指导应用光学实验资料报告材料.docx

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1、成绩信息与通信工程学院实验报告（操作性实验）课程名称：应用光学实验题目：薄透镜焦距测量和光学系统基点测量指导教师：班级：学号：学生：一、实验目的1.学会调节光学系统共轴。2.掌握薄透镜焦距的常用测定方法。3.研究透镜成像的规律。4.学习测定光具组基点和焦距的方法二、仪器用具1、光源（包括LED，毛玻璃等）2、干板架3、目标板4、待测透镜（Φ50.0，f75.0mm）5、反射镜6、二维调节透镜/反射镜支架7、白屏8、节点器（含两Φ40透镜，f200和f350）三、基本原理1.自准直法测焦距如下图所示，若物体正好处在透镜L的前焦面处，那么物体上各点发出的

2、光经过透镜后，变成不同方向的平行光，经透镜后方的反射镜M把平行光反射回来，反射光经过透镜后，成一倒立的与原物大小相同的实象，像位于原物平面处。即成像于该透镜的前焦面上。此时物与透镜之间的距离就是透镜的焦距，它的大小可用刻度尺直接测量出来。图1.2自准直法测会聚透镜焦距原理图2.二次成像法测焦距由透镜两次成像求焦距方法如下：图1.3透镜两次成像原理图当物体与白屏的距离时，保持其相对位置不变，则会聚透镜置于物体与白屏之间，可以找到两个位置，在白屏上都能看到清晰的像．如上图所示，透镜两位置之间的距离的绝对值为，运用物像的共扼对称性质，容易证明：　上式表明：

3、只要测出和，就可以算出．由于是通过透镜两次成像而求得的，这种方法称为二次成像法或贝塞尔法．这种方法中不须考虑透镜本身的厚度，因此用这种方法测出的焦距一般较为准确．3.主面和主点若将物体垂直于系统的光轴，放置在第一主点H处，则必成一个与物体同样大小的正立的像于第二主点H＇处，即主点是横向放大率β＝＋１的一对共轭点。过主点垂直于光轴的平面，分别称为第一和第二主面，如图1中的MH和M＇H＇。4.节点和节面节点是角放大率γ=+1的一对共轭点。入射光线（或其延长线）通过第一节点N时，出射光线（或其延长线）必通过第二节点N＇，并于N的入射光线平行（如图所示）。过

4、节点垂直于主光轴的平面分别称为第一和第二节面。当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。图1.4透镜组光路示意图5.焦点、焦面平行于系统主轴的平行光束，经系统折射后与主轴的交点F＇称为像方焦点；过F＇垂直于主轴的平面称为像方焦面。第二主点H＇到像方焦点F＇的距离，称为系统的像方焦距f＇。此外，还有物方焦点F及焦面和焦距f。图1.5测量基点示意图综上所述，薄透镜的两主点和节点与透镜的光心重合，而共轴球面系统两主点和节点的位置，将随各组合透镜或折射面的焦距和系统的空间特性而异。实际使用透镜组时，多数场合透镜组两边都是空气，物方和像方媒质的折射

5、率相等，此时节点和主点重合。本实验以两个薄透镜组合为例，主要讨论如何测定透镜组的节点（主点）。设L为已知透镜焦距等于的凸透镜，L.S.为代测透镜组，其主点（节点）为H、H/（N、N/）），像焦点为。当AB（高度已知）放在L的前焦点处时，它经过L以及L.S.将成像A/B/于L.S.的后焦面上。因为AO//A/N/，AB//A/B/，OB//N/B/，所以△AOB∽△A/N/B，即AB：＝A/B/：所以因此我们可以通过测量A/B/的大小，从而得到的数值。因为是平行光入射到透镜组上，所以像A/B/的位置就是F/的位置。F/的位置既然确定，而N/F/＝，因此

6、N/的位置也就确定了。把L.S.的入射方向和出射方向互相颠倒，即可测定F和N的位置。本实验节点和主点重合，所以和的位置也得到确定四、实验步骤1.自准直法测焦距（1）参照下图，沿滑轨装妥各器件，并调至共轴。物屏图案图1.6自准直光路装配图（2）移动待测透镜，直至在目标板上获得镂空图案的倒立实像；（3）调整反射镜，并微调待测透镜，前后移动反射镜，使像始终最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；（4）分别记下目标板和被测透镜的位置a1、a2；（5）计算：（6）重复几次实验，计算焦距，取平均值。2.二次成像法测焦距（1）按下图沿导轨布置各器件并调至共轴，再使目标

7、板与白屏之间的距离；图1.7两次成像光路装配图（2）移动待测透镜，使被照亮的目标板（方空）在白屏上成一清晰的放大像，记下待测透镜的位置a1和目标板与白屏之间的距离l；（3）再移动待测透镜，直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下待测透镜的位置a2；（4）计算：；；（5）重复几次实验，计算焦距，取平均值。3.透镜系统基点测量（1）按照下图安置各器件，调整各光学元件同轴等高。图1.8透镜基点测量实验系统装配图（2）调整目标物（方形宽度h1）与标准透镜（上图中4号透镜，直径50mm焦距75mm）之间的距离为一倍焦距，即75mm。（3）在白屏和标准透镜之间安装节点

8、镜头，移动节点透镜或白屏最终可在白屏上观察到清晰像。量取像的大小h2（4）计算像方焦距像方主点位置即为从白屏