1、工程光學實驗報告最小偏向角法測棱鏡折射率1. 測量原理從幾何光學可知，棱鏡的玻璃折射率n與棱鏡頂角A及最小偏向角 二之間 有如下的關系：月+ S,sin訃T-sin 2在不同波長的單色光照明下，在分光儀上測得 A和-，即可利用上式求得 不同波長的玻璃折射率 。2. 實驗儀器設備 分光儀：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理進行角度測量的儀器。它 主要由下列幾個部分組成：自準直望遠鏡，平行光管，載物臺，度盤和游 標盤。望遠鏡通過支臂與度盤固定在一起， 組成儀器的照準部。它與游標 盤和棱鏡臺可分別繞度盤的垂直軸旋轉，轉過的角度由游標盤和度盤讀出（游標精度為1，度盤每格值為30），每次讀數要在對徑方向

2、上二個 游標上讀數，然后取其平均值，這樣可消除度盤的偏心誤差，且要在度盤 的三個不同位置上讀數，以消除度盤的刻度誤差，軸的晃動誤差等，儀器 上各運動部分備有鎖緊、微動和調整裝置的螺釘。 光源：a.用鈉光燈作照明光源測量 D光折射率，鈉光譜線入=0.6328卩b.自準直望遠鏡照明光源為6.3伏白熾燈及變壓器3. 實驗步驟第一步：調整： 接上光源b; 目鏡調焦； 望遠鏡調焦，用自準直法將目鏡分劃板正確地調焦在物鏡焦面上，即使望遠鏡物鏡對無窮遠調焦；a. 粗調望遠鏡光軸，使其位置適中（通過上、下、左、右調節螺釘）；b. 棱鏡臺上放一平行平板玻璃，工作面正對望遠鏡，觀察目鏡分劃板上 十字絲與反射回來的

3、像是否同時清晰，若不同時清晰，則移動目鏡鏡 管，直至同時清晰為目。 使望遠鏡瞄準軸與度盤軸相互垂直；當用平行平板使望遠鏡調焦無窮遠時，則鎖緊螺釘6,使棱鏡臺與游標盤連在一起，通過目鏡觀察分劃板上十字絲和其反射像水平線是否精確對稱，若不對稱則用半修法校正（即不對稱量由望遠鏡和棱鏡臺各負責校正一半）， 它可通過調整螺釘達到，然后將棱鏡臺連同游標盤帶平行平板轉過去180 度，再重復上述步驟校正偏差，通過反復進行，逐次趨近，直到平行平板無 論哪一個面正對望遠鏡，十字線和反射回來的像都對稱為止，這說明望遠鏡 瞄準軸與度盤旋轉軸已垂直，以后的工作過程中，不允許再調節望遠鏡的調 節螺旋。 調整平行光管光源，

4、使望遠鏡同軸a. 關掉光源b，打開光源a。b. 平行光管調焦：使狹縫像正確地形成在平行光管物鏡焦面上（前面移 動狹縫，使望遠鏡分劃板上看到狹縫的清晰像）。為了便于瞄準，狹 縫像的寬度應由調整螺釘9調節到約為分劃板上十字絲寬度的 3倍c. 以望遠鏡分劃板為基準，調整螺釘，使狹縫像處在視場中心，與十字 線重合。 調整棱鏡棱邊與儀器主軸平行 關掉鈉光燈，接上望遠鏡燈源，使被測棱鏡的折射棱與度盤轉軸平行， 這是 校正的最后一步，又能用調整螺釘分別對棱鏡的兩工作面進行調整， 使兩工 作面在望遠鏡的自準直像與目鏡十字線呈對稱， 為了便于調整應把棱鏡置于 與螺釘對稱的位置。第二步：棱鏡頂角a的測量 棱鏡放在

5、承物臺上，用自準直法分別使棱鏡的兩個折射面與自準直望遠鏡的 光軸垂直，兩次度盤讀數之差值，即為棱鏡頂角的互補角值，即第三步：最小偏向角 丄的測量關掉望遠鏡光源，打開鈉光燈光源，用望遠鏡測定經棱鏡折射的狹縫像， 當棱鏡隨著棱鏡臺轉動（游標盤與棱鏡臺用螺釘6固定在一起轉動）時，在 望遠鏡視場的狹縫像相對十字線移動， 因望遠鏡視場有限，為了能始終看到 狹縫像，每當狹縫像移動到視場邊緣時， 望遠鏡也作相應的轉動。當棱鏡發 一定方向轉過一定角度時，會出現一個新的現象，即原來沿一定方向移動的 狹縫像此時突然停止，若再轉動棱鏡臺則狹縫像沿與原方向相反的方向移 動。在狹縫像突然停止時刻的棱鏡位置，即為光束經棱

