工程光学(1)实验讲义-SZU(1)
1工程光学讲稿(球面)
（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比和入射角的大小无关，只与两种
介质的折射率有关。折射定律可表示为:
siInn' 或nsiIn n'siIn ' siIn ' n
I I''
n
在折射定律中，若令n’ = -n,则得到反射定律，因此 n'
I'
可将反射定律看成是折射定律的一个特例。根据这一特点
，在光线反射的情况下，只要令 n’ = -n，所有折射光线传播的计算均适
1工程光学讲稿 (球面)
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上篇 几何光学与成像理论
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一节 几何光学的基本定律 第二节 成像的基本概念与完善成像条件 第三节 光路计算与近轴光学系统 第四节 球面光学成像系统
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一、光学 - 简介
光学真正形成一门科学，应该 从建立反射定律和折射定律的时代 算起，这两个定律奠定了几何光学 的基础。 光学 - 定义
费马原理：
B
s A ndl
dl A
光线从一点传播到另一点，无论经过多少次折射和反射，其
光程为极值（极大、极小、常量），也就是说光是沿着光程为极
值的路径传播。
利用费马原理，可以导出光的直线传播定律和反射、折射定17 律。
利用费马原理证明反射定律 设：A为点光源（x1，0，z1）
B为接受光源（x2，0，z2） P为光线的入射点（x，y，0） 由费马原理求光程的极值得：
合反射光线。
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例题：一个圆柱形空筒高16cm，直径12cm。人眼若在离筒侧某处能见到筒 底侧的深度为9cm；当筒盛满液体时，则人眼在原处恰能看到筒侧底。求该 液体的折射率。
工程光学实验报告讲诉
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。
工程光学本科实验讲义
工程光学实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院前言工程光学实验室是光学专业的专业基础实验室。
计划于2012年建成并投入使用，每次可容纳40人进行实验。
对应的实验课程由应用光学实验和物理光学实验两部分组成，是其相应两门理论课程的配套实验室，学生通过实验可获得较完整的光学知识、光学基本理论、基本技能，以进一步学习光信息技术、现代光电子技术的各门课程打下基础。
本实验室主要完成《工程光学》课程的实验环节。
目前，工程光学实验室初步建设完成2个应用光学实验，3个物理光学实验。
应用光学实验包括薄透镜焦距的测量、显微镜和望远镜的特性研究2个实验；物理光学实验包括等厚干涉、多光束等倾干涉（法布里-珀罗干涉仪）、偏振3个基本实验。
带*号的内容为选作实验环节。
2011-12光学实验守则1．请准时进入实验室，保持室内卫生，与实验无关的位物品不准带入实验室。
2．要认真预习实验内容，按老师的要求做好实验预习报告，无预习者不得做实验。
实验后按要求、按时完成实验报告。
3．实验时首先检查所用仪器设备是否齐全完好，了解仪器正确使用方法。
不了解仪器的结构和操作方法时不得动用仪器设备。
4．接通电源时，应注意电源电压，要正确选用仪器所需的相应变压器。
防止损坏仪器及触电的危险。
5．避免直视激光等强光源，眼睛尽量不要停留在与光源平高的位置，以免带来不必要的伤害；6．绝对禁止用手指和不洁物品触摸或擦拭光学零件表面。
7．不得随意动用与本次实验无关的仪器，损坏仪器者要按学校规定赔偿。
8．实验完毕，请整理好仪器设备及室内卫生，经老师检查后方能离开实验室。
实验预习要求1．实验内容：实验目的和老师提出的要求。
2．实验仪器：所使用的仪器和光学物镜。
3．实验原理：实验光路图及公式。
4．实验方法和步骤。
5．实验结果分析。
6．思考题回答。
7．对本实验提出改进意见。
实验报告内容（上交）班级：学号：姓名：1．实际实验光路和步骤简述。
2. 实验数据记录.3．实验结果分析以及结论。
最新【】工程光学第1章模版课件ppt课件
同处一个平面内；
⑵. 入射角与折射角的正弦之比
等于两种介质的折射率之比。即： sin I ' n sin I n'
或: n'siIn 'nsiInΒιβλιοθήκη 144、光线传播的可逆性 A
B
C
5、在某种特殊变换下，折射定律转化为反射定律。
在折射定律中，若令n’= - n , 即得：I’= - I
反射定律是折射定律当n’= - n时的特殊情况
必修课，专业基础课，主干课程
1
经常采用自问、自答方式进行学习，即： 需要解决？问题？ 运用？知识和方法？
如何进行工作？
或：运用该知识和方法 能解决？问题？ 如何进行工作？
如：设计一走廊监控摄像系统
要解决？？问题？ 几十米深度走廊空间几何成像问题
运用？？知识和方法？ 1、单光组成像原理、公式； 2、变焦组合镜头的原理； 3、变光阑调节光照度和景深； 4、仪器的机械尺寸、控制与安装等。
工程光学主要研究可见光的光学现象和规律。可见光波段的 波长和频率范围为：
波长λ： 4.0×10-7 ～ 7.5×10-7 米（真空中） 频率 f ： 7.5×1014 ～ 4.0×1014 Hz
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2、光源
单色光： 具有单一波长的光 复色光： 由多种波长混合而成的光 发光体或光源： 能辐射光能(包括反射)的物体 发光点或点光源： 无大小、无体积、有能量的几何点
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第一章 几何光学基本定律与成像概念
第一节 基本概念
1、光波
光波是一种电磁波，其基本特征用三个物理量描述：
光速c、波长λ、频率f 。三者关系：c=λf ，不同介质中， 光速和波长不同：c=c0 /n，λ=λ0 /n ， 频率不变!
