工程光学实验指导书

内容发布更新时间 : 2024/12/23 4:56:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验一 光路分析及焦距测量

一.实验目的

1. 掌握简单光路的分析与调整方法;

2. 了解、掌握自准直法测量透镜焦距的原理和方法; 3. 了解、掌握贝塞尔法测量透镜焦距的原理和方法;

二.实验原理

(一)自准直法测量透镜焦距的原理(如图1所示)

当发光点(物)处在凸透镜的焦平面时,它所发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此光线反射回去,反射光线再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上,其会聚点(像点)将在发光点(物点)相对于光轴的对称位置上。

物点像点透镜物象屏反射镜图1 自准直测量透镜焦距原理图

(二)贝塞尔法(位移法)测量透镜焦距的原理(如图2所示)

对凸透镜而言,当物象之间的距离大于四倍焦距时,在物屏之间移动透镜,必然会在屏上出现两次清晰的像,一次为放大的像,一次为缩小的像。则两次清晰成像时透镜所处位置的的距离d和物屏之间距离L、透镜焦距f?的关系为:

f???L2?d2?4L

三.实验仪器

1.光学平台;2.带有毛玻璃的白炽灯光源;3.品字形物像屏;4.平面反射镜;

5.白屏;6.凸透镜(焦距分别为300mm和190mm);7.二维底座;8.二维调整架;9.通用底座(三个)

物点物点d放大像点缩小像点L

图2 贝塞尔法测量透镜焦距原理图

四.自准直法测量焦距实验步骤

1.按照图1原理所示选择所用光学元件。

2.把所选元件按原理图摆放在光学平台上,靠拢并调至共轴。 3.前后移动凸透镜,使在物像屏上成一清晰的品字形像。 4.调整反射镜的倾角,使得物像屏上的像和物重合。

5.前后微小移动凸透镜,使得物像屏上的像既清晰又和物大小相同。 6.分别记下物像屏和透镜的位置a1和a2。 7.把物像屏和透镜都转动180度,重复前面四步。 8.再次记下物像屏和透镜的位置b1和b2 9.按照上述方法,分别测出两个透镜的焦距。

五.贝塞尔法测量焦距实验步骤

1.按照图2原理所示选择所用光学元件。

2.把全部元件按原理图摆放在光学平台上,靠拢并调至共轴。并使得物像之间的距离大于4倍的焦距。

3.沿标尺前后移动凸透镜,使品字形物在像屏成清晰的放大像,记下透镜的位置a1。 4.再沿标尺向后移动凸透镜,使品字形物在像屏上成一缩小像,记下透镜的位置a2。 5.把物象屏、透镜和白屏都转动180度,重复前面三步,再得出透镜的位置b1和b2。 6.按照上述方法,分别测出两个透镜的焦距。

实验二 空气折射率测量

一.实验目的

1.学习组装麦克尔逊干涉仪;

2.掌握测量气体折射率的原理和方法;

二.实验原理

麦克尔逊干涉仪的典型光路如图3所示,扩展光源S上的一点发出的光在G1的分光面上有一部分反射转向M1镜,再有M1反射,穿过G1后进入观察系统。入射光的另一部分穿过G1和G2后在再有M2反射,返回穿过G2后由G1反射也进入观察系统。如图3中的1和2光线,由于它们是一支光线分解而来,即为相干光,在观察系统中形成干涉。

两块平行平板由同一玻璃制成,具有相同的厚度和折射率,G1的分光面涂半透半反膜,G2不镀膜,作为补偿板使用。其作用是补偿两光束透过G2的次数不同而引起的光程差,且要平行于G1,单色光照平时不必要,而白光照明时是必需的。因为玻璃的色散,各波长有不同的折射率无法用空气补偿,加上补偿板才能补偿各色光的光程差获得零级白光条纹,该条纹在零光程差附近。白光干涉条纹在麦克尔逊干涉仪中极其有用,能够准确地确定出零光程差的位置,进行长度精密测量。

M1?M2K1?SG12?G2M2LP

图3 麦克尔逊干涉仪光路图

非定域干涉:在调出非定域干涉条纹的基础上,将小气室插入到图4所示的位置上,给小气室加压,使得气压变化?P1,从而使气体的折射率改变?n。当气室内压逐渐升高时,气室所在范围内的光程差变化2L?n,在白屏上可观察到干涉条纹也在不断的变化,记下干涉条纹的变化总数N条,则由2L?n?N?得:

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