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现代光学 第四章 光学仪器基本原理 主 要 内 容 4.1 像差色差概述 4.2 人的眼睛 4.3 助视仪器的放大本领 4.4 目镜 4.5 显微镜的放大本领 4.6 望远镜的放大本领 4.7 光阑 光瞳 4.8 物镜的聚光本领 4.9 助视仪器的分辨本领 4.10 分光仪器的分辨本领 第四章 4.1 像差色差概述 （一）球面像差（球差） ⒈形状：弥漫圆斑。 ⒉成因：透镜表面为球面，宽光束经过透镜不同环带的光线折射后与主轴交点不重合。 ⒊大小：球差的大小与透镜表面曲率半径r、折射率n等有关。 （一）、球面像差（球差） ⒋消除方法： ①加光阑限制远轴光线 ②将会聚透镜和发散透镜结合起来使用。 ③采用菲涅耳螺纹透镜，如：电影和舞台照明灯、汽车前灯、投影仪的聚光器等。 (二)、彗形像差 ⒈形状：形似彗星。 ⒉消除方法: 1）加光阑限制宽光束。 2）用粘合透镜。球、慧差要求条件不一,不易同时消除.若一个透镜能消球差,则慧差也小。 （三）、像散 ⒈特征：远离光轴的点物窄光束经透镜成为像散光束。横截面是椭圆。 2.消除方法：适当选配系统各球面的曲率半径、各介质的折射率及合理确定有效光阑的位置。 （四）、像面弯曲 1.现象：对较大物平面经透镜后成的像是抛物面。 2. 消除方法：采用组合系统，适当的选配各透镜的焦距和折射率。 (五)、畸变 1、现象：像和物不能保持几何相似。 2、成因：由于物点离主轴的距离不同，而使得横向放大率不同所引起。 3、特点：畸变并不影响成像的清晰程度，而只改变像的几何形状。 4、消除 ①两种畸变的组合。 ②将光阑放在一组相同对称透镜中间。 (六)、色差 1、现象：白光入射，像的边缘呈现颜色. 2、原因：不同波长的光在介质中折射率不同。 第四章 4.2 人的眼睛 第四章 4.3 助视仪器的放大本领 第四章 4.4 目 镜 第四章 4.5 显微镜的放大本领 第四章 4.6 望远镜的放大本领 第四章 4.7 光阑 光瞳 二、有效光阑和光瞳 第四章 4.8助视仪器的分辨本领 分析： ，两点的像分辨得开； ，则分辨不开。 的这个极限角成为光具组的分辨极限。 二、人眼的分辨本领 极限分辨角: 四、显微镜物镜的分辩本领 是物方的数值孔径，要求： 第四章 4.8 分光仪器的分辨本领 一、棱镜光谱仪 ⒈角色散率： 在最小偏向角 附近的角色散率为： 一、棱镜光谱仪 一、棱镜光谱仪 而 即： 一、棱镜光谱仪 ∴ 波长相差为 的两谱线间的角距离 一、棱镜光谱仪 2 线色散率 （ ）。 一、棱镜光谱仪 3 色分辨本领 ∵ 即 又∵ 为棱镜底面的宽度 ∴ 色分辨本领为： 二、光栅光谱仪 二、光栅光谱仪 3．光栅的色分辨本领 二、光栅光谱仪 例题 一个棱角为 500 的棱镜由某种玻璃制成，它的色散特性由 确定。其中 。当其对 550nm 的光处于最小偏向角位置时，试求： (1)这棱镜的角色散率为多少 ？ (2)若该棱镜的底面宽度为 2.7cm 时，对该波长的光的色分辨本领为多少？ (3)若该棱镜的焦距为 50cm ，这系统的线色散率为多少? 二、光栅光谱仪 解：(1) 最小偏向角附近的角色散率为 　　　　　　　　　　 其中? 二、光栅光谱仪 (2) 色分辨本领为 　　　　　　　 　　　　 (3) 线色散率为　　　　　　　 　　　 二、光栅光谱仪 例 用一个宽度为 5cm的平面透射光栅分析钠光谱，钠光垂直投射在光栅上。若需要在第一级分辨波长为589nm和589.6nm 的钠双线，试求： (1)平面光栅所需的最少缝数为多少？ (2)钠双线第一级最大之间的角距离为多少？ (3)若会聚透镜焦距为 1m ，其第一级线色散率为多少? 本章小结 ⒈放大本领： ①放大镜： ②显微镜： 物镜的横向放大率×目镜的放大本领 ③望远镜： 2、物镜与目镜 显微镜： A、惠更斯目镜 B、冉斯登目镜 折射式望远镜 反射式望远镜 4. 分辨本领： ①人眼： ②显微镜： ③望远镜： ④棱镜光谱