工程光学实验PPT课件
• 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、品字形物屏P： SZ-14 • 3、凸透镜L： f=190mm(f=150mm) • 4、二维调整架： SZ-07 • 5、平面反射镜M • 二维调整架： SZ-07 • 7、通用底座： SZ-04 • 8、二维底座： SZ-02 • 9、通用底座： SZ-04
• 光学表面上如有灰尘，用实验室专备的干燥脱脂棉轻轻拭去或 用橡皮球吹掉。
• 光学表面上若有轻微的污痕或指印，用清洁的镜头纸轻轻拂去， 但不要加压擦拭，
• 更不准用手帕、普通纸片、衣服等擦拭。若表面有较严重的污 痕或指印，应由实验室人员用丙酮或酒精清洗。所有镀膜面均 不能接触或擦拭。
• 防止唾液或其溶液溅落在光学表面上。
F1经Lo后成一放大实像F’1，然后再用目镜Le作为放大镜观察 这个中间像F’1，F’1应成像在Le的第一焦点Fe之内，经过目镜 后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。 • 三、实验仪器 • 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S • 2、1/10mm分划板F1
•
mx=(像宽/实宽)÷20 （20为测微目镜的放大倍数）
• 像距改变量：s=(a1-a2)+(b2-b1)
• 被测目镜焦距：fe=s/(m2-m1)
• 实验四 自组显微镜
返回
• 一、实验目的 • 了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的
放大率的一种方法。
• 二、实验原理 • 物镜Lo的焦距fo很短，将F1放在它前面距离略大于fo的位置，
2 F 3 4 Le 5
工程光学1实验指导书教材
实验仪器简介1、仪器结构及测量原理光具座结构如图1 — 1所示，它由平行光管（1）、透镜夹持器（2）、测量 显微镜（3）及带有刻度尺的导轨（4）组成（1）平行光管常用的平行光管物镜焦距有 550mm 、1000mm 和2000mm 等。
在平行光管 物镜物方焦平面上有一可更换的分划板，分划板经平行光管成像为一无限远物 体，作为测量标记。
常用的分划板有图 1—2所示的用于测量焦距用的玻罗板， 图1—3所示的检测光学系统分辨率的鉴别率板和检验成像质量的星点板等。
2\ 22- M 25图1 — 3分辨率板（2）测量显微镜测量显微镜是用来测量经被测物镜所成的像 （或物体）大小的。
它由物镜和 测微目镜组成，物镜是可以更换的（根据被测物的大小可以更换不同放大倍率的 物镜）。
测微目镜是用来读取测量数值的，其结构如图 1—4所示。
光具座1 2图1 — 1光具座结构示意图图1— 2玻罗板图1—4测微目镜结构图测微目镜由目镜（1）、固定分划板（2）、活动分划板（3）和测微读数鼓轮（4）四部分组成。
测量原理是：读数鼓轮每旋转一圈（即测微螺杆移动一个螺距）活动分划板上刻线移动量为固定分划板刻线的一个格。
测量时，首先旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体起始位置，由活动分划板双刻线在固定分划板刻线位置读取毫米数（整数），再从读数鼓轮读取小数，然后再次旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体终止位置，继续读取数据，两次读数之差即为被测物体大小。
2、仪器技术指标（1）550mn光具座①平行光管物镜名义焦距？’= 550 mm通光口径 D = 55 mm相对孔径1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板十字线分划板鉴别率板U号、川号③测量显微镜物镜：1倍测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm（2）GJZ —1型光具座①平行光管物镜名义焦距？’= 1000 mm 实测焦距？’= 997.47 mm 通光口径 D = 100 mm相对孔径1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板 刻度范围±20， 格值 鉴别率板1 、2、3、 4、 5号③测量显微镜物 镜：1 倍 NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25 测微目镜： 分划板格值 1mm测微鼓轮格值被测物镜最大口径 被测物镜焦距范围 （3）CXW —1 型光具座 ①平行光管物镜 名义焦距 通光口径 相对孔径复消色差）? = 2000 mm D = 150 mm 1:13.3实测焦距=1973.9 mm1mm 0.01 mm±40° 25 mm测微鼓轮格值 0.01 mm②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板 刻线间距： 1、2、4、10、20、40mm星点板 星点直径： 0.005 mm 、0.008 mm 、0.01 mm十字线分划板 刻度范围 ±20， 格值鉴别率板1 、2、3、 4、 5号③测量显微镜物 镜：0.25倍 NA = 0.015 0.5倍 NA = 0.031 倍 NA = 0.0752.5倍 NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜： 分划板格值 测微鼓轮格值 测量显微镜偏摆角度 测量显微镜横向移动量测量显微镜高度升降范围±5 mm 被测物镜最大口径 ① 130 mm 被测物镜焦距范围±1200 mm3、仪器调整与操作（ 1 ）根据测量项目选择平行光管物镜物方焦平面上分划板。
工程光学实验教材
试验一自组望远镜 (测量试验)一、试验目旳理解望远镜旳基本原理和构造, 并掌握其调整、使用和测量它旳放大率旳措施。
二、试验原理最简朴旳望远镜是由一片长焦距旳凸透镜作为物镜, 用一短焦距旳凸透镜作为目镜组合而成。
远处旳物通过物镜在其后焦面附近成一缩小旳倒立实像, 物镜旳像方焦平面与目镜旳物方焦平面重叠。
而目镜起一放大镜旳作用, 把这个倒立旳实像再放大成一种正立旳像, 如图五所示。
