光学系统设计试验指导书2014
(整理)光学设计实验指导书.
《现代光学CAD技术》实验指导书指导老师：汪胜辉湖南文理物电学院单透镜的设计(A Singlet)一、实验目的：（1）熟悉光学设计软件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(Lens Data)、光线像差(Ray Aberration)、fan，光程差（OPD)，点列图（spot diagrams )等等。
（3）确定厚度求解方法（thickness solve)和变量（variables)，执行简单光学设计优化。
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，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal length）为100mm，全视场2ω为8º用冕牌BK7来作镜片。
四、实验步骤：首先，运行ZEMAX。
ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)，可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适应你自己的喜好。
LDE有多行和多列组成，类似于电子表格，曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(Aperture)等列使用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才会用到。
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。
这个反白条表示的是光标，可以用鼠标在格子上点击来操作。
然后，系统参数设置。
开始，输入系统波长，这个不一定先完成，只不过现在我们选定了这一步。
在主屏幕菜单条上，选择“系统(system)”菜单下的“波长（Wavelength)”。
屏幕中间会弹出一个“波长（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选择。
用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个输入波长使总数成为三。
现在，第一个“波长”行中输入486，这是氢F谱线的波长，单位为微米。
光学基础实验指导书
目录实验一用自准法测薄凸透镜焦距f (2)实验二用位移法测薄凸透镜焦距f (4)实验三目镜焦距f e的测量 (6)实验四自组显微镜 (8)实验五自组望远镜 (10)实验六自组透射式幻灯机（投影系统） (12)实验七测节点位置及透镜组焦距 (14)实验八自组加双波罗棱镜的正像望远镜 (17)实验九杨氏双缝干涉 (19)实验十菲涅尔双棱镜干涉 (22)实验十一菲涅尔双面反射镜干涉 (25)实验十二洛埃镜干涉 (28)实验十三牛顿环装置 (30)实验十四夫郎和费单缝衍射 (33)实验十五夫郎和费圆孔衍射 (36)实验十六菲涅尔单缝衍射 (38)实验十七菲涅尔圆孔衍射 (39)实验十八菲涅尔直边衍射 (41)实验十九偏振光分析 (43)实验二十棱镜摄谱仪 (49)实验二十一光栅单色仪 (51)实验二十二全息照相 (54)实验二十三制作全息光栅 (59)实验二十四阿贝成像原理和空间滤波 (62)实验二十五θ调制和颜色合成 (66)实验二十六测量空气折射率 (68)*实验二十七等倾干涉 (72)*实验二十八法布里—珀罗干涉 (76)实验二十九迈克尔逊干涉仪的调节和使用 (80)实验一用自准法测薄凸透镜焦距f (测量实验)一、实验目的⑴掌握简单光路的分析和调整方法⑵了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法二、实验原理当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。
若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。
三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、品字形物象屏P：SZ-143、凸透镜L：f=190mm(f=150mm)4、二维调整架：SZ-075、平面反射镜M6、二维调整架：SZ-077、通用底座：SZ-048、二维底座：SZ-029、通用底座：SZ-0410、通用底座：SZ-04四、仪器实物图及原理图图一五、实验步骤1、把全部元件按图一的顺序摆放在平台上，靠拢，调至共轴。
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。
工程光学1实验指导书(2014修改)
