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1、 应用光学实验应用光学实验 指导书指导书 华中科技大学华中科技大学 光电子实验教学中心光电子实验教学中心 2015 年年 9 月月 （严禁对其他人发布） （严禁在网络上等公开场所发布）（严禁对其他人发布） （严禁在网络上等公开场所发布）目 录 实验一实验一 用环式球径仪测量球面曲率半径用环式球径仪测量球面曲率半径 . 1 实验二实验二 平面光学零件光学不平行度测量（自准直法）平面光学零件光学不平行度测量（自准直法）. 5 实验三实验三 透镜焦距测量（放大率法）透镜焦距测量（放大率法）. 13 实验四实验四 照相物镜相对孔径测量照相物镜相对孔径测量. 17 实验五实验五 望远镜光学特性参数测量望
2、远镜光学特性参数测量. 20 实验六实验六 平行光管调校平行光管调校. 27 实验七实验七 显微镜光学特性参数测量显微镜光学特性参数测量. 33 实验八实验八 光学玻璃或液体的折射率和色散测量（临界角法）光学玻璃或液体的折射率和色散测量（临界角法）. 39 实验九实验九 星点法观测光学系统的球差星点法观测光学系统的球差. 45 实验十实验十 位置色差的测量位置色差的测量. 50 附录附录 数据记录数据记录. 52 1 实验一实验一 用环式球径仪测量球面曲率半径用环式球径仪测量球面曲率半径 一、实验目的 1熟悉环式球径仪的结构原理，掌握该仪器的使用方法。 2掌握利用环式球径仪测量球面曲率半径的原
3、理、方法。 二、实验原理 用环式球径仪测量球面曲率半径的原理是，通过测量某部分球面对应的矢高及弦半径，计算该球面的曲率半径。这种方法属于间接测量法。 由图 1-1 的几何关系得到 222 RRx xrR (1-1) 式中 R球面曲率半径； r一部分球面的弦半径； Rx对应该部分球面的矢高。 若测量r、Rx，则利用公式（1-1）可计算球面曲率半径R。 为准确地测量弦半径r值， 一般采用一定尺寸的测量环， 环半径r是经过精密测量的，作为已知数据，所以实际测量球面曲率半径R时，只要测出矢高Rx即可。 为提高测量精度，在测量环上装有已知半径为的三个小钢球。测量时使被测球面与三个小钢球接触，如图 1-2
4、 所示。由图中几何关系可得到计算球面曲率半径的公式为: 222 RRx xrR (1-2) 式中 r三个钢球中心决定的圆半径； Rx三个钢球顶点决定的平面到被测球面顶点的距离。 式中前的符号， 当被测球面为凹面时取“+” ；为凸面时取“-” 。 三、实验仪器设备 该方法测量曲率半径用的环式球径仪主要由三个部分组成： 图 1-2 球面曲率半径测量原理图 2 1测量环 测量环是被测件的定位元件。环式球径仪一般备有七至九个不同r值的环，以便测量不同口径的零件时选用。环上分布三个小钢球，半径小的环制成刃边形式。三个小钢球中心决定的圆半径为小钢球半径是事先精密测量的，并列入表 1-1、表 1-2 中。
5、2测量杆 测量杆位于测量环的中央，并可以在与三个小钢球中心决定的平面垂直的方向移动。测量杆上装有 030mm 的刻尺，作为测量Rx值的长度标准器。采用重锤阻尼器使测量杆始终受一向上的力，测量时杆的顶端与放在测量环上的被测件相接触。 3读数系统 图 1-3 为用阿基米德螺旋式测微目镜的球径仪光路图。采用读数显微镜读出测量杆上刻尺的刻度，读数显微镜的测微目镜有：阿基米德螺旋式（参看图 1-4） ；摆动平行平板式。它们的最小格值为 0.001mm，用来细分测量杆上的刻尺。采用阿基米德螺旋式测微目镜进行读数时，先旋转测微手轮，将读数显微视场内一条毫米盘刻线对称地置于螺旋线分划板的某条双刻度线的中央，即
6、可读数。图 1-4 所示的正确读数为：13.8155mm。 图 1-3 球径仪光路图 (1-反光镜 2-滤光镜 3-保护玻璃 4-刻尺 5-平板玻璃 6-显微镜物镜 7-棱镜8-螺旋线分划板 9-固定分划板 10-目镜) 图 1-4 阿基米德螺旋测微目镜的读数视场 14 13 3 四、实验内容和步骤 注意事项：注意事项：1、禁止旋动视场调节旋钮、禁止旋动固定螺钉以及其他不需要旋动的旋钮。、禁止旋动视场调节旋钮、禁止旋动固定螺钉以及其他不需要旋动的旋钮。 2、把玻璃元件放在测量环上时，一定要放平稳后，才能松手；否则，容易滑落摔坏。、把玻璃元件放在测量环上时，一定要放平稳后，才能松手；否则，容易滑
