大学基础物理实验课件 平行光管的透镜性能.ppt

平行光管和透镜性能测试 实验目的和教学要求 1．根据透镜成像原理，调整各光学元件等高共轴； 2．掌握用平行光管测透镜焦距的方法； 3．了解分辨率的概念，利用平行光管测量透镜的分辨本领； 4．学习像差的概念，利用星点板观察像差、评价成像质量。 实验原理 -----平行光管 1. 光源 2.毛玻璃 3.分划板 4.物镜 图6-33 平行光管光学结构图 实验原理 -----平行光管 光 源：在平行光管中，利用白炽灯作为光源 毛玻璃：由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此需要通过毛玻璃将其转换成均匀的面光源照射分划板。 分划板：十字叉丝，波罗板，鉴别率板，星点板。 物 镜：平行光管物镜 实验原理 -----透镜焦距测量 图6-34 测凸透镜焦距光路图 图6-35 玻罗分划板 实验原理 -----（1）测凸透镜焦距f1 ， f2 玻罗板每对刻线的间距分别为20,10,4,2,1（mm） 式中y是在玻罗板上所选刻线对的实际间距；y1 是该刻线对在透镜L1后焦面上所成像的间距；f0是平行光管物镜的焦距；f1是待测凸透镜L1的焦距。 实验原理 -----测凹透镜焦距f3 图6-36 测凹透镜焦距光路图 将待测凹透镜L3放在两凸透镜L1和L2之间，当调节凹透镜的位置使其后焦点与凸透镜L1的后焦点重合时，凸透镜L1与凹透镜L3便准确地组成伽利略望远镜，它们的出射光再次成为平行光 实验原理 -----测凹透镜焦距f3 由几何关系有 又根据前述凸透镜焦距的测量原理，可知凸透镜L2的焦距f2满足： 实验原理 -----测凹透镜焦距f3 或 式中y2 是玻罗板上某刻线对经凸透镜L2成像后的间距； y 是该刻线对经L1、L2、L3透镜组成像后得到的间距。 实验原理 -----透镜的分辨率 (a) (b) (c) 图6-37 分辨率与瑞利判据 瑞利提出了一个判据：如果一个物点的衍射图样中央主极大与另一个物点的衍射中央主极大傍的第一极小相重合时（图6-37(b)），这两个物点是恰可分辨的。 实验原理 -----透镜的分辨率 对望远系统来说，其观察的对象是远物，分辨率以刚能分辨开的两个物点对物镜（系统入瞳）中心的张角表示，公式为 ： 对照相系统，一般工作于远物短焦距情形，特别是要考虑成像时与感光底版分辨率的配合，故其分辨率常以像面上每毫米能分辨的线数N来表示。不难导出 ： 对显微系统，观察的是微小的近物，其分辨率则以物面处刚能分辨的两物点间距表示，可以证明：显微镜最小分辨距离的计算公式为： 实验原理 -----透镜的分辨率 图6-38 A4分辨率板图案 图6-38 所示为栅格状分辨率图案，它由黑白相间、线宽相等的矩形光栅状线条组成，整套图案的线宽由粗到细按公比的几何级数规律依次递减，并顺序地分布在编号为A1~ A7的7种分辨率板上。 实验原理 -----透镜的分辨率 式中a 为透镜的分辨率角值（秒）；b为刚可分辨的条纹间距；f0为平行光管物镜焦距。 实验原理 -----透镜的像差 像差 ：由于成像光束的孔径角和成像范围（视场）不可能满足苛刻的近轴条件，实际的光学系统并不满足理想成像的条件。这种偏离理想成像的现象就称为像差。 单色像差：是由单色光所产生的，称为单色像差，它包括球差、彗差、像散、像场弯曲、畸变； 色差 ：是由于光学材料对不同波长的光线具有不同的折射率，因而不同波长光线的成像位置和大小都不同，这种现象称为色像差，简称色差。 实验原理 -----球差 图6-39 球差 光轴上某一物点发出的单色宽光束，经光学系统后，若不同孔径角的各光线交光轴于不同位置，从而使轴上像点成为一弥散的光斑，则称光学系统对该物点的成像有球差，如图6-39所示。 实验原理 -----彗差 图6-40 彗差 近轴外物点发出的单色宽光束，经光学系统后，若在近轴像面上不再交于一点，而是生成状如彗星的亮斑，则称该系统对给定物点的成像有彗差。如图6-40所示，傍轴物点发出的宽光束，通过透镜不同环带区后，将在像平面上生成大小不等的圆盘，它们彼此逐渐错开，半径越大的圆盘离光轴越远。这些不同心圆盘部分重叠就形成了前部最亮的彗星状光斑。 实验原理 -----像散 图6-41 像散 离轴较远的物点所发出的单色细光束，斜射入光学系统后，出射光束的截面一般是椭圆，但在两个位置退化为直线，它们互相垂直，分别称为子午焦线和弧矢焦线。在两焦线之间的某个位置上，成像光束的截