实验仪器简介一、光具座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。
图1—1 光具座结构示意图（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。
图1—2 玻罗板图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。
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）550mm光具座①平行光管物镜名义焦距ƒ′＝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Ⅱ号、Ⅲ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ƒ′＝1000 mm 实测焦距ƒ′＝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10″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0.005 mm被测物镜最大口径Φ80 mm被测物镜焦距范围±500 mm（3）CXW—1型光具座①平行光管物镜（复消色差）名义焦距ƒ′＝2000 mm 实测焦距ƒ′＝1973.9 mm 通光口径D＝150 mm相对孔径1:13.3②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10″鉴别率板1、2、3、4、5号③测量显微镜物镜：0.25倍NA = 0.0150.5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1mm测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜偏摆角度± 40°测量显微镜横向移动量25 mm 测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜高度升降范围± 5 mm被测物镜最大口径Φ130 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。
实验四光学系统设计与装调
实验四光学系统设计与装调实验四光学系统设计与装调⼀、实验⽬的1.通过前⾯实验的锻炼，可结合理论完成对光学系统的设计与装调；2.观察记录实验效果，并对所设计的系统进⾏参数测量；下⾯有三个实验内容，每⼀组根据⾃⼰实验所操作的内容选择相应的实验报告进⾏填写。
没做的内容不需要附上。
A*********************************************************⼆、实验原理伽利略望远镜：伽利略望远镜结构紧凑、筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正⽴的像。
整个系统是由⼀⽚长焦距的凸透镜作为物镜，⽤⼀短焦距的凹透镜作为⽬镜组合⽽成。
远处的物经过物镜在其后焦⾯附近成⼀缩⼩的倒⽴虚像，物镜的像⽅焦平⾯与⽬镜的物⽅焦平⾯重合。
三、实验仪器(1)光具座(2)标尺(3)物镜Lo： fo=50mm(4)测微⽬镜 fo=70 mm(5)读数显微镜架 : SZ-38(6)⼆维调整架: SZ-07(7)滑座： TH70四、实验步骤(1)把全部器件按顺序摆放在导轨上，靠拢后⽬测调⾄共轴。
(2)将全部器件组成伽利略望远镜，向约1.5mm远处的标尺调焦，并对准其中的⼀个“E”字（距离为d1）。
(3)⽤另⼀只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放⼤的和直观的标尺叠加像，再测出放⼤的特定的“E”字直观标尺的长度d2。
(4)求出望远镜的测量放⼤率Γ= d2/ d1。
并与计算放⼤率做⽐较。
注：标尺放在有限距离S远处时，望远镜放⼤率Γ‘可作如下修正Γ‘=Γ*（s/(s+fo ）)。
当s>100 fo，修正量s/(s+fo)≈1五、数据处理及分析B****************************************************************实验五⾃组透射式幻灯机 (测量实验)⼆、实验原理⾃组透射式幻灯机:幻灯机能将图⽚的像放映在远处的屏幕上，但由于图⽚本⾝并不发光，所以要⽤强光照亮图⽚，因此幻灯机的构造总是包括聚光和成像两个主要部分，在透射式的幻灯机中，图⽚是透明的。
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。
照明系统的光学设计实验指导书
《照明系统光学设计》实验指导书电气工程与自动化学院2014年9月1前言1、实验前必须认真预习实验指导书及实验内容，明确实验目的、步骤、原理、回答实验教师的提问，回答不合要求者，须重新预习，才能进行实验。