7、落摔坏。 （1）认真阅读上面的注意事项，保证不随意损坏仪器。把台灯放置在环式球径仪的左侧，打开台灯，调整仪器上的反射镜，眼睛通过目镜观察，使目镜视场中达到满意的亮度。调整目镜使视场中的刻度清晰。 （2） （该步骤已经完成，只需检查即可。该步骤已经完成，只需检查即可。 ）根据被测件口径选择测量环，使其获得尽量大的Rx值。将选取好的测量环装在仪器上。 （3）记录使用的仪器型号以及测量环的换号，以便数据计算时，查表使用。 （4）确定测量零位：将平晶放在测量环上， 测量杆在重力的作用下向下移动， 平晶轻轻地与测量杆头部以及测量环上的三个小钢球接触， （注意：注意：直到平晶并放平稳后，才能松手；否则，平
8、晶容易滑落摔坏） 。此时读数并记录。该读数为零位读数，用1x表示。 （5）测量读数：放好平面晶体后，目镜读数视场可能如图 1-6 所示，整数的“”不在细双线的正中间，此时不能读数。旋转测微手轮，使整数的“”落在细双线的正中间（如图 1-7 所示） ，此时才能读数。正确的读数为：17.4012mm。 （17 为整数，4 为小数点后面第一位，01 为小数点后面第 2-3 位（看指针上面的圆刻度） ，2 为小数点后面第 4 位，也是估读位。 ） （4）取下平晶，放上被测零件，使测量杆头部与被测球面接触。记录此时读数为2x。 4 （5）每个面测三次，取平均。 （6）关闭台灯，把实验台收拾干净。 要求：
9、要求：测一个凸面和一个凹面的曲率半径。 五、实验数据记录和处理 1修正测量值：对刻尺刻度值误差的修正 设刻尺在两读数1x和2x处的修正值分别为1x和2x（说明书中列表给出刻尺刻度的修正值） ，则矢高Rx为 1212xxxxxR (1-3) 2计算测量结果（数据记录见附录） 六、思考题 1利用环式球径仪如何较简便地测量半径相同的凸凹球面对板？ 2环式球径仪的测量范围受什么因素限制？ 3提高测量精度的途径是什么？ 附不同型号的标准环半径参数分别见表 1-1、表 1-2；球径仪刻尺修正表见表 1-3。 表 1-1 JGQ-1 型型 球径仪测量环环号表 测量环号 测量环半径（mm） 钢球半径（mm）
10、No.1 59.9018 4.7695 No.2 42.3951 4.7695 No.3 29.9823 3.9690 No.4 20.9794 2.9940 No.5 14.9876 2.9940 No.6 10.4787 2.3824 No.7 内径 7.4223 外径 8.0306 No.8 内径 5.0318 外径 5.5356 表 1-2 QJ-1 型型 球径仪测量环环号表 测量环号 测量环半径（mm） 钢球半径（mm） 1-57 59.9880 4.9942 2-57 45.0011 4.9954 3-57 32.9733 3.9685 4-57 22.9736 3.9685 5-
11、57 15.0026 2.9984 6-57 9.8926 2.9986 7-57 内径 5.0291 外径 5.9806 7-57 外 内径 3.2509 外径 4.0045 5 表 1-3 QJY-100 型型 球径仪测量环环号表 测量环号 测量环半径（mm） 钢球半径（mm） No.1 59.6482 4.9990 No.2 43.2821 4.9990 No.3 30.0668 4.0000 No.4 21.0065 3.0000 No.5 14.9950 3.0000 No.6 10.4955 2.4990 No.7 内径 7.4611 外径 7.7970 No.8 内径 5.024
12、0 外径 5.2680 表 1-3 球径仪刻尺修正值表 注：每一格值0.0001mm 间隔（mm） 修正值 间隔（mm） 修正值 01 -0.1 1516 -0.2 12 -0.2 1617 -0.4 23 -0.2 1718 -0.5 34 -0.1 1819 -0.2 45 -0.3 1920 0.1 56 -0.4 2021 -0.1 67 -0.3 2122 0.2 78 -0.2 2223 0.3 89 -0.3 2324 0.4 910 -0.3 2425 0.2 1011 0 2526 -0.2 1112 -0.2 2627 -0.2 1213 -0.1 2728 -0.3 1314 -0.3 2829 -0.5 1415 -0.4 2930 -0.5 6 实验二实验二 平面光学零件光学不平行度测量（自准直法）平面光学零件光学不平行度测量（自准直法） 一、实验目的 1掌握光学测角仪的使用和测量平板玻璃不平行度的原理和方法。 2掌握反射棱镜光学不平行度的概念和用光学测角仪测量反射棱镜光学不平行度的方法。 二、实验原理 光学测角仪是一带有角度分划板的自准直望远镜。图 2-1 是测量平板玻璃不平行度的原理图。 图 2
