光学实验报告（结报）

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1、光學實驗報告（結報）指導教授：陳志隆實驗名稱：實驗一　光學系統設計與望遠鏡架設組員：物理四　蔡宜絹　C24861137物理三陳義宏物理三　鍾森年(共同撰寫)組別：第一組實驗日期：２００１.０３.０２一、實驗目的：利用光學系統設計軟體OSOLLT模擬系統光路徑，以幫助牛頓式望遠鏡實際的架設與測試。二、實驗內容：1.測量各凹凸透鏡與鏡面的數據並計算其曲率半徑。2.架設牛頓式望遠鏡。3.利用OSOLLT光學系統軟體模擬系統光路徑，並修正望遠鏡鏡面距，以達較佳效果。三、實驗器材：1.凹面鏡2.凸面鏡3.雙凸透鏡4.雙凹透鏡5.He-NeL

2、aser6.游標尺7.光具座8.電腦有OSOLLT9.計算機(自備)10.尺四、實驗原理1.光槓桿原理：當反射面旋轉θ角時，對於相同方向入射的光，原來反射光的夾角和旋轉後反射光的夾角為2θ。隨著透鏡位置的移動，在小範圍內曲面可視為平面，隨入射的高度不一樣，入射的角度也隨著變化。2θθ圖1.1光槓桿原理圖說2.凹凸透鏡之曲率量測光路徑光路徑輔助線透鏡法線由基本的幾何光學與三角函數的關係可以測得曲率半徑(R)，其中D為透鏡下移量透鏡下移後光點位置令2XRSD則所以圖1.2五、裝置圖：圖1.3光學元件特性量測圖1.4望遠鏡擺設六、實驗步

3、驟(一)量測光學元件特性:1.將光學器材如圖1.3架設。2.將LASER光打到物鏡的第一面鏡心上，並紀錄屏幕上的光點位置。3.將透鏡下降距離D，觀察並紀錄光點在屏幕上移動的距離。4.量測系統中的各光學元件的相關位置。5.以相同方法測得其他透鏡及面鏡的曲率半徑。6.用螺旋測微儀量測凹凸透鏡及雙凸透鏡的厚度。7.用球徑計測量凹面鏡的曲率半徑。8.用游標尺測量各面鏡及透鏡的口徑。9.將所有所需數據代入公式即可得各面鏡及透鏡的曲率半徑。(二)望遠鏡的設計:1.先大致熟悉練習OSLO的各項指令。(請依助教建議操作OSLOLT)2.將我們的光

4、學元件大略的依實驗裝置的圖1.4擺設。3.將實驗數據代入OSLO中得精確的相對位置。4.用OSLO做整個系統的光特性分析。5.把實驗裝置依OSLO的數據重新架設。6.於教室頂樓做實際觀測，以前站前的大樓為觀測目標。七、實驗注意事項:光通過系統鏡面的順序：主鏡(鏡面1)→平面鏡(鏡面2)→凹凸之凹面(鏡面3)→凹凸之凸面(鏡面4)→平凸之凸面(鏡面5)→平凸之平面(鏡面6)八、實驗結果與討論：甲、數據整理：表1-1鏡面曲率半徑透鏡厚度孔徑半徑a(mm)y(mm)L(mm)θ(徑)R(mm)DS131.6121.128150.7422

5、2440.21約6mm左右15.52*∞*33.5017.882222.300087.12325.5442.2431.252523.534536.33255451.4114.412531.629949.5721.5467.2811.462531.2968321.6821.54乙、討論乃至原理分析：1.如何判斷凹面或是曲面？如下圖1.6，當透鏡往下移動反射光也往下移動，則此反射鏡面為凹面鏡，反之為凸透鏡。圖1.6面鏡凹凸之判斷的圖說2.在量測凸面曲率半徑時，可以在屏幕看到數個光點，一開始我們取的是光線較集中的光點，代入計算後發現本來

6、應該是凹凸透鏡的焦距值竟變成散光的凹透鏡。後來我們又在幕上發現另一個光斑，面積頗大，亮度不小，量測其中心位置的焦距後，得到較合理的焦距。由下面圖說可以得到證明，考慮一束有寬度的雷射光，其光束有不可忽略的直徑，其打在一個曲面上（如下圖1.5），反射的光會擴束，所以得到面積較大的光斑。圖1.5九、問題：1.請利用OSLO中的”reportgraphics”功能，探討不同鏡面距離下，望遠鏡各個基本效能的變化。ANS：reportgraphics功能可以用來分析成像品質，我們拿球面像差來舉例，由圖1.7中我們得知像差大小(橫軸)跟光通過a

7、perture的高度(縱軸)成正比，又如果用optimize中的sliderwheeldesign中然後在另一個視窗中選long-SA並且在item中選thickness接著比較厚度與像差的關係，由圖1.8可知厚度與球面像差成正比。圖1.7圖1.81.請分析實驗誤差，並把這些誤差放入軟體模擬考慮中，並跟實驗比較。ANS：（A）裝置圖：圖1.9（B）由面3～面4、面5～面6構成的透鏡個別焦距，將兩透鏡放在平行光（如太陽光下）可估計其焦距均約10公分左右，但由OSLOIT帶入曲率半徑及厚度值之後得焦距為26.33公分及11.9公分，造

8、成誤差最可能的原因是一開始光並不是垂直鏡心入射，造成誤差。（C）實際架設望遠鏡的相對位置圖：圖10H表hight（D）由於我們在屏幕上所找的光點位置是選擇“點“跟“斑點“兩者中的“斑點“，所以測量時可能在找“斑點“中心時會有些許的誤差，而造成所計算