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1、哈 尔 滨 理 工 大 学实验指导书课程名称：工程光学基础学 院：测控技术与通信工程学院系部专业：测控技术及仪器 实验一：放大镜、显微镜和望远镜光路并搭及视角放大率的测量实验类型：综合型 适用专业：测控技术及仪器 一、实验目的： 通过光路拼搭，将理想光学系统平面成像、实际光组的光束限制等理论结合起来，形成的综合实验，掌握放大镜、显微镜和望远镜的工作原理及光路特点，并通过视角放大率估测，加深对视角放大率的理解。二、实验内容：分别拼搭放大镜、显微镜和望远镜的光路及视角放大率的估测。三、实验用设备仪器及材料：简易光具座、光源、透镜、像屏、玻璃刻线板等。四、实验方法及步骤：1、放大镜：（1）、玻璃刻线
2、板和正透镜放好，移动正透镜，使玻璃刻线板放在距正透镜一倍焦距以内靠近焦点处，则正透镜起放大镜作用，可观察到玻璃刻线板的放大正立的虚像。（2）、测量视角放大率：在刻线板旁再放上另一块刻线相同的玻璃刻线板并使它距人眼250mm，两眼同时观察，右眼通过放大镜观察放大的像g1,左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则放大镜的视角放大率就是 m / n。（3）、理论放大镜的视角放大率为250 / f放。2、显微镜：（1）、将刻线板g1,正透镜L1 放置在光具座上，刻线板g1放在L1的一倍焦距到两倍焦距之间的地方,使g1成一个放大倒立的实像g1。然后将正透镜L2
3、 放置好,并使g1在L2 的物方一倍焦距以内,放大镜L2使g1再放大到g1”。这样就构成了一个显微镜。(2)、测量视角放大率：显微镜的视角放大率与放大镜的测量方法相同。右眼通过显微镜观察放大的像g1” 左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1”的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则显微镜的视角放大率就是m / n。(3)、根据公式得到显微镜理论的视角放大率为： / f1 * 250 / f2、望远镜：(1)、开普勒式望远镜：用长焦距的正透镜L1和短焦距的正透镜L2构成，当L1的像方焦点和L2的物方焦点重合时就组成开普勒式望远镜。(2)、测量视角放大率：右眼通过望远镜观察距离四米远的纸尺得
4、到的放大像g1 ,左眼直接观察四米远的纸尺g1，若放大像g1的n个刻线值正好与g1上的m个刻线值相当，则望远镜的视角放大率就是m / n。(3)、根据公式得到开普勒式望远镜理论的视角放大率为：- f1 / f2(4)、伽利略式望远镜：方法和开普勒式望远镜相同。五、实验结果分析：放大镜：mn放 显微镜： mn显开普勒式望远镜：mn望伽利略式望远镜： mn望实验二： 透镜焦距及小角度测量实验类型：综合型适用专业：测控技术及仪器一、 实验目的：掌握正透镜的成像规律，并测量透镜的焦距。掌握平面镜转动特性，学会用平面镜反射法测量偏转角度。二、 实验内容：1、 测量透镜焦距2、 测量平面镜的偏转角度三、
5、实验设备：光具座、透镜、平面镜、光屏、游标卡尺等。四、 实验原理： 平面镜法焦距测量：当光源位于透镜前一倍焦距时，光线经正透镜后水平射出，在平面镜的反射下，光线按原方向返回，在物屏上成一大小相等方向相反的像。像距物距法焦距测量：物体在距离正透镜一倍到两倍焦距之间，成一放大倒立的实像，测出像距物距，通过高斯公式可计算出透镜的焦距。角度测量：当发球面光物体位于透镜前一倍焦距时，位于透镜像方的平面镜同光轴垂直时（即偏角为零），反射像和光源点重合。当平面镜偏转小角度时，反射光线偏转2，反射像在光屏上平移了一段距离S，并透过前面实验测出透镜的焦距F,通过公式tg2=S/F可计算出值的大小。五、 实验方法
6、及步骤：1、 焦距测量：平面镜法：光路如图（2-1）所示。手持反射镜P，移动正透镜L，直到被反射镜P返回的光线在箭屏上形成一个清晰的，与物体箭头大小相等，方向相反的箭头像。这时正透镜到箭屏的距离就是透镜的焦距F。 像距物距法：光路如图（2-2）所示。首先把箭屏放在透镜L的焦点之外，SF并S2F处，移动光屏直到在光屏上得到清晰的箭头像。分别记录物、透镜和像的位置，用高斯公式计算焦距F。2、 角度测量：光路如图（2-3）所示。把带小孔的接收屏放在距透镜一倍焦距的位置，放好平面镜，使光线反射回小孔位置。把平面镜稍微偏转一个小角度，这时在接收屏上有一个和光源水平的像。用游标卡尺在光屏上测量出光源和像之
7、间的距离S ，用公式tg2=S/F,计算出偏角大小，F为已测出正透镜的焦距。六、实验结果分析：平面镜法记录结果，重复三次取平均值次数物位置透镜位置焦距FF平均值像距物距法记录结果，重复三次取平均值次数物位置透镜位置像位置物距像距焦距FF平均值 角度测量结果透镜焦距F光点距离S偏转角度实验三：用迈克尔逊干涉仪测量钠光相干光程及双线波长差实验类型：综合型 适用专业：测控技术及仪器一、实验目的： 1、掌握迈克尔逊干涉仪原理，学会调整和使用这种仪器。2、观察单色光源照明下的等倾干涉条纹和等厚干涉条纹。3、测量钠光源的相干光程。4、通过测量钠黄光双线的波长差，掌握有关的基本实验方法和技能。二、实验内容：
