；5）将透镜置于入射光线和光屏之间，调整透镜位置，观察折射光线的方向，验证折射定律；6）计算入射角、反射角、折射角，分析光在介质中的传播规律。
（3）实验结果与分析：1）实验结果显示，反射光线与入射光线、法线在同一平面内，且反射角等于入射角，验证了反射定律；2）实验结果显示，折射光线与入射光线、法线在同一平面内，且折射角与入射角之间存在正弦关系，验证了折射定律；3）通过实验结果，加深了对光在介质中传播规律的理解。
2. 实验二：薄膜干涉（1）实验目的：观察薄膜干涉现象，了解干涉原理和薄膜厚度与干涉条纹的关系。
（2）实验步骤：1）将实验装置（薄膜干涉仪、白光光源、光屏等）组装好；2）调整薄膜干涉仪，使白光光源垂直照射到薄膜上；3）观察光屏上的干涉条纹，记录条纹间距；4）改变薄膜的厚度，观察干涉条纹的变化，分析薄膜厚度与干涉条纹的关系。
（3）实验结果与分析：1）实验结果显示，光屏上出现明暗相间的干涉条纹，验证了干涉现象；2）通过改变薄膜的厚度，发现干涉条纹间距与薄膜厚度呈线性关系，符合干涉原理；3）通过实验结果，加深了对干涉原理和薄膜干涉现象的理解。
3. 实验三：衍射和光的衍射极限（1）实验目的：观察光的衍射现象，了解衍射原理和衍射极限。
（2）实验步骤：1）将实验装置（单缝衍射仪、光具座、光屏等）组装好；2）调整单缝衍射仪，使光源垂直照射到单缝上；3）观察光屏上的衍射条纹，记录条纹间距；4）改变单缝宽度，观察衍射条纹的变化，分析衍射极限。
光学设计实验二双胶合透镜系统设计
实验二：双胶合透镜系统
一．实验目的
掌握胶合透镜的设计方法、原理、过程及透镜系统的优化处理方法；
二．透镜系统的结构性能要求
1）相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；
2）视场角为0︒；
3）玻璃材料分别为BK7，SF1；
4）相对波长为可见光波长；
5)厚度为3mm；
三．实验步骤
一个双透镜采用两片玻璃胶合，曲率半径大小相同。
通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。
这样会产生较好的像质。
1．系统参数的设置：F/#为4；
视场角为0︒；
工作波长可见光波长；
2．结构参数的设置：第一个面焦距为100mm，厚度为3mm，玻璃材料为BK7；
STO面焦距为-100mm，厚度为3mm，玻璃材料为SF1；
如下图所示：
四．透镜优化过程
1.将曲率半径设为变量，厚度也设为变量，权重为1，创建评价函数包括EFFL 操作数，如下图所示：
2.将厚度也设为变量，glass min为2，max,6，edge为1；air min为0.2，max 为100，edge为0.2；如下图所示：
3.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：
五．双胶合透镜系统分析
1.对于点列图，优化后的系统点列图的弥散斑明显减小了很多，如下图所示：
2.对于wavefront Map图，像差从65.46减小到0.3034。
所以双胶合透镜能够校正了像差，如下图所示：
3.对于多色光焦点漂移图，如下图所示现在已经减小了色差的线性项，，二阶色差占了优势，因此如抛物线形状所示请注意多色光焦点漂移量减少为74um单透镜为1540um），如下图所示：。
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。
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。
光学规划设计实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过对光学系统的规划设计，加深对光学原理、光学元件特性以及光学系统设计方法的理解。
通过实验，我们能够掌握以下内容：1. 光学系统设计的基本流程和原则；2. 光学元件的选用和光路布局；3. 光学系统的性能评估和优化；4. 实验数据的处理和分析。
二、实验原理光学规划设计实验主要涉及以下原理：1. 光学成像原理：利用光学元件（如透镜、棱镜等）对光线的折射、反射、衍射等现象进行控制，实现对物体成像的原理。
2. 光学系统设计方法：根据成像要求，对光学系统进行优化设计，包括光学元件的选用、光路布局、光学系统性能评估等。
3. 光学系统性能评估：通过计算或实验，对光学系统的成像质量、分辨率、畸变等性能进行评估。
三、实验仪器与材料1. 光学元件：透镜、棱镜、光阑等；2. 光源：激光器、白光光源等；3. 实验装置：光学平台、支架、读数显微镜等；4. 计算机及绘图软件。
四、实验内容1. 光学系统设计：（1）确定实验目标：根据实验要求，确定光学系统的成像质量、分辨率、畸变等性能指标；（2）光学元件选用：根据成像要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件；（3）光路布局：根据光学元件的特性和实验要求，设计光学系统的光路布局；（4）光学系统性能评估：通过计算或实验，对光学系统的成像质量、分辨率、畸变等性能进行评估。
2. 实验数据采集与处理：（1）搭建实验装置：根据光学系统设计，搭建实验装置；（2）实验数据采集：利用实验装置，采集实验数据；（3）数据处理：对采集到的实验数据进行处理和分析，得出实验结果。