2、对规定实验外确属需要的内容，可先提出实验原理和方法，经教师或实验技术人员同意后，方可进行实验。
3、做实验时必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备的操作规程，服从教师和实验技术人员的指导。
4、爱护仪器设备，节约使用材料，使用前详细检查，使用后要整理就位，发现丢失或损坏应立即报告，未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品，不准将任何实验室物品带出室外。
5、实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生，若发生事故应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保持现场，不得自行处理，待指导教师查明原因并排除故障后，方可继续实验。
6、进入实验室后应保持安静，不得高声喧哗和打闹，不准抽烟，不准随地吐痰，不准乱抛纸屑杂物，要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。
7、实验完毕后，经实验室工作人员检查仪器设备、工具、材料及实验记录后方可离开。
8、实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表等。
对不合格要求的实验报告应退回重做。
9、对违反实验规章制度和操作规程、擅自动用与本实验无关的仅器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度按规定处理。
10、在进入实验室前，务必搞好个人卫生，不得将脏物带入室内，有净化要求的实验室，进室必须换拖鞋。
3实验一 ASAP 操作界面以及常用命令和功能实验类型：上机实验 实验学时：2 适用专业：光源与照明 实验房间：4D501一、实验目的初步掌握ASAP 光学设计软件的安装以及基本应用。
二、实验内容进行ASAP 软件的上机实验，掌握安装方法，熟悉ASAP 软件环境和界面，练习软件的基本使用步骤。
三、仪器设备 PC 机1台。
ASAP 软件。
光学实验指导书
实验一 迈克耳逊干涉仪实验【目的与要求】1、了解迈克耳逊干涉仪的结构和工作原理，掌握其调整方法；调出非定域干涉等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹。
2、 明确几种条纹的形成条件、花纹特点、变化规律及相互间的区别，加深对干涉理论的理解。
3、用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率。
【仪器用具】迈克耳逊干涉仪，He-Ne 激光器及其电源，扩束透镜，小孔光栅、白帜灯，毛玻璃，小气室，打气皮囊，气压表。
【实验原理】一、M-干涉仪的光路M -干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪，它的光路如图1-1。
光源S 发出的一束照射到分光板G 1上，G 1板的后面镀有半反射膜，一般镀银，这个半反半透分成相互垂直的反射光束1和透射光束2，两者强度接近相等，此板称为分束板。
当激光束以45o 角射向G 1时，它被分为相互垂直两束光，这两束光分别垂直射到平面镜M 1和M 2上，再经M 1和M 2所反射各自沿原路返回到G 1的半反射膜上，又重新会集成一束光。
由于反射光1和透过光2为2两相干涉光束，因此我们可以在E 方向观测到干涉条纹。
Ｇ2为一补偿板，其物理性能与几何形状皆与Ｇ1全同的补偿作用（但是不镀膜），Ｇ1与Ｇ2平行，Ｇ2的作用是保证1、2两束光在玻璃中的光程完全相等。
反射镜M 2是固定不动的，M 1可在精密导轨上前后移动，从而改变1、2两束光之间的光程差。
精密导轨与Ｇ1成45o角。
为了使光束1与导轨平行，激光应垂直导轨方向射向M -干涉仪。
二、干涉花纹的图样图1-1中'2M 是2M 被1G 反射所成的虚像，从观察者看来，两相干光束是从1M 和'2M 反射而来，因此，我们把干涉仪产生的干涉等效为1M 、'2M 间的空气膜所产生的干涉来进行研究。
1、点光源照明----非定域干涉条纹激光通过短焦距透镜会聚后是一个强度很高的点光源S ，它发出的球面光波照射M-干涉仪，经Ｇ1分束及M 1，M 2反射后射向屏E 的光（参看图1-2）可以看成是由虚光源S 1、'2S 发出的。
工程光学实验指导书
前言本课程的实验环节其设计思想是与课堂教学相结合，除了进一步巩固和深化学生基础知识之外，以更开放、更灵活的方式培养学生动手能力、合作精神和对工程技术问题的思考方式，形成开放式创新思维。
通过实验，进一步加深对几何光学的基本现象、概念、原理与定律的理解，了解和熟悉有关光学仪器及装置的结构、原理及使用，掌握基本的实验方法和技能，学会用实验的方法分析一些光学现象。