6、鏡后最小偏向折射的 位置，此時從度盤上用游標讀取讀數 B1。轉動承物臺棱鏡，以頂角 A的另 一面對向平行平板，用相同方法測定出最小偏向角位置，讀取游標讀數B2,兩次讀數之差即為最小偏向角 二值的2倍，即這樣就提高了測量精度。平面系統成像特性1. 實驗裝置從氦氖激光器射出的水平激光束，經平面鏡反射后折轉 90度垂直向上，再 經柱面鏡擴束，成為一扇形光束經介質膜分束器中的介質膜分光鏡反射后， 又成 水平方面扇形光束與演示屏垂直相交， 從而在演示屏上顯示出光束的徑跡， 在度 盤孔內插下各種光學零件后，就可以做各種光學實驗。演示儀主要由激光器、擴束器、分束器，演示屏，附件夾持架和其他附件組 成。激光管

7、和電源都安裝在底座里，演示屏、擴束器和附件夾持架裝在底座上， 分束器裝在演示屏的左側，夾持架裝在演示屏的右側，在演示屏的中間還有一只 度盤6,它可以轉動，中間有一只圓孔，用來插放各種光學零件或組件。2. 實驗原理 利用氦氖激光器發出的紅色細光束，經柱面擴束鏡后為一扇形平面光束， 直接射向平行平板或各種棱鏡上，就能直觀地觀察到光束在各面上的折反 射情況。 稍稍退出柱面擴束器，在底座上放置裝有圓擴束器的支架及裝有指標的支 架，并把被測棱鏡置于右側的夾持器上，對著出射光線的方向能觀察到各 種棱鏡的轉像情況。3. 實驗步驟 接上220V電源，然后順時針方向旋轉開關到第一檔，在正常情況下，激 光管發射出

8、紅色激光束，若由于電壓過低，激光管不能啟輝，可轉動開關 到第二檔，再不行可用第三檔。 調整擴束器，擴束器可在座內前后移動，以使擴展后的光束基本上落在分 光鏡上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光線徑跡， 如果不需要擴束， 只需把擴束器稍稍退出。 調整分束器，這是用來將光線分束的裝置，根據需要將光線分成二束、三束、四束或五束。這時就要使用不同面數的介質膜分光鏡。為了使分束后的各條光線亮度均勻，每塊介質膜分光鏡的反射率是一樣的。分光鏡可以 繞水平軸線轉動，因此可以在演示屏上得到各種不同位置的光線途徑，也可以根據需要使分束后的光線成為平行光線、會聚光束或發散光束。在調整時，應先擰松固緊鏍釘，然后轉動

9、分光鏡到需要位置，然后再擰緊固緊 螺釘。整個分束器座可繞兩頂尖螺釘子的軸線轉動，以調節分光鏡和演示 屏之間的傾角，從而可調節演示屏上光線的長度和亮度。 調節時，只需轉 動分束器座上的調節螺釘即可，整個分束器座可沿演示屏上的槽作上下移 動以適應各種需要。轉動分束器的上、下兩只頂尖螺釘上的鎖緊螺母松開、 退出，然后轉動上下兩只頂尖螺釘，一只退，一只進，注意不要將螺釘頂 得過緊，以免損壞零件。 分別把各光學組件插入度盤中間的圓孔， 組件可相對于度盤轉動，以固定 在適當位置。度盤可連同光學組件一起轉動。實驗 物鏡焦距、截距的測定一、實驗目的掌握用定焦距平行光管法測量光學系統焦距、截距的方法二、實驗內容

10、掌握測量方法，做好測量前的準備工作，測量給定的照相物鏡、望遠物 鏡和顯微物鏡的象方焦距和截距、物方焦距和截距。三、實驗原理測量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）測量范圍大，測量精度高，相對誤差一般在 1 %以下，是目前常用的方法，其測量原 理如圖1 1其中0是平行光管物鏡，L是被測透鏡，yo是位于平行光管物鏡焦平面 上的一對刻線的間隔距離。yo經過平行光管物鏡后成像在無限遠處，再經過被測 透鏡L后，在它的焦平面上得到yo的像y。這種方法的原理就是通過測量像 y 的大小，然后計算出被測透鏡的焦距。從圖1 1看出下面兩個關系式:用作圖成像的方法很容易得出:w = w，因此可以得