五、实验步骤1. 确定实验目标：根据实验要求，确定光学系统的成像质量、分辨率、畸变等性能指标；2. 选择光学元件：根据成像要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件；3. 设计光路布局：根据光学元件的特性和实验要求，设计光学系统的光路布局；4. 搭建实验装置：根据光学系统设计，搭建实验装置；5. 实验数据采集：利用实验装置，采集实验数据；6. 数据处理与分析：对采集到的实验数据进行处理和分析，得出实验结果。
应用光学实验教材2
a）被测球面为凸面 b）被测球面为凹面
2
图 1-3
1-反光镜 2-滤光镜 3-保护玻璃
球径仪光路图
4-刻尺 5-平板玻璃 6-显微镜物镜 7-棱镜
8-螺旋线分划板
9-固定分划板
10-目镜
图 1-4
螺旋测微仪读数视场
3
四、实验内容和步骤 （1）调整反射镜使视场中达到满意的亮度。 （2）调整目镜使视场中的分划清晰。 （3）根据被测件口径选择测量环，使其获得尽量大的 x R 值。将选取好的测量环装在 仪器上。 （4）确定测量零位。首先放松测量杆的锁紧螺钉，将测量杆上移，控制手轮使测量 杆头部不超出测量环，将平晶放在测量环上。测量杆头部轻轻与平晶接触。此时读数并记 录。该读数为零位读数，用 x1 表示。 （5）取下平晶，放上被测零件，使测量杆头部与被测球面接触。记录此时读数为 x 2 。 五、实验数据记录和处理 （1）对刻尺刻度值误差的修正 设刻尺在两读数 x1 和 x 2 处的修正值分别为 Δx1 和
⎧Φ = nθ I ⎨ ⎩Φ ′ = nθ II
即
Φ ⎧ θI = ⎪ ⎪ n ⎨ ⎪θ = Φ ′ II ⎪ n ⎩
(2-3)
从有关讲义和手册所附的表中可查出 θ I 和 θ II 与角度误差和棱差的关系，对 DI-90° 棱镜为
⎧θ I = δ 45o ⎨ ⎩θ II = 1.4rA
则
Φ ⎧ δ 45o = ⎪ ⎪ n ⎨ ⎪r = Φ ′ A ⎪ 1.4n ⎩
实验五 望远镜光学特性参数测量....................................................................... 19 实验六 平行光管调校........................................................................................... 26 实验七 显微镜光学特性参数测量....................................................................... 31 实验八 光学玻璃或液体的折射率和色散测量（临界角法）........................... 37
光学实验设计性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学实验的基本原理和实验方法；2. 培养学生动手能力和创新思维；3. 通过设计性实验，提高学生对光学知识的理解和应用能力。
二、实验原理本实验旨在设计一个简单的光学实验，验证光学原理，并探讨实验设计的方法和技巧。
实验原理主要包括以下内容：1. 光的直线传播：光在同一种均匀介质中沿直线传播；2. 光的反射定律：入射光线、反射光线和法线在同一平面内，入射光线与反射光线的夹角相等；3. 光的折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线的夹角正弦之比等于两种介质的折射率之比；4. 薄透镜成像规律：物体通过薄透镜成像，成像规律与物距、像距和焦距有关。
三、实验内容1. 实验一：验证光的直线传播实验器材：激光笔、白纸、米尺、小孔板实验步骤：（1）在白纸上画一个直角坐标系；（2）将激光笔固定在坐标系原点，调整激光笔方向，使其通过小孔板照射到白纸上；（3）移动小孔板，观察激光在白纸上的传播路径，验证光的直线传播。
2. 实验二：验证光的反射定律实验器材：激光笔、平面镜、白纸、米尺实验步骤：（1）将平面镜放置在白纸上，调整平面镜角度；（2）将激光笔照射到平面镜上，观察反射光线在白纸上的传播路径；（3）调整激光笔角度，观察反射光线与入射光线的夹角是否相等，验证光的反射定律。
3. 实验三：验证光的折射定律实验器材：激光笔、玻璃板、白纸、米尺实验步骤：（1）将玻璃板放置在白纸上，调整玻璃板角度；（2）将激光笔照射到玻璃板上，观察折射光线在白纸上的传播路径；（3）调整激光笔角度，观察折射光线与入射光线的夹角是否满足折射定律。
4. 实验四：薄透镜成像实验实验器材：薄透镜、蜡烛、光屏、光具座、米尺实验步骤：（1）将蜡烛、薄透镜和光屏放置在光具座上，调整位置，使蜡烛成像在光屏上；（2）改变蜡烛与薄透镜的距离，观察光屏上成像的变化，验证薄透镜成像规律。
四、实验结果与分析1. 实验一：验证光的直线传播，实验结果表明，激光在白纸上的传播路径是直线，验证了光的直线传播原理。
《光学设计》上机实验指导书