8、相干光程及钠黄光双线的波长差的测量 三、实验设备：迈克尔逊干涉仪、钠光灯、毛玻璃。四、实验原理：1、相干光程的测量：可利用等厚条纹的观察方式，用等厚条纹来测出钠光的相干长度2、钠黄光双线的波长差的测量：钠光中包含两种波长1和2，且1和2相差很小，当光程差为L=m1=(m+1/2) 2 (其中m为正整数)时，两种条纹为重叠的亮纹和暗纹，使得视野中条纹的可见度减低，若1和2的光的亮度相同，则条纹的可见度为零。再逐渐移动M2 ,增加（或减少）光程差，可见度又逐渐提高，直到可看到清晰的干涉条纹，再继续移动M2，可见度又下降，在光程差L+L=(m+m)1=(m+m+3/2) 2时，可见度最小（或为零）。
9、因此，可测出从某一可见度为零的位置到下一个可见度为零的位置，位置差L，其双线波长差为：=12/L=2/L即为要测的钠黄光双线的波长差，为1和2的平均值五、实验方法及步骤：1、充分认识仪器的各个部件及其作用（严禁用手摸镜面）。2、用钠光灯照明，并在灯前加毛玻璃。3、面对反射镜M2，通过P1观察M1和M2反射的十字象（十字线刻在毛玻璃上）。若M1与M2不垂直，则可看到两个反射十字象，调节M1后面的三个调节螺钉（），直至两象重合，平移M2使之基本无视差。此时M1和M2近似平行且距离较近，视场内看到明暗相间的干涉条纹。如果条纹不是圆环或圆心不在视场内，应继续调解M1后面的三个螺钉，直到看到圆形等倾条纹
10、。4、眼睛上下左右微微摆动，若看到条纹半径大小有变化，则M1与M2尚未严格垂直，此时可调节水平与垂直微调弹簧（）和 （），直到眼睛摆动时条纹半径变化很小为止。5、用微动手轮（）平移M2，观察随M2和M1之间的距离的改变，条纹变化的规律。在观察过程中可能出现条纹由清楚到不清楚而慢慢变成照度均匀的视场，这是由于钠光的两个波长形成两组条纹，其一组位置在另一组中间，而波长差很小，无法分辨其颜色所致。、 转动滚花手轮（）平移M2，使条纹向中心收缩，当条纹变得稀疏时，再用微动手轮继续按使条纹收缩的方向转动（记住这时手轮转向），直到视场只剩下两三条较粗的条纹为止。然后调节螺钉使M1微微偏转，即可看到明暗相间
11、的弯曲的等厚条纹。7、校正读数盘与读数鼓轮的零点。按原方向转动微动手轮至零刻线对准指标，再按微动手轮转动时滚花手轮的转向转动滚花手轮至指标对准任一刻线，此后不再转动滚花手轮。8、逐渐移动M2增加（或减少）光程差，使得视野中等厚条纹的可见度减低（或消失）记下手轮的读数A，再逐渐移动M2，可见度又逐渐提高，直到可看到清晰的干涉条纹，再继续移动M2，可见度又下降（或消失），记下手轮的读数A, 求出d = |A- A|。对视场中心来说，移动M2镜在相继两次视见度为零时移过d，由此而引起的光程差变化L应等于2d。重复测量三次取L平均值。由公式=12/L=2/L,为1和2的平均值（取5893）一、 实验结
12、果分析： 次数123平均A (mm)A (mm)d= |A- A| (mm)=2/2d实验四 测定棱镜材料的折射率实验类型：综合型适用专业：测控技术及仪器实验内容1测定棱镜顶角、最小偏向角。2测定棱镜材料的折射率。教学要求 了解分光计的结构及各组成部件的作用。 熟悉分光计的调整要求，掌握其调整技术。实验器材分光计，双面镜，钠光灯，三棱镜。 实验原理 三棱镜如图24-1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。图24-1三棱镜示意图 1反射法测三棱镜顶角 如图24-2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿
13、和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知： 图24-2反射法测顶角2最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光沿P方向入射到棱镜AB面上，经过两次折射后沿P方向射出，则入射光线P与出射光线P间的夹角称为偏向角，如图24-3所示。转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向P也随之改变，即偏向角发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角。可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角及最小偏向角，即可由上式算出棱镜材料的折射率。操作步骤1分光计的调整 在进行调整前，应先熟悉所使用的分光计中下列螺丝的位置： 目镜调焦(看清分划板准线)手轮； 望远镜调焦(看清物体)调节手轮(或螺丝)；调节望远镜高低倾斜度的螺丝；控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝；调整载物台水平状态的螺丝；控制载物台转动的制动螺丝；调整平