实验是工程光学课程体系的重要一环。
实验环节的目标是：使学生能够比较牢固地建立研究意识、工程意识、分工合作的工作方式，培养独立自主地分析和解决问题的能力。
本实验教学环节采用模块化实验组合，学生可以小组为单位进行实验，力求培养学生的自主学习与创新能力和团队协作精神。
基本要求：要求实验前做好预习，理解每个实验的原理、步骤；实验时正确操作仪器，认真观察各种实验现象，仔细记录、分析数据；实验结束后及时做好实验报告。
主要内容：模块一光组的成像特性 (2)模块二光组的焦距测量 (6)模块三典型光学系统设计及特性测量 (8)附录 (11)思考题 (16)模块一 光组的成像特性实验目的1.验证物像位置关系，深入了解透镜成像特性。
2.掌握望远镜、显微镜、复合透镜的组合方法。
3.观察光线在棱镜中传播的情况，并了解各种棱镜的成像特性，熟悉各种棱镜的结构。
‴ 透镜成像特性1. 实验仪器及设备指标、透镜架、透镜、成像屏、光具座、照明系统。
图1 透镜成像特性实验装置2. 实验原理l 和l’分别表示物像距，f’为光组的焦距，则当光组处于空气中时，有：（1）可知，对于具有一定焦距的光组，其像的位置随物体位置的变化而变化，而其相应的横向放大率可表示如下：（2） 3. 实验内容与步骤取一正透镜使物体（指标）位于 ①② ③ ④ ； 取一负透镜使物体位于① ② ③ ④ 。
分别记录物体经透镜所成像的大小、正倒及位置。
‴光组组合1. 实验仪器及设备六只正透镜、二只负透镜、光具座、一只平行光管、平面反射镜、投影屏。
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。
光学原理实验指导书
光学原理实验指导书燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系2005年7月目录实验一光具组基点的测定 (1)实验二望远镜放大率的测量 (5)实验三光学系统象质检验 (8)实验四干涉现象的观察及钠光D双线波长差的测定 (12)实验五利用单缝衍射测量光波波长 (19)实验一光具组基点的测定一、实验目的1、了解光具组基点的一般特性。
2、测定光具组的焦距和基点。
二、实验原理每个厚透镜及光具组都有六个基点，即两个焦点F、F′，两个主点H、H′，两个节点N、N′，如图1—1所示。
实际使用光具组时，多数场合是光具组两边的媒质都是空气，折射率相等。
根据几何光学的理论，当物方的折射率和象方的折射率相等时，主点和节点重合（折射率不相同时是不重合的），也就是说，在这种情况下，主点兼有节点的性质，而整个光具组只用四个基点就可以完全确定。
图 1—1 光具组基点示意图本实验利用准直管来测定光具组的焦距和基点，这种方法是生产和科研中常用的方法，测量的准确度较高。
准直管是一种能发射平行光束的精密光学仪器，主要部件为一块质量优良的物镜，其焦距出厂前已经过精确测定。
图1—2为准直管的示意图。
以分划板为物，置于物镜左方，经过调整，将分划板准确地固定在物镜的焦平面上，用小灯泡及毛玻璃把分划板照亮，准直管即能产生多种方向的平行光，例如，对应分划板A点得A 方向的平行光，对应B点得B′方向的平行光。
准直管的可更换的分划板有多种形式，用于测量焦距的分划板称为玻罗板，它是一块表面刻有多组标准线对的薄玻璃板。
本实验所用玻罗板的标准线对的间距分别为1mm 、2mm 、4mm 、10mm 和20mm ，如图1—3所示。
因为每对刻线都对称于光轴且图 1—2 准直管示意图间隔已知，准直管物镜的焦距0f '也已知，所以对应的平行光和光轴的夹角（或这两束平行光之间的夹角）也就确定了。
把待测光具组沿准直管的光轴放置，平行光将在光具组的象方焦平面上会聚， 形成象A ″B ″，如图1—4所示。
光学系统设计实验指导书2014
实验〇光学设计软件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。
e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。
三．实验内容（一）界面及基本操作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、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。
（二） 仿真光路图根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。
1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。
2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。
ZEMAX 仿真的基本元素是面，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面的参数来实现。
