平行光管的调节与使用

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY

物理实验报告

实验题目：平行光管的调节与使用

姓名：

物理实验教学中心

实验报告

一、实验题目：平行光管的调节与使用

二、实验目的：

1、了解平行光管的结构，掌握平行光管的调节方法

2、学习使用平行光管测量薄透镜的焦距

3、学习使用平行光管测量系统的分辨率

三、实验仪器：

平行光管，高斯目镜、分划板，测微目镜，平面反射镜、凸透镜，光具座，螺丝刀。

四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：

１．用平行光管测量薄凸透镜的焦距

图1 平行光管测量薄凸透镜的装置和光路图

平行光管测量薄凸透镜的装置和光路图如上图所示。平行光管光源发出的光照在波罗板上，由于波罗板位于平行光管透镜的焦平面上，因而该光束出射后变成平行光束。再经过待测透镜，成像在待测透镜的焦平面上。利用测微目镜，使被测透镜焦平面上所成玻罗板的像也成像在测微目镜的焦平面上，便可测量。

设平行光管的焦距为'f ，波罗板某线对的间距为h ，待测透镜的焦距为1'f ，1'h 为测微目镜上玻罗板线对的距离，由光路容易看出：

'

tan f h u = 111'tan f h u '=' 由于1

u u '=，所以有 '''11f h

h f ⋅=

可见，只要测出测微目镜上玻罗板线对的距离，就可以计算出待测透镜的焦距。

２．用平行光管测定分辨率

光学系统的分辨率是该系统成像质量的综合性指标，按照几何光学的观点，任何靠近的两个微小物点，经光学系统后成像在像平面上，仍然应是两个“点”像。事实上，这是不可能的。即使光学系统无像差，通过光学系统后，波面不受破坏，而根据光的衍射理论，一个物点的像不再是“点”，而是一个衍射花样。光学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光学系统的分辨率。根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角为 αD λ22.1=

式中α的单位为弧度，D 为入射光瞳直径，λ为光波波长。

当平行光管物镜焦平面上的分辨率板产生的平行光射入被测透镜时，在被测透镜的焦平面附近，用测微目镜可观察到分辨率板的像。如果被检透镜质量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能高的分辨单元号码，由下式测定系统分辨率的角值

"206256'

2f αθ= 式中θ为角值，α为条纹宽度,'f 为平行光管焦距。

五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：

１、用平行光管测量薄凸透镜的焦距

'f =548.899mm

根据公式'''11f h

h f ⋅=有： h =20mm 时，'''11f h

h f ⋅==99.36mm h =10mm 时，'''11f h

h f ⋅==98.65mm h =4mm 时，'''11f h

h f ⋅==98.3mm

2、用平行光管测量系统的分辨率

分辨率板刚好能分辨的单元号码为：

13

查找书上137页的表格可以得到；

刻纹宽度为：20.0μｍ

利用公式"206256'

2f αθ=可以得到光学系统最小分辨角为： 0.15548.899

5.222206256'2''=⨯==f αθ

六、总结及可能性应用（误差分析、收获、体会及本实验的应用）：

本实验学习讲解了使用平行光管测定薄凸透镜的焦距和光学系统的分辨率。理论上用平行光管可以非常准确的测量结果，但是本次测量还是略微存在着一些偏差。分析其原因主要是由于平行光管和测微目镜之间的共轴问题引起的，同时无法完全消除视差、测量时存在空程、刻线没有对准、分划板没有放置到位等也是产生误差的主要原因。