光学平台组件实验.doc.docx

光学平台组件应用实验实验内容：第一次课熟悉平台组件功能和光路调整，利用光学平台提供的组件完成光学实验， 1.测薄凸透镜焦距2.自组望远镜系统3.平行光产生和检验第二次课利用光学平台提供的组件完成偏振光实验1.偏振光的产生于检验2.布儒斯特角测定3.验证马吕斯定律4.了解波片作用，研究圆偏光和椭偏光产生和检验光学平台组件清单序号型号名称重要指标数量1DH-HNK250氦氖内腔激光器250mm;TEM00;2mW12GCO-01M空间滤波器含40X物镜，三种规格针孔13GCM-M Φ50.8 镜架　24GCM-M Φ50.8 镜架　35GCL-双凸透镜Φ50.8 f150双棱镜干涉26GCL-被测目镜Φ6f9.8mm测目镜焦距17GCM-MΦ6 镜架　18GCL-显微物镜 Φ10 f15mm显微镜组装19GCM-MΦ10 镜架　110GCL-物镜Φ50.8 f250mm望远镜组装111GCL-聚光镜Φ50.8 f50mm幻灯机组装，双棱镜干涉112GCL-放映物镜Φ50.8f200mm幻灯机组装113GCL-Φ40 f200　214GCL-Φ40 f80　215GCC-反射镜Φ40 加强铝316GCM-MΦ40镜架　517GCC-五五分光平片Φ25.4,450-650nm218GCM-MΦ254镜架　219GCM-磁座　1220GCM-1302干板夹　321GCM-76 套筒　1222GCM-76支杆　1223GCM-M激光管夹持器GCM-M124　小磁座转接板　125GCM-M狭缝　126GCM-5701M光阑　127GCL-毛玻璃　128GCL-白屏100x100x2129GCL-偏振片　230GCL-1/4波片　131GCL-1/2波片　132GCM-0902M偏振片/波片架　433GCM-1101M旋转台　134GCM-0702M棱镜架　135GCI-准直光检验器　236GCI-led光源白光　137GCG-YP907二维测量分划板　138GCM-M分划板镜架　139　卷尺　140　双缝（多缝板）杭光141　jx8测微目镜杭光142PT-38读数显微镜架杭光143PT-13白屏杭光144PT-14品字形物像屏杭光145　平台面包板长富600*1200*8/12不锈钢146　光功率计方式1光学平台组件应用实验参考资料目录1. 光学平台组件应用实验 41.1. 光学实验基础知识 4基本常识 4基本知识 41.2. 光学平台组件的工作原理及调试方法 5实验目的 5实验原理 5实验步骤 10思考题 101.3. 薄透镜焦距测量及透镜系统基点位置测量 101.3.1. 自准直法测焦距 111.3.2. 二次成像法（位移法）测焦距 131.3.3. 透镜系统基点测量 141.4. 显微镜与望远镜原理与应用 171.4.1. 显微镜搭建与光学系统分辨率检测 171.4.2. 望远系统的搭建和参数测量 201.5. 偏振光实验 23实验目的 24实验原理 24实验器材 28实验步骤 28在高温或低温情况下进行的高处作业。

高温是指作业地点具有生产性热源，其气温高于本地区夏季室外通风设计计算温度的气温2℃及以上时的温度低温是指作业地点的气温低于5℃1. 光学平台组件应用实验1.1. 光学实验基础知识基本常识光学平台提供水平、稳定的台面，一般平台都需要进行隔振等措施，保证其不受外界因素干扰，使实验正常进行所有光学镜片(透镜、平面镜、棱镜、光栅、波片、偏振片、分光镜等等)通光面不能用手触摸，需要清洁时必须用专用镜头纸用于固定镜片的支架上的固定螺钉和调节螺钉要轻扭白炽灯是复色光源（白光－由红、澄、黄、绿、青、蓝、紫色光混合而成）；汞灯是由部分线状谱的光混合成的复色光源；钠灯是准单色光源（有两条非常相近的波长），可以用于干涉实验的光源，只是光强较弱不方便观测；激光是单色光源（一种波长），是用于干涉实验的光源用于实验的光学仪器，在做实验前应首先了解各部分的调节功能、作用和调节范围，以及标尺的读数方法基本知识光学实验仪器（如：分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、棱镜摄谱仪），可以用来做多种测试实验分光计可以用于三棱镜的顶角角度测量，某一波长的色散及色散曲线测量，光栅衍射及光谱观测，某透明体的折射率测量实验用光源有汞灯、钠灯或激光器。

迈克尔逊干涉仪可以用于未知激光波长的实验测量，微位移的测量，当用平行光入射时，还可以进行面形变、气体折射率或温度场的实验观测读数显微镜以钠灯为光源可以进行微小尺寸、球面半径的测量，还可以进行固体热胀系数、液体折射率等的测量棱镜摄谱仪可以拍摄各种光源（复色光）的光谱，还可以测量某一线状光的波长在光具座上可进行的光学实验有：薄透镜的焦距测定，典型光学系统（显微镜、望远镜）的设计，偏振现象的观测，双棱镜的干涉、激光或钠光灯的波长测量等在光学平台上可以进行各种各样的光学实验，除上述的各种光学实验外，还可以进行许多设计性和研究性的实验、全息干涉测量或全息照相实验全息照相分为两个步骤：全息记录和再现从物理角度说，全息记录是两束光（物光和参考光）的干涉图样的拍摄和冲洗；全息再现是通过干涉图片产生的衍射图像所有干涉类的实验，防震是最重要的要求，其次，根据光的时间相干性，进行干涉的两束激光（或钠光）只能从一个光源分出（分振幅或分波面），且两束光的光程差不能太大两个同样的激光器会因为此而不能进行干涉1.2. 光学平台组件的工作原理及调试方法本实验介绍光学系统主要部件的设计原理和基本调试方法，其中基本技能的训练同样适用于其他光学实验。