光学系统设计实验报告
图一 望远目镜设计要求系统结构图
1.1.2 双胶合物镜形式与特点 除了单透镜外，最简单的薄透镜组就来自双胶合透镜。双胶合透镜指的是由低
分散的冕牌玻璃正透镜和高分散的火石玻璃负透镜粘接而成。由于单透镜不能满 足任意的 P∞ 、 C 、W∞ 要求，而双胶合透镜具有三个曲率半径，因此能同时满足 这三个参数的要求。
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北京理工大学光电学院光学系统设计实验报告
因而第一辅助光线投射高为 =h D= 7.4mm 2
从而可以得到第一辅助光线与光轴夹角 u ' 、像高 y ' 和拉式不变量 J 分别为 u=' h= 0.087rad f'
（最新）光学实验指导书
第一部分绪论本实验指导书是根据《光学实验》课程实验教学大纲编写，适用于光信息科学与技术专业。
一、本课程实验的作用与任务《光学实验》课程是光信息科学与技术学生进行科学实验基本训练的一门必修基础课，与理论课具有同等重要的地位。
它按照循序渐进的原则，使学生系统的学习物理实验知识、方法和技能，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为以后的学习和工作莫定良好的基础。
二、本课程实验的教学基本要求：1．在教学中适当的介绍一些物理实验史料，对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。
2．要求学生了解测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力。
其中包括：测量误差的基本概念，随机误差的估算，系统误差的发现和处理，测量不确定度，直接和间接测量的结果表示，有效数字，试验数据处理的常用方法等。
三、本课程实验教学项目及要求第二部分基本实验指导实验一用自准法测薄凸透镜焦距一、实验目的1、掌握简单光路的分析和调整方法2、了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法3、掌握光的可逆性原理测透镜焦距的方法4、掌握光的可逆性原理的光路调节二、实验原理（一）光的可逆性原理当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。
若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。
光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。
借此原理可测量薄凸透镜的焦距，实验原理见图1-1图1-1当物P在焦点处或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物P处（记为Q）。
因此，P点到透镜中心O点的距离就是透镜的焦距f。
（二）自准法如图1-2所示，将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得相同的倒立实像A´B´。
工程光学实验指导书(电子版)
距和成像法、自准法测凹透镜焦距； 4、观察透镜的像差。
二、实验仪器 光具座，凸透镜，凹透镜，光源，物屏，平面反射镜，水平尺和滤光片等。
图 1-7 自准法测凹透镜焦距
四、实验要求 1、光具座上各光学元件同轴等髙的调节:先利用水平仪将光具座的导轨在实验
桌上调水平，然后进行各光学元件共轴等髙的粗调和细调(用位移法的两像中心 重合或不同大小的实像中心重合的方法），直到各光学元件的光轴共轴，并与光 具座导轨平行为止。
2、利用粗测法之外的五种方法测量透镜的焦距。参考原理，自拟测量步骤。 3、数据处理:计算出标准不确定度的 A 类评定、标准不确定度的 B 类评定及合 成不确定度；给出正确的结果表镜自准法 如图 1-7 所示，在光路共轴的条件下，使物屏上物 AB 发出的光经凸透镜 L1
后成实像 A'B'。现将待测凹透镜 L2 置于 L1 与 A'B'之间，若在 L2 后面垂直于光轴放 置一个平面反射镜 M,并移动凹透镜 L2 使在物屏上得到一个与物 AB 大小相等的倒 立实像。此时，A'B'成为 L2 的 虚 物 ， 若 虚 物 A'B'正 好 在 L2 的焦平面上，则 从 L2 出射的光是平行光，该平行光经反射镜反射并再依次通过 L2 和 L1，最后必 然在物屏上成等大的倒立实像 A"B"。这样，分别记录 L2 的 位 置 O 2 及 实 像 A'B' 的 位 置 ， 则 0 2 到 实 像 A'B'间的距离即为 f2。
光学设计实验指导书1
光学设计实验指导书第一节ZEMAX软件简介1、简介ZEMAX Optical Design Program（ZEMAX）是由美国ZeMaX Development Corporation 公司开发的专用光学设计软件包，软件逐步升级，我们使用的版本是2008。
