光学基础实验.doc

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1、《光学基础实验》实验报告班级：姓名：厉艾晖马合木提严志鸿2011年12月实验1自组望远镜引言人眼无法分辨极远或极近而细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的眼睛在明视距离（25cm）能分辨相距约0.05mm的两个光点，当两个光点间距离小于0.05mm时，即无法分辨，我们把这个极限称为人眼的分辨本领，这时两光点对人眼球中心的张角约为1'，这个角称为视角，观察物体要想能分辨细节，最简单的方法是使视角扩大，望远镜就是常用的扩大人眼视角的目视光学仪器。故对这两种光学仪器的原理，结构和特点应该有一个基本的了解。本实验是要学生利

2、用光学元件（如透镜等）自行组成最基本结构的望远镜。一实验目的1.透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。2.几何光学原理，透镜成像规律和实验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学元件选用方案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从而掌握望远镜技术。二实验原理1.望远镜的结构和成像原理望远镜是用来观察远距离目标的视光学仪器，通常是物镜和目镜组成，如图所示，物镜的作用是将无穷远处物体发出的光经会聚后在它的像方焦面上生成一倒立实像，然后经目镜把实像放大，因此实像同时位于目镜的物方焦面内侧，用望远镜观察不同位置的物体时，只须调

3、节物镜和目镜的相对位置，使中间实像落在目镜物方焦面上，这就是望远镜的“调焦”，一般测量望远镜除物镜和目镜可在镜筒中作相对移动外，在目镜物方焦面上海附有叉丝或标尺划分格。因此在使用望远镜是，首先应调节目镜，直到能清晰地看到叉丝为止，然后调目镜和叉丝整体（即目镜筒）与物镜之间的距离即对被观察物调焦。对于望远镜来说，除了满足以上物像位置的要求外，它的视角放大率必须大于1。对于目视光学仪器的视角放大率M，定义为眼睛通过仪器观察时，物体的像对人眼的张角的正切与眼睛直接观察物体时，物体对眼睛的张角的正切之比。由于物方和像方都位于无

4、穷远处，这个放大率就是系统本身的像方视场角与物方视场角的正切之比：M=望远镜系统主要有两种情况，一种是具有正光焦度目镜，即目镜是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另一种是具有负光焦度目镜，即目镜是发散透镜的系统，称为伽利略望远镜。实际应用的几乎都是开普勒望远镜。对于开普勒望远镜，有:M==-公式中的负号表示开普勒望远镜成倒像。若要使M的绝对值大于1，应有>。对于伽利略望远镜（目镜是发散透镜），视角放大率为正值，成正像。此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满足：M=式中D为物镜的孔径，d为目镜的孔径，否则视角虽放

5、大，但不能分辨物体的细节。三实验装置带调节架的底座，透镜（焦距不等），激光光源，白屏，微尺，毫米尺，带底座的米尺等四实验内容在进行组装望远镜实验过程中，有两点操作必须注意：（1）光学元件的同轴等高调节是指各元件的光心均位于同一光轴上，且光轴与光学平台平行。透镜成像公式是在近轴条件下成立，利用成像公式进行实验，应满足近轴条件，因此，为获得准确测量，必须进行同轴等高的调节。调节的方法是：先粗调，用眼睛判断，上下左右观察，调节各元件光心同轴，物面，像屏面与光学平台垂直，然后，以透镜成像规律为依据，利用共轭原理进行仔细调节。(

6、2)用左右逼近法确定清晰像位置由于人眼观察成像有一分辨极限存在，因此用眼观察物体通过透镜成像时，在一小段范围内像都是清晰的，为了消除系统误差，故采用左右逼近法确定成像位置，即使像屏或透镜从左至右移动，当刚好呈现清晰像时，读出位置；再将像屏或透镜从右至左移动，同样当再次出现清晰像时，记下位置，显然成清晰像位置为X=1.自组望远镜(1)在坐标纸上按合适的比例画出组装的望远镜成像光路图(2)从两个透镜（焦距分别为100mm，200mm）中选择一个作物镜，另一个作目镜，在光具座上组装望远镜，并进行调焦观察。(1)组成开普勒望远

7、镜(2)组成伽利略望远镜五注意事项1.激光光源点亮后会发出较强的激光，对人眼能造成一定的伤害，故在使用中，绝对禁止直视光源。2.光学元件的光学表面是经过精密加工光洁度极高的表面，不能用手触摸：不得用擦镜纸以外的物品去擦拭。3.所有光学玻璃元件属于易碎品，实验过程中注意轻拿轻放。4.测量完毕，应把各光学元件及其组件还原并整理整齐。实验2透镜像差的观测引言成像系统中的单会聚透镜，单发散透镜以及球面镜，在理想加工情况下当实验条件不能满足近轴条件时，总是存在像差。比如当成像光束孔径角增大或成像范围增大时就会产生球差，慧差，像散

8、，像面弯曲和畸变单色像差；又如当光学系统采用白色或复色光成像时还会产生位置色差和倍率色差。像差使像变模糊，失真，在光学测量中还会影响测量准确度。此外，像差只是也是几何光学学习的重点和难点。一实验目的通过实验观察球面像差，色像差，慧差，像散，畸变等像差的形成。每种像差。使用不同的仪器或自制的投影片使其成像，最后再测量成像的位置，并使