11、即:八磴(11)這就是用定焦距平行光管法測定焦距所用的公式，其中fO是平行光管物鏡的焦距，是已知的。丫0是位于平行光管物鏡焦平面處的分劃板上的一對刻 線的間隔距離，它的大小也是事先已知的。丫是這對刻線yO經過被測透鏡后所成的像，如果能測量出此像y的大小，那么就很容易用公式（1 1 ）計算出被 測透鏡的焦距f 。利用本公式及方法，可以測量正負透鏡、望遠物鏡、照相物鏡、放映物鏡，各種目鏡的焦距。應當注意要正確選擇測量顯微鏡的物鏡， 使之與被測光學 系統相匹配。如測負焦距系統使要選擇長工作距的顯微物鏡。 這是因顯微物鏡的 倍率不同，故（1 1）式變化如下(1 2)式中：B測量顯微鏡放大倍數四、實驗設

12、備焦距儀、待測物鏡（照相物鏡、照相物鏡、顯微物鏡）1圖1-2 焦距儀結構示意圖圖1-3玻羅板1. 平行光管2.透鏡夾持器3.測微目鏡測量焦距用的焦距儀如圖1-2所示，它包括一個平行光管、一個透鏡夾持器、一個帶有目鏡的讀數顯微鏡和把它們連在一起的一根帶有長度刻尺的導軌組成1 平行光管常用的平行光管物鏡的焦距有 550mm 1000mn和2000mn等。位于物鏡物方焦平 面上可更換的分劃板的形式很多、其中用于測量焦距的分劃板稱為玻羅板，圖1-3所示的是550mn焦距儀所用的玻羅板，板上刻有5組間隔不同的平行線，它 們的間距分別為1、2、4、10和20mm焦距為1口時（997.47mm平行光管上玻璃

13、 板的間隔為5、10、20mm。2. 帶測微目鏡的讀數顯微鏡讀數顯微鏡是用來測量待測物鏡所成像高 y的，它由物鏡和測微物鏡組成，物 鏡放大倍率可以更換，一般有 0.5、1、2.5和5倍等。測微目鏡的結構如圖1-4所示，是由目鏡、固定分劃板、活動分劃板和螺旋測微讀數裝置四部分組成。測微絲杠轉一圈，活動分劃板上刻線移動量為固定分劃板刻線的一格。通常測微 螺旋的螺距S是0.251mm讀數鼓輪一圈等分為100格，格值為S/100。固定 分劃板上有若干等分刻線，其格值與螺距相符。活動分劃板上刻有瞄準用的雙刻 線和叉絲線。測量時由測微絲杠推動活動分劃板， 使雙刻線和叉絲線對準所選的 起始刻線，從固定分劃板

14、上讀毫米數，再從讀數鼓輪上讀取微小讀數，然后將雙 刻線和叉絲線對準最終刻線，依法讀數，兩次讀數之差即為起始到終點的刻線距 離。1.目鏡2.固定分劃板3.活動分劃板4.螺旋測微讀數裝置五、實驗步驟1.將平行光管（1）接通電源，注意選用低壓變壓器。2.將被測的光學透鏡夾在透鏡夾持器（2）上。3選擇好測量顯微鏡的倍率并裝在顯微鏡上。4調整平行管、被測件、測量顯微鏡基本同軸。5調節測量顯微鏡，使之在視場中能清楚地看到目鏡分劃板的像，同時調到也 能看到平行光管玻羅板上的像。6用測微目鏡對選定的一組刻線讀數，首先對準該刻線左邊一條（右邊也可）， 讀得一個數，再對準另一條，讀得一個數，兩個讀數之差即為該組刻線經被測物 鏡所成像之大小，重復讀三遍，取平均值。7將測得的數代入公式（1 1）計算出被測光學透鏡焦距f 來。8截距測量：截距是被測物鏡后表面到該物鏡所成像面間的距離。在測焦距的同時，利用光具座導軌上長刻度尺測出被測物鏡的截平行光管圖15截距測量示意圖在測焦距時，測量顯微鏡是調焦在被