ZEMAX是Windows平台上的视窗式的用户界面，操作习惯和快捷键风格如同Windows。
2、用户界面ZEMAX的视窗类型，和Windows的基本一致，打开不同的视窗可以执行操作不同的任务，可分为：◆主视窗（Main Window）ZEMAX启动以后，进入主视窗（图1.1）。
主视窗顶端有标题栏（title bar）、菜单栏（menu bar）和工具栏（tools bar）。
◆编辑视窗（Editor Window）ZEMAX中有6种不同的编辑器（Editors）：即镜头数据编辑器（Lens Data Editor），评价函数编辑器（Merit Function Editor）、多重组态编辑器（Multi-configuration Editor）、公差数据编辑器（Tolerance Data Editor）、用于补充光学面的附加数据编辑器（Extra Data Editor）、以及非序列元件编辑器（Non-sequential Components Editor）。
图1.1 ZEMAX主视窗界面◆图形视窗（Graphic Window）最常用的有草图（Layout）、扇形图（Ray fans）、调制传递函数（MTF Plots）图等。
◆文本视窗（Text Windows）设计的文字资料，如详细数据（Prescription Data）、像差数据等显示在文本视窗中。
◆对话框（Dialogs）固定大小，在过程中跳出来的视窗（鼠标拖曳不能改变大小）。
用于定义或更新视场（Fields）、波长（Wavelengths）、孔径（Apertures）、面型（Surface types）等。
光学基础实验实验报告（I）刘云鹏912104520140
光学基础实验实验报告（I）刘云鹏912104520140实验1 光的直线传播规律报告⼈刘云鹏同组实验者⽆时间未知实验⽬的：1.验证光的直线传播规律2.了解照相机的基本原理⼀、实验仪器制作过程及成品描述（详细）1.⽤纸卷两个略有⼤⼩不同的圆筒，刚好够相互套⼊；2.涂⿊期内表⾯保证不透光且⽆内表⾯反射；3.将⼤的圆筒⼀端⽤⿊⾊电⼯胶带封闭，并戳⼀个针孔，在⼩的圆筒⼀端贴⼀张薄的⽩纸作观察屏；4.完成的观察器由粗细两伸缩圆柱筒构成，⽩纸上有倒像。
⼆、实验原理：（简略叙述）⼩孔相机运⽤光的直线传播原理，⼀个极⼩的孔将远处传来的光限制成为⼀束及细光线，物体上不同部位发出的光线通过⼩孔到达屏幕成像；在光具座上，设置相应试验系统，验证分析⼩孔成像。
三、实验步骤及现象（详细）步骤：1.制作⼩孔成像实验装置；2.在光具座上依次放置光源，物屏，⼩孔成像，测量显微镜等，观察物屏上的图案在⼩孔后纸屏上的位置和⼤⼩，并⽤测量显微镜测量物，像，⼩孔间的距离和物象⼤⼩关系；现象：物体或观察屏距⼩孔越远像越模糊，观察屏距⼩孔越远像越⼤，越模糊。
四、⾃问⾃答⼩孔成像有“景深”问题吗，为什么?⼩孔成像⽆“景深”问题，因为其成像为光沿直线传播原理，⽽⾮透镜改变光路实现会聚的原理。
实验2 三棱镜的⾓度与⾊散测量报告⼈刘云鹏同组实验者蒿岭，于振华时间2014.9.2实验⽬的：1．了解分光仪的构造原理，学会正确使⽤分光仪2．掌握棱镜⾓度测试的原理和⽅法3．了解光的折射与棱镜⾊散现象⼀、实验仪器：（仪器名称及仪器编号、样品描述）分光仪，反光镜，三棱镜⼆、实验原理：（简略叙述）1.⾓度测量原理：⽤分光仪测量棱镜顶⾓采取两种⽅法⽤调好的望远镜对准夹棱镜顶⾓的两个⾯，使得返回的⼗字像在分划板上重合，记录下望远镜的两个⾓度读数，望远镜转过的⾓度与顶⾓互补。
2.最⼩偏向⾓法原理：如图，P为顶点，两边是折射⾯，夹⾓α作三棱镜的顶⾓。
光线由AB⼊射，经过两次折射沿DE ⽅向射出，AB 与DE 夹⾓为δ偏向⾓δ=∠FBD+∠FDB=1I -'2I -α，因为顶⾓α='1I -2I ，δ具有最⼩值，当且仅当1I ='2I 时，此时⼊射光和出射光的⽅向相对于三棱镜是对称的，由2αsin 2δαsin m n =+，因此，测出α，m δ，即可求三棱镜对该光折射率n 。
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实验〇光学设计软件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。
e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。
三．实验内容（一）界面及基本操作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、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。
