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光学试验补充讲义编者王涛2月光学试验常用装置器件1
光学实验补充讲义
编者:王涛
2009年2月
光学实验常用装置、器件
1.光学防振台
光学防振台通常由台板、台架和防振装置组成。
台板是供布置光路用的。其尺寸有各种规格,一般宽度为0.6~1.2m,长度为1~3m。用铸铁、磁不锈钢和铝材制成。台板的工作表面称为光学台面,应具有较高的平面度,以便于光路的调整。
铁磁不锈钢材料刚性好,但密度大,硬重比小,抗振性差。不锈钢温度膨胀系数小,耐腐蚀,能吸附磁性底座,因此常用于制作光学平台。目前国内厂家生产的光学平台内芯采用蜂窝支撑的结构,其合理的硬重比提供了优良的抗振性能。一般精心加工的铁磁不锈钢台面平面度高,有乌光效果,特别适用于光学实验,不刺激眼睛,能减少杂散光。
铝材的硬重比大,有一定的抗振性,温度传导性好,不良环境中温度形变小,加上重量轻、易搬动、易加工、成本低,且阳极氧化后美观、耐磨,常用于制作光学平板的材料。但刚性差,不能悬空支撑。
光学平台和光学平板上阵列的标准孔距螺纹孔便于固定各种调整架,也可用磁吸装置直接将机械调整架固定在光学台板上,形成稳定的系统装置。
台架用于支撑台板,一般连接有防振装置,用于隔绝振源与平台之间的联系。简易的小型防振台通常不必使用台架,可以将台板直接安装在防振装置上。
防振装置是防振台的主要部件。它能够对于外界振动,如人员走动、汽车行驶等引起的干扰,起到隔除作用;且能迅速消除自身的冲击(如碰撞工作台,触碰光学元件等)和振动则能迅速消除。
衡量防振台性能主要看其固有振动频率。防振台的质量越大,弹性越好,固有频率就越低,与外界干扰频率差别就越大,隔振效果就越好。由于外界干扰的频率一般在10Hz以上,因此,防振台的固有振动频率应控制在10Hz以下。
防振装置主要由气浮式、防振弹簧等构成。一般高档的防振装置多采用气浮式,甚至装有自动平衡装置;中、低档的防振装置多采用乳胶泡沫层垫或防振弹簧。国内新近生产的光学隔振平台由光学平台支架代替,台架和防振装置采用优质结构钢制造,高弹性橡胶垫与台面接触。抗振动能力强,刚性好,稳定性特佳。支点用精加工螺纹连接,保证台面的水平和垂直。
2.测量显微镜的调焦和使用
测量显微镜一般是立式的。它的镜体包括物镜和目镜。在目镜的前焦面附近装有十字形分划板,测量中用它来瞄准待测目标。由于被观察的目标到物镜的距离(称为工作距离)很短(略大于物镜的截距)。因此,物距的轻微改变就能引起最终的长距离移动。这给调焦带来了困难,经常会出现找不到目标象甚至使镜头撞击目标的现象。正确的调焦方法是:
(1)调焦光源及反射镜位置,照亮目标,使目标的反射光或透射光能进入显微镜。
(2)旋转(或推拉)目镜,直到能清晰,舒适地观察到十字分划的象,这称为视度调节。
(3)在镜侧监视,将镜体缓缓下降,直至刚刚不接触目标为止。
(4)经目镜观察视场,并慢慢次转动调焦手轮使镜体升起,当看到模糊的目标象时应仔细调节,直至目标象清晰且和十字分划无视差。
测量显微镜测量长度是依靠螺旋推进器带动镜体(或放置目标的载物台)沿导轨横向移动实现的。为了测出两平行线间的距离,必须使平行线垂直于导轨方向。为此,可先使十字分划的横线平行于导轨。做法是:
(1)将一张画有直线的白纸放在物台上。通过显微镜观察并调节直线位置,使十字丝叉点重合在直线上。
(2)转动螺旋推进器,若叉丝离开直线,再调整直线位置,仍使二者重合。
(3)重复(2)的操作,直至转动推进器时,叉点能够沿直线从一端运动到另一端,直线便平行于导轨。
(4)将十字丝横线转至和直线平行。
(5)当测量两平行直线的间隔时,只需将平行线调至和十字分划竖线平行即可。为了测量一个圆的直径,只要沿着同一方向转动推进器手轮,依次使竖分划线和两端的圆弧相交于一点。
实验一 薄透镜焦距的测定
实验目的
1.学会调节光学系统使之共轴,并了解视差原理的实际应用.
2.掌握薄透镜焦距的常用测定方法.
实验仪器
光学平台、会聚透镜(两块)、发散透镜、物屏、白屏、平面反射镜、光源。
实验原理
如图1.1所示,设薄透镜的像方焦距为,物距为,对应的象距为,则透镜成象的高斯公式为
(1)
故
(2)
应用上式时,必须注意各物理量所适用的符号定则。本书规定:距离自参考点(薄透镜光心)量起,与光线进行方向一致时为正,反之为负。运算时已知量须添加符号,未知量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
(一)测量会聚透镜焦距的方法
1.由物距与象距求焦距:因为实物经会聚透镜后,在一定条件下成实象,故可用白屏接取实象加以观察,通过测定物距和象距,利用公式(2)式即可算出。
2.由透镜两次成象求焦距:设保持
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