三、试验仪器1.带有毛玻璃旳白炽灯光源S2.毫米尺F L=7mm3.二维调整架: SZ-074.物镜Lo: fo=225mm5.二维调整架: SZ-076、测微目镜Le: （去掉其物镜头旳读数显微镜）7、读数显微镜架: SZ-388、滑座: TH709、滑座: TH70Y10、滑座: TH70Y11.滑座: TH7012、白屏: SZ-13四、仪器实物图及原理图图四五、试验环节1、把所有器件按图四旳次序摆放在导轨上, 毫米尺竖直放置, 靠拢后目测调至共轴, 把标尺放在毫米尺一侧。
把F和Le旳间距调至最大, 沿导轨前后移动Lo, 使一只眼睛通过Le看到清晰旳完整毫米尺上旳刻线。
再用另一只眼睛看标尺, 读出测微目镜看到旳像在标尺上旳尺寸。
六、数据处理毫米尺尺寸AB；像在标尺上旳尺寸A＂B＂望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB七、试验成果:1.数据: 毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上旳尺寸A＇＇B＇＇＝101cm因此, 望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍2、观测到旳现象:八、碰到旳问题及心得体会:1.开始试验时, 由于各个仪器旳间距摆放不合理, 导致得不到想要旳试验成果, 最终看了试验册, 重新摆放仪器；2.移动透镜旳速度过快, 使得我们看不到试验现象, 也就没法构成望远镜, 最终通过老师旳指导, 我们缓慢移动透镜；3.由于不懂得会看到什么样旳试验现象, 以至于我们看到了微小旳现象, 认为不是我们想要旳试验成果, 再次导致没有做出来；4、最终在老师旳一再指导下, 我们终于自构成功望远镜, 且通过观测我们得到规律：凸透镜成像规律: 物距不小于二倍焦距时成缩小实像。
工程光学(1)_实验讲义
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能；2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。
常用光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常用的光源可分为以下几类：1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。
2）热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。
实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：、），汞灯（主要谱线：、、、、、、、）3）激光光源v1.0 可编辑可修改激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写： LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。
激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。
它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。
①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。
最新1工程光学教学PPT 作者 郁道银 第一章_PPT课件
球面光波对应的同心光束按光的传播方向不同又分为 会聚光束和发散光束。如图1-1所示。会聚光束所有光线实 际通过一个点。同心光束经实际光学系统后，由于像差的作 用，将不再是同心光束，与之对应的光波则为非球面光波。 与平面波相对应的是平行光束，是同心光束的一种特殊形式
波面与光束 a)平面光波与平行光束 b)球面光波与发散光束
在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以 认为光波波面法线就是几何光学中的光线。
5、光束
与波面对应的法线（光线）的集合，称为光束，对应于波 面为球面的光束称为同心光束。
球面光波对应的同心光束按光的传播方向不同又分为会聚 光束和发散光束。会聚光束所有光线实际通过一个点。
与平面波相对应的是平行光束，是同心光束的一种特殊形 式
利用这一规律，使得对光线传播情况的 研究大为简化。
3.光的折射定律和反射定律
如图所示，入射光线AO入射到 两种介质的分界面PQ上，在O点发生 折反射，其中，反射光线为OB，折 射光线为OC， NN' 为界面上O点处 的法线。入射光线、反射光线和折射
光线与法线的夹角 I、 I" 和 I '分别称
为入射角、反射角和折射角，它们均 以锐角度量，由光线转向法线，顺时 针方向旋转形成的角度为正，反之为 负。
加屋脊棱镜转像光学系统 加Porro棱镜转像的光学系统（望远镜）
三、费马原理
光从空间的一点到另一点的实际路径是沿 着光程为极值的路径传播的。或者说,光沿着 光程为极大、极小或常量的路径传播。 数学表达式：
(AB )A B ndl0
费马原理的应用
前面讲的反射定律 和折射定律均可由 费马原理导出 1、由费马原理导出 反射定律
c)球面光波与会聚光束
工程光学课件第01章
波面：发光点发出的光波向四周传播时， 某一时刻其振动位相相同的点所构成的 面称为波阵面，简称波面。光的传播即 为光波波阵面的传播。 光束：几何波面与几何光线的关系：在 各项同性介质中，波面上某点的法线即 代表了该点处光的传播方向，即光沿着 波面法线方向传播，因此，波面法线即 为光线。与波面对应的所有光线的集合， 称为光束。
时，可以全反射传送，
i i0
时，光线将会透过内壁进入包层
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定义 na sin i0 为光纤的数值孔径
够传送的光能越多。
i0
越大，可以进入光纤的光能就越多，也就是光纤能
这意味着光信号越容易耦合入光纤。
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三、费马原理
