应用光学实验指导书综合性详解.doc

应用光学实验指导书 北京信息科技大学 光电信息与通信工程学院 2008 目录 实验一 透镜基本性能测量 3 实验二 光学系统像质检测…………………………………………..9 实验一 透镜基本性能测量 一、实验目的： 通过实验掌握单片透镜成像规律和特性； 掌握用放大率法精确测量透镜焦距的方法； 二、实验原理 1、单片透镜成像规律和特性 实验主要依据高斯物像位置关系公式和放大率公式（以主点为原点），即 （1-1） （1-2） 为简单起见，本实验中假定所用透镜为薄透镜，物像方主平面重合，且主平面在薄透镜的中部。 2、用放大率法精确测量透镜焦距 焦距是光学系统的重要光学参数，其测量方法比较多。最常用的方法是放大率法。其基本原理如图1—1所示。将已知物高为的物体AB置于已知焦距为fcˊ的正透镜物方焦平面Fc上，则在被测透镜的像方焦平面Fˊ上可形成物体AB的像AˊBˊ，像高为y0ˊ，这时Fc与Fˊ是一对共轭点，利用几何光学原理，可以容易地导出下列公式： （1-3） 由于fcˊ和均已知，所以只要在实验时测出像高y0ˊ，即可由（1-3）式计算出fˊ。 为了精确测量y0ˊ，必须借助于测量显微镜，其原理图如图1—2所示。图中为显微物镜，已知其垂轴放大率为，pˊ是显微镜的像平面 ，所以pˊ与被测透镜的像方焦点Fˊ共轭，利用测微目镜中的分划板和测微手轮测出之间的距离y0ˊ，按式（1－4）计算被测焦距： （1-4） 三、实验元器件与仪器设备 光具座，光源，箭孔板，正透镜，负透镜，平面反射镜，支架, 光屏，平行光管（由光源、毛玻璃、玻罗板、平行光管物镜等组成）等。 四、实验原理与步骤 1、薄正透镜的成像 （1）、物体位于物方焦平面时，观察成像的正倒及大小，并利用直尺测正透镜到箭孔板的距离，此即该透镜的物方焦距f（注意正负号）。光路布局见图1－3所示： （2）、物体位于无限远时，观察成像的位置及大小，并测透镜的像方焦距f＇（注意正负号）。光路布局见图1－4所示： （3）、物体位于物方无限远与两倍物方焦距之间，观察像的大小、正倒； （4）、物体位于两倍和一倍物方焦距之间，观察像的大小、正倒； （5）、物体位于一倍物方焦距和主平面之间，观察成像。 （6）、物体位于主平面和像方无限远之间 这时对应的是虚物成像问题。实际上不可能存在独立的“虚物”，要获得虚物，必须借助于其它透镜将实物成像。图1-5是用正透镜1形成透镜2的虚物的情况。将箭孔板置于透镜1的两倍物方焦距处，则在其像面（像距）上获得一个与物体等高且颠倒的像，在透镜2之后移动光屏，可接收一个清晰的箭孔板像，测出物距和，可容易地求出这一对轭面的垂轴放大率。 2、薄负透镜的成像 （1）、物体位于物方焦面上 按图1-6布置光路。其中正透镜1的作用是为负透镜2提供一个已知物高的虚物，正透镜3的作用是将由负透镜成像在无限远的像变成可以用光屏接收的实像。 在本实验之前，首先确定正透镜3的像方焦平面，并固定光屏4与透镜3之间的相对位置。 然后按图1—6的光路，左右移动透镜2，直至在光屏上看到清晰的箭孔像为止。由图可知， 只要测出透镜1到透镜2之间的距离，即可求出负透镜2的物方焦距。 （2）、物体位于无限远 按图1—7布置光路正透镜提供无限远的目标，负透镜2将平行光束发散，成虚像于其像方焦点。将光屏置于正透镜的两倍焦距处，然后同时移动透镜3和光屏，直至看到清晰的像为止。利用此图可以粗略测出负透镜2的像方焦距。 （3）、物体位于主平面和物方焦平面之间 按图1—8布置光路，利用已知焦距的正透镜1形成负透镜2的物体。首先使负透镜放在位置，即物距近似等于零，记下此处位置，观察成像情况。然后将负透镜向正透镜1方向移动，同时移动光屏，观察成像情况。 （4）、物体位于像方无限远和主平面之间 这是实物通过负透镜成虚像的情况，可按图1—9布置光路，利用已知焦距的正透镜2和光屏，观察成像情况。 3、透镜焦距的测量 本实验在焦距仪（或光具座）上进行，其光学系统图见图1—10。图中平行光管是光学测量中的常备仪器，其作用是形成标准无限远的物体。平行光管由光源、毛玻璃、玻罗板、平行光管物镜等组成，根据不同的使用要求，玻罗板可方便地更换成星点板、分辨率板等。玻罗板上共有五对刻线，最外面的一对长刻线之间的间距是20，其它