实验目的（1） 了解光学系统主要部件的设计原理，熟悉其调节方法2） 学习扩束准直系统的调节和使用3） 学习平行光束的调整方法实验原理1. 光学系统主要部件光学系统，一般由光源、光路转向系统、分光系统、扩束系统、成象系统及各种专用部件构成1） 光源：用于产生实验所用的光，根据实验需要采用不同的光源，常用光源有卤素灯、汞灯、钠灯、氦氖激光等2） 光路转向系统：主要包括光束升降器及各种反光镜光束升降器能使激光束的高度提升及转向，有的光束升降器还带有俯仰微调装置；反光镜的功能是使光路转向这两类组件中的光学元件都是外表面镀膜的反光镜3） 分光系统：分光系统的功能是将一束激光按要求的比例分成两束，是全息实验及其它有关实验中不可缺少的部件分光比 h 定义为式中I1、I2是被分开的两光束的强度按照分光的原理，可分成几何分光及物理分光两大类几何分光意味着在能量分配的过程中，光束主要发生几何状态的变化，例如传播方向等，最常见的是利用折射及反射现象的分光镜；物理分光表示伴随能量分配，光波的物理状态（或结构）发生变化例如偏振态的变化按照分光比h 的变化范围及形式，又可分为分级分光及连续分光两类4） 扩束系统：通常是一个短焦距的透镜或透镜组（例如显微镜的物镜），用以把细窄的激光束扩大，使之照明整个物体或全息干板。

扩束时，通常还需进行准直和空间滤波5） 成象系统：主要是傅立叶透镜，是一个高质量消象差的透镜在一般系统中，用一对傅立叶透镜构成4F系统在简单系统中，一个傅立叶透镜兼变换及成象作用光学系统各部件除激光器外都安装在可调支架上，通过可调螺旋支架能做上下、左右、前后的平动，及绕水平和垂直轴的小角度转动调节时手不要碰摸光学元件，不要对着光学元件呼气各元件间的布局要合理，不要影响调节部件的底部都有一个磁性表座，调好后，应将磁性表座锁紧在光学平台上2. 扩束准直系统的调节和使用激光束的面积很小，一般都需经过扩束及准直，必要时还需加上针孔滤波器，使其成为面积较大的均匀光斑激光扩束镜通常使用半球形扩束镜或显微镜物镜在扩束镜的焦点上放置针孔滤波器，在针孔滤波器后面放置准直镜准直透镜与扩束镜构成倒装的伽利略望远镜系统，如Error! Reference source not found.为了获得均匀的平行光，必须使光学元件的方位符合尽量减少像差的条件首先应使激光束与全息台面平行，其他光学元件必须共轴而且，要求发散或会聚的光束应朝向扩束镜及准直镜的曲率半径R大的表面或平面；平行光应朝向R小的表面通常可用灯丝的反射光来判断R的大小。

图 11 伽利略望远镜系统1 激光器 2 扩束镜 3 针孔滤波器 4 准直透镜3. 针孔滤波器激光器发生的光束是高度相干的，即使遇到很小的灰尘，散射后的光束也会产生干涉，形成很多斑点扩束后这种斑点可以看得非常清楚对于全息图来说，这些斑点就是“噪声”，其存在将影响全息图的质量针孔滤波器的作用就是让所需要的光束从针孔中通过，而将经灰尘散射后的光挡住其基本原理如下：由频谱分析的原理我们知道，激光器发出的光束基本上是均匀的，其频谱成分主要是基频（零频），经灰尘散射后所形成的斑点的频谱成分主要是高频从傅立叶光学关于空间滤波器的原理来分析，针孔滤波器就是一个低通滤波器细窄平行的激光束射到扩束镜后，在扩束镜的后焦面上得到了频谱，将针孔滤波器放在后焦面（频谱面）上，并且仅让零频通过针孔而挡住了散射光的频谱，这时由针孔出射的就是非常干净的、均匀的光束当针孔的中心准确地位于扩束镜后焦点时，针孔的出射光强与入射光强几乎没有什么差别实际调节针孔是一件非常耐心细致的工作，需反复调节 4. 调整扩束镜(1) 准备工作：先把激光束调到合适的高度，并使光束与工作台面平行然后放上扩束镜a)激光束与扩束镜光轴重合 (b)激光束与扩束镜不同心 (c)激光束与扩束镜方向不同图 12 扩束镜的光轴与激光束的光轴位置示意图 (2) 在扩束镜L1前放一中心带孔的光屏A，孔的直径约为3~5mm，让激光束无遮挡的通过，在扩束镜后也放一光屏B。

A、B两个光屏离扩束镜约在5~10cm左右调整好的扩束镜的光轴必须与激光束的光轴重合，如Error! Reference source not found.（a）所示，即要求两者同位置同方向这可借助于A和B两个光屏上的光斑来判断是否达到了要求可先调L1使屏上的光斑尽可能均匀、对称，可由调节L1的横向坐标来实现然后在屏上仔细找类似于牛顿环样的干涉圆环由于光很弱或是没有调整好，圆环出现在远离中心的地方如Error! Reference source not found. (b)所示，甚至看不到圆环干涉圆环是由扩束镜前后两曲面对入射光的。