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描 述光线传播规律的基本理论。 它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光 的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍 的意义。 根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该 介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射 率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程 s表示为
同心光束：通常波面可分为平面波、
球面波和任意曲面波。与平面波对应的光
束成为平行光束，与球面波对应的光束称
为同心光束。
平行光束与同心光束
平面波面
球形波面
同心光束
平行光束
各类光束及对应的波面
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折射率：折射率是表征透明介质光学 性质的重要参数。我们知道，各种波长的 光在介质中的传播速度会减慢。介质的折 射率正是用来描述介质中光速减慢程度的 物理量，即：
c n v
这就是折射率的定义。
10
二、几何光学的基本定律
几何光学的基本定律决定了光线在一般 情况下的传播方式，也是我们研究光学 系统成像规律以及进行光学系统设计的 理论依据。 几何光学的基本定律有三大定律：
工程光学实验讲义样本
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂, 精密, 它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的, 因此, 掌握一些常见的光学元器件的结构, 光学性能、特点和使用方法, 对于安排实验光路系统时, 正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能;2)掌握基本光路调试技术, 主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理3.1光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括: 光源, 光学元件, 接收器等。
3.1.1常见光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分, 对于不同的观测目的, 常需选用合适的光源, 如在干涉测量技术中一般应使用单色光源, 而在白光干涉时又需用能谱连续的光源( 白炽灯) ; 在一些实验中, 对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常见的光源可分为以下几类:1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热, 使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源, 它的发光光谱是连续的,分布在红外光、可见光到紫外光范围内, 其中红外成分居多, 紫外成分很少, 光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种: 普通灯泡, 汽车灯泡, 卤钨灯。
2) 热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同, 必须经过镇流器接入220V点源, 它是使电流经过气体而发光的光源。
实验中最常见的单色光源主要包括以下两种: 纳光灯( 主要谱线: 589.3nm、589.6nm) , 汞灯( 主要谱线: 623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm)3) 激光光源激光( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, 缩写: LASER), 是指经过辐射的受激辐射而实现光放大, 即受激辐射的光放大。
04031277工程光学实验指导书
04031277⼯程光学实验指导书《⼯程光学》实验指导书周建民编著华东交通⼤学机电⼯程学院实验⼀透镜焦距的测量透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的⼀个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(⼤⼩、虚实、倒⽴)。
对于薄透镜焦距测量的准确度，主要取决于透镜光⼼及焦点(像点)定位的准确度。
本实验在光具座上采⽤⼏种不同⽅法分别测定凸、凹2种薄透镜的焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，⽐较各种测量⽅法的优缺点，为今后正确使⽤光学仪器打下良好的基础。
⼀、实验⽬的1、学会测量凸透镜、凹透镜焦距的⼏种⽅法。
2、掌握简单光路的分析和光学元件同轴等⾼的调节⽅法。
3、熟悉光学实验的操作规则。
⼆、实验仪器⼯程光学实验系统（光源、物、凸透镜、凹透镜、光屏、光具座、卷尺）三、实验原理在近轴光线的条件下，薄透镜成像的⾼斯公式为1=+''l f l f (1-1) 当将薄透镜置于空⽓中时，则⾼斯公式为f l l '=-'111 (1-2) （1-1）、(1-2)式中, f ′为像⽅焦距；f 为物⽅焦距；l ′为像距；l 为物距。
式中的各线距均从透镜中⼼(光⼼)量起，与光线进⾏⽅向⼀致为正，反之为负，如图1-1所⽰。
图1-1 透镜成像符号意义图若在实验中分别测出物距l 和像距l ′，即可⽤式(1-2)求出该透镜的焦距f′。
但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
对于凸透镜焦距的测量，除⽤上述物像公式法测量之外，还可⽤以下⼏种⽅法。
1.粗略估测法以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点(或像)，此时，l →∞，l ′≈f ′，即该点(或像)可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼(光⼼)的距离，即为凸透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。