《光学设计》上机实验指导书西安工业大学光电工程学院1目录实验一单透镜设计............................................................................ ....3实验二双透镜............................................................................ ............9实验三牛顿望远镜............................................................................ ..15实验四卷曲反射镜面和座标断点 (19)-2-实验一单透镜设计(asinglet)一、实验目的：（1）熟识光学设计软件zemax操作界面；（2）将知道如何键入光学系统的波长（wavelength)、镜头数据(lensdata)、光线像差(rayaberration)、fan，光程差（opd)，点列图（spotdiagrams)等等。
（3）确认厚度解方法（thicknesssolve)和变量（variables)，继续执行直观光学设计最佳化。
二、实验环境：（1）、硬件环境：普通pc机（2）、软件环境：zemax软件平台三、实验内容：设计一个相对孔径f/4单镜片，在光轴上可知光谱范围内采用，其焦距（focallength）为100mm，用冕牌bk7nx镜片。
四、实验步骤：首先，运转zemax。
zemax主屏幕可以表明镜片数据编辑(lde)，可以对lde窗口展开移动或再次调整尺寸，以适应环境你自己的偏好。
lde存有多行和多列共同组成，类似电子表格，曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(aperture)等列采用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才可以使用。
lde中的小格会以“反白”方式高亮显示，即以与其它格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。
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横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。图中两条AIRY表示的曲线为艾里斑范围。
2、 点列图(Spot Diagram)
点列图下方给的数可以看出每个视场的RMS RADIUS（均方根半径值）、AIRY光斑半径、GEO RADIUS为几何半径（最大半径），值越小成像质量越好。
4、 点扩散函数(PSF)和包围圆能量(Encircled Energy)
Huygens PSF表示了像面上点扩散函数的二维分布情况，并说明了点像的分布范围，
图中左下方给出了斯特列尔比（STREHL RATIO）S.D.。
Diffraction Encircled Energy为包围圆能量图，横坐标为圆半径，纵坐标为在对应圆范围内光能量占总光能的百分比，
根据占总光能30%所对应的圆半径，即可分析得到系统的分辨率极限。
5、传递函数MTF
定义调制传递函数MTF为： 一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。
横坐标是空间频率lp/mm（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大为1。.曲线曲线越高，表明成像质量越好。
序号 半径R 间隔d 玻璃 外径D
1 ∞ 0.6 K9 1.6
2 1.109 0.6 0.9
3 3.448 1.0 LAK3 1.1
4 -18.705 0.5 1.K3 0.41
7 -1.7 0.1 1.1
8 2.29 1.0 K9 1.1
整个图形以主波长的近轴焦点为参考基准。
（3）轴外细光束像差曲线（Field Curv/Dist）
左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值。
（4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(Ray Fan)
横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差，EY表示δy′(子午)，EX表示δz′(弧矢)。
另外根据分布图形的形状也可了解系统的各种几何像差的影响，如是否有明显像散或彗差特征，几种色斑的分开程度如何等。
3、 波像差
（1）光程差曲线(OPD Fan)
表示每个视场的子午和弧矢方向上的光程差。横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差。
（2）波面三维图(Wavefront Map)
此图是设定视场和色光的波像差三维分布图，下方表格中的数字给出了波差的峰谷值。
实验二 ZEMAX 中的像质评价方法
一、 实验目的
了解ZEMAX的各种像质评价方法。
二、 ZEMAX的像质评价方法
ZEMAX提供丰富的像质评价指标，现结合D=0.5，相对孔径1/4、视场94°的1/6英寸CCD广角物镜色合计参数，将主要评价结果介绍如下。
表3-1 广角物镜结构参数
9 -1.7378 0.6 ZF7 1.1
10 -14.791 1.1
1、 几何像差曲线
(1)球差曲线（Longitudinal Aberration）
纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差）。
(2)焦点色位移（Focal Shift）
表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长，