（二） 仿真光路图 根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。
1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。
2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。
ZEMAX 仿真的基本元素是面，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面的参数来实现。
（1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type ）、 曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE 窗口里的一个行，每一个参数对应LDE 窗口里的一列，如下图：ZEMAX 的默认面型是透明标准（Standard ）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity ）。
面的厚度和材料的定义都是以该面起向后算到下一个面之间（即面间，见下段）的这一段的厚度和材料。
（2）面间：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间。
面间的基本参数有距离（面间距）、材料等。
面间距向右为正，向左为负。
常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。
例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness 来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。
3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。
4.仿真一个轴上点光源（）在物距为u=30mm 时，由焦距为20mm ，材料m μλ587.0=为BK7，口径为10mm 的单正透镜成像的光路（在没有专门给定参数时，初始仿真的透镜曲率半径以焦距值为初始值，但要注意正负；透镜厚度通常与口径值相关，依设计经验取适当厚度值）。
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、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）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。
五．实验仪器PC机实验一基于ZEMAX的简单透镜的优化设计一．实验目的学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜、多重结构的激光束扩大器进行优化设计。
二．实验要求1.掌握使用ZEMAX实现光学优化设计的基本过程；2.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、焦点色位移图和场曲图；3.学会面厚度的求解方法，学会定义透镜的边缘厚度解和视场角，进行简单的优化；4.掌握使用多重结构配置；5. 初步掌握为实际生产和装配考虑的额外设计和优化。
三．实验原理（一）基本设计过程1．拟好设计草图（光路图）；2.软件仿真光路图；3. 优化设计：像质分析评价—优化—再分析评价—再优化--……达到指标；4. 输出结果。
（二）优化设计仿真光路图完成以后，调用各种像质分析图进行像质分析评价，看设计是否达标，如还未达标，则恰当使用各种优化工具进行初步优化；然后再重新进行分析评价，看是否达标，如此反复，直到设计达标。
1.像质分析图。
本实验中需学会调用光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、焦点色位移图和场曲图来进行像质分析评价，各图可从主菜单-分析中调出。
光线像差（ray aberration）特性曲线：关于光瞳坐标函数的光线像差特征曲线，见理论课内容。
光程差（OPD）曲线：见理论课内容。
点列图（Spot diagram）：见理论课内容。
焦点色位移图（Chromatic Focal Shift ）：不同波长（颜色）的光线对于同一个正透镜的不同焦距的曲线，可直观看出色差的大小。
视场、场曲图：见理论课内容。
2.调用优化工具进行优化。
本实验中需掌握solves 功能和评价函数(Merit Function)两种优化工具。
(1)Solves 功能：解（solves ），能使一些函数可以自动地调整特定值，可在曲率、厚度、玻璃名称、半径、圆锥系数等参数上指定；(2)评价函数：评价函数也叫优化函数，可由直接调用系统自带默认评价函数或用户自创评价函数来创建，函数中的变量由用户自己在镜头数据编辑框中设置，函数值会实时显示在评价函数编辑框的表头上，函数值越小，说明优化的结果越好。