由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。
2.⾃准法如图1-2所⽰（略），在待测透镜L 的⼀侧放置被光源照明的1字形物屏AB ，在另⼀侧放⼀平⾯反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物屏AB 上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。
工程光学完整课件1上课讲义
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
天体
遥远的距离
观察者
光线
发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发 光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传 播方向。
光束
一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光 向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位 相同的点构成的面
称为波面。
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播
方向，波面上的法线束称为光束。
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
va vb
重点：几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿 直线传播。
二、光的独立传播定律
不同的光源发出的光线在空间某点相遇 时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光 的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后 ，各个光束按原方向传播。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
工程光学(1)_实验讲义
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能；2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理3.1光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。
3.1.1常用光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常用的光源可分为以下几类：1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。
2）热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。
实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm）3）激光光源激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。
激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。
它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。
工程光学第一章课件
x
s1
s2
(5)
由图可知，
x x1 sin I s1
(6)
x2 x sin I
s2
(7)
将(6)、(7)式代入(5)式，有
sin I sinI (8)
即I" = -I，反射角与入射角绝对值相等，符号相反。
30
马吕斯定律（Malus's Law） *垂直于波面的光线束，经过任意多次反射和折射后，
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成像概念
➢物、像的虚实
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成像概念
➢物、像的虚实
*实像点：实际出射光线的交点
虚像点：出射光线延长线的交点
*实像：由实际光线成的像
• 如电影、幻灯机、照相机成像。
虚像：由反射或折射光线的反向延长线相交所得的像
• 如镜子、显微镜、望远镜成像。
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成像概念
➢物、像的虚实
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成像概念
➢物、像空间
✓空气 n ≈ 1（略大于1） ✓水 n ≈ 1.33 ✓玻璃 n ≈ 1.45 – 1.75
*反射定律可看作折射定律的特殊情况（n′ = -n）。
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两个重要的光学现象
➢光路可逆
*内容
• 一条光线沿着一定的路线从空间A点传播到B点，如果在B点沿
着出射光线相反的方向投射一条光线，则此光线必沿同一条路 线通过A点。
*光总沿着光程为极值（极大、极小或者常量）的路径
传播。
B
s A ndl 0
*费马原理，不是建立在实验基础上的定律，也不是从
数学上导出的定理，而是一个最基本的假设。
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费马原理（Fermat's Principle）
➢费马原理
工程光学讲稿(平面)(完整)课件
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
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总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
工程光学实验(1) (1)
