试验一光学试验主要仪器光路调整与技巧
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中。目前常用的激光器主要有气体激光器（如：He-Ne 激光器、Ar 离子激光器） 、 液体激ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器（如：染料激光器） 、固体激光器（如：红宝石激光器、钕玻璃激光 器）和半导体激光器（如 GaAs、CaSb 激光器） 。
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图 1-1 激光器示意图（He－Ne 激光）
本实验，选择的光源是气体型 He-Ne 内腔式激光器如图 1-1 所示 , 波长为 632.8nm 的红光，功率 2mW。 3.1.2 常用光学元件 光学实验中的基本部件是光学元件，如透镜、平面反射镜、分束镜、棱镜、 偏振元件、光栅、滤光片，可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑等。 1）透镜 透镜有成像作用，利用它可传递物和像的图像。准直镜、成像透镜、傅立叶 变换透镜均可使用不同孔径和焦距的透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜表 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） 。 2）分束镜 分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将入射光束分成具有一 定光强比的两束光，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光。分束镜一般是通过在玻璃板上镀干 涉膜而制成，分光比可以连续变化或分段变化。 3）扩束器（扩束镜） 因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以增大光束的发散角。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实现。本实验中，扩 束镜采用的是 40 倍的显微物镜。 4）平面反射镜 平面反射镜一般用于折转光路，其直径大小应根据所折转的光束直径而定。 用于转折宽光束的反射镜， 除了有一定的孔径要求之外， 还有表面平面度的要求。 另外，当光入射到普通反射镜的玻璃基板上时，要先经过折射然后再反射，反射
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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。为了消除附加反 射光的影响，反射镜通常都是在前表面上镀制反射膜。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。 3.1.3 常用机械部件 防震平台、光学镜架，读数平台、多自由度微调器、光纤调整架等。 1）防震平台 光学实验需要一个稳定的减震工作平台，特别是对于干涉和全息图制作实 验，所记录的都是参考光波和物光波的干涉条纹，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。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，做实验时室内不要通风，工作人 员不要大声讲话和距离工作台远一些。 2） 光学镜架 光学镜架是一种典型的对装有光学元件（如反射镜、透镜）的镜框进行固定 的机械装置。 3） 读数平台 光学实验室备有各种规格和精密的读数机械平台，以便根据实验需要选用。 3.1.4 常用接收器 实验中常用的接收器主要包括：观察屏（白板） 、光电池、光电接收器、CCD 成像器件、CMOS 成像器件等。 3.2 光路调试技术 在光学实验中，光学元件同轴等高的调节是实验中必不可少的一个重要环 节，它关系到成像质量的好坏、能否得到预期的光学现象和满意的测量结果。可 以说调整好光路是进行光学研究和光学实验应具备的技能。 下面介绍光路的基本 调整方法。 3.2.1 共轴调节 光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜同时成像，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， 为了最大限度的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、观察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。共轴调节一般分为两步骤进行：
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 589.3nm、 589.6nm） 623.4nm、 579.0nm、 种： 纳光灯 （主要谱线： ， 汞灯 （主要谱线： 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。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。 所 以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源， 已应用于许多科技及生产领域
中。目前常用的激光器主要有气体激光器（如：He-Ne 激光器、Ar 离子激光器） 、 液体激ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器（如：染料激光器） 、固体激光器（如：红宝石激光器、钕玻璃激光 器）和半导体激光器（如 GaAs、CaSb 激光器） 。
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图 1-1 激光器示意图（He－Ne 激光）
本实验，选择的光源是气体型 He-Ne 内腔式激光器如图 1-1 所示 , 波长为 632.8nm 的红光，功率 2mW。 3.1.2 常用光学元件 光学实验中的基本部件是光学元件，如透镜、平面反射镜、分束镜、棱镜、 偏振元件、光栅、滤光片，可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑等。 1）透镜 透镜有成像作用，利用它可传递物和像的图像。准直镜、成像透镜、傅立叶 变换透镜均可使用不同孔径和焦距的透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜表 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） 。 2）分束镜 分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将入射光束分成具有一 定光强比的两束光，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光。分束镜一般是通过在玻璃板上镀干 涉膜而制成，分光比可以连续变化或分段变化。 3）扩束器（扩束镜） 因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以增大光束的发散角。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实现。本实验中，扩 束镜采用的是 40 倍的显微物镜。 4）平面反射镜 平面反射镜一般用于折转光路，其直径大小应根据所折转的光束直径而定。 用于转折宽光束的反射镜， 除了有一定的孔径要求之外， 还有表面平面度的要求。 另外，当光入射到普通反射镜的玻璃基板上时，要先经过折射然后再反射，反射
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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。为了消除附加反 射光的影响，反射镜通常都是在前表面上镀制反射膜。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。 3.1.3 常用机械部件 防震平台、光学镜架，读数平台、多自由度微调器、光纤调整架等。 1）防震平台 光学实验需要一个稳定的减震工作平台，特别是对于干涉和全息图制作实 验，所记录的都是参考光波和物光波的干涉条纹，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。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，做实验时室内不要通风，工作人 员不要大声讲话和距离工作台远一些。 2） 光学镜架 光学镜架是一种典型的对装有光学元件（如反射镜、透镜）的镜框进行固定 的机械装置。 3） 读数平台 光学实验室备有各种规格和精密的读数机械平台，以便根据实验需要选用。 3.1.4 常用接收器 实验中常用的接收器主要包括：观察屏（白板） 、光电池、光电接收器、CCD 成像器件、CMOS 成像器件等。 3.2 光路调试技术 在光学实验中，光学元件同轴等高的调节是实验中必不可少的一个重要环 节，它关系到成像质量的好坏、能否得到预期的光学现象和满意的测量结果。可 以说调整好光路是进行光学研究和光学实验应具备的技能。 下面介绍光路的基本 调整方法。 3.2.1 共轴调节 光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜同时成像，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， 为了最大限度的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、观察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。共轴调节一般分为两步骤进行：
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 589.3nm、 589.6nm） 623.4nm、 579.0nm、 种： 纳光灯 （主要谱线： ， 汞灯 （主要谱线： 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。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。 所 以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源， 已应用于许多科技及生产领域