使用评价函数对所设计系统进行优化的步骤：（a ）设置可供选择的变量； （b ）创建评价函数，可根据设计具体需要，直接调用系统自带默认评价函数，或加入一些限制条件到默认评价函数中重新创建新的评价函数； （c ）开始优化。
3. 为实际生产装配考虑的优化设计。
为了使软件仿真设计出来光学系统在之后的实际生产加工装配使用时方便，需适当考虑在做软件设计时就考虑到一些额外的设计。
如本次实验中为了实际装配需要，将各透镜半口径改得比系统优化后自动生成的半口径稍大。
4. 多重结构：只用一套光学系统，利用其多重结构，只需要改变系统中各元器件之间的间距，而无需改变各元器件的形状，就能在多种不同条件下，如多种成像波长（本实验中情况）或多种成像物距等，都能较好的成像。
例如调焦照相机系统，就是利用只改变透镜间距，完成对不同物距的物体的清晰成像。
多重结构的设置步骤：（a ）仅针对某一个单一结构（即单一成像条件）先进行结构初步仿真；（b ）在多重结构编辑窗（若此窗体默认未出现，可从主菜单-编辑中调出）中构建多重结构，插入所需要的新结构，选择合适的能区别各个不同结构的操作数，并设置适当的操作数的参数值。
5.近轴面（paraxial ）：一种可理想成像的正薄（薄体现在其只是一个面，无普通透镜的厚度）透镜，可对平行光进行完全无像差的聚焦。
可双击所需要设置的面的surf ：type 列，从type 标签中把默认的standard 改成paraxial ，并在LDE 窗口中设置适当参数值。
四．实验内容 （一）. 设计项目：用BK7玻璃设计一个焦距为100mm 的F/4单正透镜，要求在轴上可见光范围内最终成像的点列图的RMSRADIUS<80，光线像差<，光程差<m μ500±。
waves 20± 1. 草拟并仿真光路图。
2. 生成光线像差特性曲线、2D 、3D 图层曲线和渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
3. 利用Solve 功能来求解第2面的厚度，以便适当的消除离焦现象，更新后观察各分析图的相应变化。
4. 将第1、第2面的曲率半径以及第2面的厚度值设为变量，建构并载入默认优化函数（Merit Function ）。
5. 在载入默认优化函数后的优化函数编辑框中的第一行前按INS 插入一个新行，在其oper#列处双击（或右键单击），在弹出的对话框中将操作数选为EFFL ，target 设为100，weight 设为1，确定。
6. 调用优化工具进行优化，在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。
7. 分别调用点列图、OPD 图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察优化后的成像质量。
8. 为了实际装配需要，将各透镜半口径改得比系统优化后自动生成的半口径稍大（举例为14mm ），更新后观察此时的3D 图和各特性曲线的变化，从曲面数据报告中查看各面的边缘厚度值。
9. 利用Solve 功能来求解镜片边缘厚度（举例设计要求为3mm ），更新后观察各分析图的相应变化。
再一次调用优化函数进行优化后，重新观察各分析图变化。
10. 定义视场（系统-视场，举例加入两个分别为7°和10°的y 视场），从分析-杂项-视场场曲调出场曲图来观察此双透镜的离轴特性。
11. 将此设计起名保存，生成报告。
（二）. 设计项目（选做）： 以前一个实验内容设计优化后的单正透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的负透镜来构建胶合双透镜系统，进一步优化成像质量达到点列图的RMS RADIUS<15，光线像差<，光程差<。
m μ50±waves 1±（三）. 设计项目：设计一个激光扩束镜，使用的波长为1.053μm ，输入光束直径为100mm ，输出光束的直径为20mm ，且输入光束和输出光束平行。
要求只使用两片BK7镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm ，只许使用1片非球面，系统必须也能在波长为0.6328μm 时测试。
图5.1 激光扩束器简单结构示意图1. 打开ZEMAX 软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新开一个新的空白透镜。
2. 在主菜单-系统里分别设置入瞳直径为100，波长为1.053微米。
3． 在像平面前插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值，如下表所举例数据：4. 设置两重结构，设置wave和第2面的THIC为区别两个不同结构的操作数，设置相应的参数值。