工程光学实验(一)实验指导用书南通大学理学院2015.04目录绪论 (1)实验1 透镜系统基点测量 (5)实验2 平行光管的调节和使用 (8)实验3 望远系统的搭建和放大率测量 (12)实验4 显微镜搭建与放大率测量 (16)实验5光学系统像差模拟及测量实验 (20)实验6 刀口阴影法原理及阴影法测量光学系统像差实验 (29)实验7 剪切干涉测量光学系统像差 (32)实验8 利用变频朗奇光栅测量光学系统MTF值实验 (38)实验9 基于线扩散函数测量光学系统MTF值实验 (44)绪论随着科技的进步，人类逐渐揭开光的神秘面纱。
光既是信息载体，又是能量载体。
在人类社会生活中，光具有广泛的应用范围。
光既是人类认识世界的工具，又是人类改造世界的工具。
工程光学学科以光的理论为基础，采用工程技术和方法，并将光学理论应用到人类生产、生活实践的各个方面。
信息载体正由电磁波段逐步集中到光波段，从而使现代光学产业的主要内容集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。
加之光作为信息载体，不仅在通信领域得到了巨大的发展；作为能量载体，自从激光技术问世以来，在国防、军备等领域，光学工程得到各国高度重视，并取得了不同程度的发展。
在工程光学实验中，学生通过研究一些最基本的光学现象，同时接触一些新的概念和实验技术，学习和掌握工程光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的工程光学实验技能。
在工程光学实验中使用的仪器比较精密，光学仪器的调节也比较复杂，只有在了解了仪器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正常的工作状态。
在工程光学实验中，理论联系实际的科学作风显得特别重要，如果没有很好地掌握光学理论，要做好工程光学实验几乎是不可能的。
在工程光学实验过程中，仪器的调节和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论的指导。
为了做好工程光学实验，要在实验前充分做好预习，实验时多动手、多思考，实验后认真总结，只有这样才能提高科学实验的素养、培养实验技能、养成理论联系实际的科学作风。
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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1-3平行光路粗调示意图
（3）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。
图1-4细调产生干涉条纹图
图1-5平行光示意图
（4）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。
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。
五、实验步骤
（1）参照图1-6，沿导轨装妥各器件（先不安装扩束显微物镜和准直平凸透镜部分），并调至共轴。
图1-6激光平行光路调试装配示意图
（2）首先将分划板中心通孔高度定为光轴高度，将分划板移至贴近激光器的位置，调节激光器高度，使激光束通过分划板中心圆孔。再将分划板移至较远处，调节激光夹持器，使激光束再次通过分划板中心圆孔（近端调高低，远端调俯仰）。重复二三次高低和俯仰调节，使激光束在合适的高度保证基本水平。
四、仪器用具
1.氦氖激光器
8.燕尾式平移台
2.激光夹持器
9.分划板
3.显微物镜
10.透镜/反射镜支架（Φ40.0）
4.物镜接圈
11.干板架
5.开口透镜/反射镜支架（Φ20.0）
12.毛玻璃
6.一维调节滑块
13.平行平晶
7.K9平凸透镜（Φ40.0, f150.0）
导轨，滑块，支杆，调节支座，磁力表座
.
图1-1激光器示意图（He－Ne激光）
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。
三、基本原理
(一)、光学实验仪器概述:
光学实验仪器主要含：
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。
工程光学（ห้องสมุดไป่ตู้）实验讲义
光电工程学院
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧
一、引言
不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用
二、实验目的
掌握光学专业基本元件的功能；调整光路，主要包括共轴调节和调平行光。
④反射镜：
当光入射到普通反射镜的玻璃基版上时，要先经过折射再反射，反射光的损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。所以光学实验需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。
⑤其它：
还有一些辅助元件：如多自由度微调器，可三维控制镜架或者滤波器的位置和方向；可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑、观察屏用来观测成像质量和成像大小等。
（2）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，直到光斑大小不发生变化位置，完成粗调。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
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)、调节平行光：
（1）调整扩束镜，准直镜共轴。
图1-2共轴调节示意图
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、多自由度微调器、3．观察屏等部件。
（1）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。
(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。
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40倍的显微物镜。
③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）。