《光学教程》第二章-光学仪器.ppt

练习P300 7,8 在一个系统中，若有多个光阑，如何确定哪个光阑是有效光阑呢？是否能找一个普遍适用的方法，能够确定任何复杂光具组的光阑中究竟哪一个是有效光阑？ U是不用仪器时物体的视角，由于物体在远处，故物体对眼睛的张角U与它对物镜的张角相同，所以： U￠是使用仪器时像y￠￠对眼睛的张角U￠￠,与它对目镜的张角U￠相同。 由此可见，物镜的焦距fo￠ 越长，目镜焦距fe￠ 越短，则望远镜的放大本领就越高。 由于fo￠ 0, fe￠ 0，所以M为负值，表示开普勒望远镜成倒立的像。 因此 二. 伽利略望远镜 ?伽利略( Galileo Galilei, 1564—1642)是 意大利著名数学家、天文学家、物理学家、哲学家，是首先在科学实验的基础上融合贯通了数学、天文学、物理学三门科学的科学巨人。他于1609年首先发明了这种望远镜。 伽利略望远镜的特点是：发散透镜作为目镜，同样物镜的像方焦距与目镜的物方焦距重合。 伽利略做落体实验的比萨斜塔 目镜 u u￠ 同样可以证明：伽利略望远镜的放大本领为： 由于由于fo￠ 0, fe￠ 0，所以M为正值，表示伽利略望远镜成正立的像。 开普勒望远镜与伽利略望远镜二者之间的区别： （1）开普勒望远镜成倒立的像，伽利略望远镜成正立的像。 （2）伽利略望远镜的视场较小，而开普勒望远镜的视场则较大。 （3）开普勒望远镜目镜的物方焦平面在镜筒内部，在该处可以放置叉丝或刻度尺，而伽利略望远镜不能配分划板。 （4）若二者的物镜和目镜焦距的绝对值分别相等，则开普勒望远镜的镜筒较长，伽利略望远镜的镜筒较短。 三. 反射式望远镜 由于反射镜能反射的光谱范围比较广，而且不会产生色差，当反射镜的形状合适时又能矫正球差，并且大孔径的反射镜又比大孔径的透镜容易制造，所以大型的天文望远镜的物镜都是用孔径大的反射镜制成的，这种望远镜称为反射式望远镜。 牛顿手制的反射式望远镜 北京天文台2.16米的 反射式望远镜 抛物面 牛顿反射物镜 抛物面 椭球面 格雷果里反射物镜 抛物面 双曲面 卡塞格伦反射物镜 几种反射式望远镜光路图: 三. 激光扩束器 有些激光器发出的光束直径很小。而有时希望获得一束直径比较宽的激光束。如果使激光器发出的光束经过一个高质量的倒置望远镜，便可实现扩束。如图 倒置开普勒望远镜 注意：若将倒置的开普勒望远镜作为激光扩束器使用，功率大的激光束经目镜会聚后，焦点处的光强将会非常强，有可能使空气电离，产生危险。若用倒置的伽利略望远镜作为激光扩束器，由于Fe是虚焦点，没有光束的实际会聚点，故不会有此危险。 倒置伽利略望远镜 上海25米的射电望远镜 乌鲁木齐25米的射电望远镜 本节结束 §2.6 光阑 光瞳 Light Diaphragm and Pupil 在光学仪器中，成像光束总要受到一定的限制。光束受到限制的情况，一般认为对光学仪器的成像位置及放大情况没有影响，然而对像的质量、明亮度、清晰度及成像的范围却有很大的影响。所以光学系统对成像光束的限制是光学仪器中的一个重要问题。 光学系统的各光学元件的边框或边缘以及在光路中设置的开孔屏，统称为光阑。 光阑通常为圆形，有时也有方形或矩形。下面的讨论假设为圆形孔。 （1） 保证近轴条件，改善成像质量（像的清晰度），控制景深． （2） 控制像的亮度． 光阑的作用:： 一. 光阑 二. 有效光阑和光瞳 一个光学系统往往有多个光阑，但并不是每个光阑都对光束起同等程度或相同性质的限制作用。 定义：对成像光束的孔径有效地起到限制作用的光阑，称为有效光阑。 如只有一个光阑，即透镜的边框，它即为有效光阑。 又如，两个口径相等的薄透镜，相距为d，若物点P在L1的物方焦点以内，通过L1的光线，只有一部分能通过L2，故对P点来说，L2应是有效光阑。 但是，如果L1的口径小于AB的范围，则能通过L1的光线都能通过L2，则L1为有效光阑。 由此可见，有效光阑与光阑的大小有关。 又如，P点在L1的物方焦点以外，通过L1的光线能全部通过L2，对光束孔径起限制作用的是L1的边框，L1为有效光阑。如图 可见，有效光阑与物点P的位置有关。 图中有三个光阑L1、AB和L2，由图可知，L1不是有效光阑，L2和AB哪一个是有效光阑呢？ 为此，引入光阑的前方像和后方像的概念： 前方像：在光学系统中，任一光阑由其前方所有透镜沿着逆向光路所成的像，称为～。 后方像：在光学系统中，任一光阑由其后方所有透镜沿着顺向光路所成的像，称为～。 确定有效光阑的方法： 先求出每一个给定光阑或透镜边缘的前方像，找出所有这些像和第一个透镜边缘对给定的物点所张的角，在这些张角中，找出最小的那一个，和这个最小张角对应的光阑，就是该物点的有效光阑。