光学设计实验大学物理实验

实验要求：

1、根据所选课题，查阅参考资料，充分理解实验的理论依据和条件

2、了解实验室提供的仪器元件工作原理、性能特点、操作规程，确定实验方案，画出光路图

3、选择参数适当的仪器元件，进行理论计算

4、计划操作过程步骤，考虑操作过程中可能出现的情况及解决办法、注意事项，思考如何提高测量精度

5、实测实验进一步熟悉仪器元件构造、工作条件（水平、铅直、工作电压、光照等）、性能特点、操作规程，选择合理的操作程序，观察、分析、记录实验现象，测量记录数据（注意单位、估读）

6、尽快粗算数据，及时发现问题，必要时进行补测

7、合理处理数据，综合分析现象和数据结果

8、写出完整的实验报告

包括：实验目标、原理方案（公式、光路图、简要文字叙述）、实验仪器（参数）、内容步骤（现象、问题、解决）、数据列表、数据处理、实验结果、结果分析、实验总结（收获、体会、意见、建议）、列出参考资料目录（名称、作者、来源）

实验注意事项：

1、携带必要文具、计算器、文字材料

2、根据清单核对仪器，请勿擅自动用其它工作台上物品

3、实验过程中如有仪器损坏，及时报告

4、得到实验结果，经检查签字后整理仪器

5、注意保持室内整洁、安静。实验仪器、桌椅放置整齐，经同意方可离开实验室

6、光学表面不能用手触摸、轻拿轻放

7、激光光源不可正对眼睛

一、望远镜与显微镜组装

望远镜和显微镜是常用的助视光学仪器。望远镜主要用来帮助人们观察远处的目标，显微镜则主要用来帮助人们观察近处的微小物体。它们在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着重要作用。为适应不同用途和性能的要求，望远镜和显微镜的种类很多，构造也各有差异，但它们的基本光学系统都是由一个物镜和一个目镜组成。

实验室提供的主要器材：

通用底座SZ-05（5）、升降调节座SZ-03、二维平移底座SZ-02

透镜架SZ-08（2）、二维透镜架SZ-07（2）、双棱镜架SZ-41

带支座标尺SZ-33、微尺分划板（1/5、1/10）、毫米尺（30mm ）

白屏、保罗棱镜、45度玻璃架SZ-45

溴钨灯+电源、小照明灯+电源+干版架SZ-12、180mm 氦氖激光器+灯架+电源

透镜（10）焦距mm ：45、50、70、150、190；225、300、-100；34、105

实验目标：

1、根据所给仪器组装简单的望远镜、显微镜

2、熟悉它们的构造及其放大原理。掌握其调节使用

3、设计光路，分别测量放大率

4、将测量放大率与理论计算值进行比较，分析误差来源。

实验思考问题：（查阅几何光学、工程光学等相关资料）

1、如何将各元件调成等高同光轴？

2、显微镜放大倍数与哪些因素有关？其镜筒距离改变，放大率如何变化？

3、哪些因素限制了显微镜的放大倍数？

4、组装显微镜如何选择物镜和目镜？

5、从结构、用途、视角放大率及调焦方法几方面比较望远镜和显微镜异同。

6、组装望远镜如何选择物镜和目镜？

7、如何测定望远镜、显微镜放大率？如何消除视差？

8、开普勒望远镜和伽利略望远镜区别？如何得到正像？

二、光的干涉、衍射应用

光的干涉、衍射现象是光的波动性的一种体现。牛顿环和劈尖干涉都是由分振幅法产生的干涉，杨氏双缝、双棱镜、双镜和劳埃德镜干涉都是都是由分波阵面法产生的干涉。根据条件不同，衍射可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。干涉方法可以用毫米级的测量得到纳米级的精度。衍射方法可以广泛用于测量微小物体的大小。

实验室提供的主要器材：

通用底座SZ-05（5）、升降调节座SZ-03、二维平移底座SZ-02

透镜架SZ-08（2）、二维透镜架SZ-07（2）、双棱镜架SZ-41、白屏

可调狭缝SZ-27、可旋转狭缝SZ-40、延伸架SZ-09、测微目镜+架

双缝、双棱镜、双镜+干版架SZ-18、劳埃德镜SZ-32、多孔架SZ-23、透镜光阑（孔径12mm ） 溴钨灯+电源、钠光灯+电源+灯架、180mm 氦氖激光器+电源+灯架

透镜（12）焦距mm ：4.5、6.2、15；45、50、70、150、190；225、300；34、105

实验目标：

1、利用分波阵面法产生的干涉测量钠光灯波长

2、利用夫琅禾费衍射测量狭缝宽度，并与螺旋测微器结果进行比较

3、设计光路观察其它用分波阵面法产生的干涉条纹

4、设计光路观察菲涅尔衍射现象

实验思考问题：（查阅物理光学、工程光学等相关资料）

1、如何将各元件调成等高同光轴？

2、如何提高测量条纹间距的精度？

3、如何判断、消除测微目镜视差？如何确定测微目镜物面位置？

4、双棱镜干涉中，如何判断棱脊是否平行于狭缝？如果看不到条纹，但有一明亮黄光区域，分析原因

5、如何测定双狭缝光源间距？

6、夫琅禾费衍射应符合什么条件？

7、干涉、衍射条纹的宽度、数目由哪些因素决定？

8、狭缝和细丝的衍射条纹是否有区别？

三、光的偏振及应用

光的偏振现象证明了光是横波。利用光的偏振性所开发出的各种偏振光元件、仪器和技术在科学研究中发挥了极大作用，在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信等应用中，都大量使用偏振技术。

实验室提供的主要器材：

通用底座SZ-05（5）、升降调节座SZ-03、二维平移底座SZ-02

透镜架SZ-08（2）、二维透镜架SZ-07（2）、双棱镜架SZ-41、干版架SZ-18

可调狭缝SZ-27、光学测角台SZ-47、光功率测试仪

玻璃镜SZ-32、偏振片（2）、1/4波片、1/2波片、冰川石+架SZ-48、白屏

溴钨灯+电源、钠光灯+电源+灯架、180mm 氦氖激光器+电源+灯架

透镜（12）焦距mm ：4.5、6.2、15；45、50、70、150、190；225、300；34、105

实验目标：

1、设计光路确定起偏器偏振化方向，验证马吕斯定律

2、测定布儒斯特角，求玻璃折射率

3、区分1/4波片和1/2波片，设计光路产生圆偏光、椭圆偏光，观察光强变化

4、判断冰洲石晶体的o 光和 e 光及其偏振方向

实验思考问题：（查阅物理光学、工程光学等相关资料）

1、如何将各元件调成等高同光轴？

2、如何调节、确定布儒斯特角，提高测量准确性？

3、自然光、部分偏振光、线偏振光的区别

4、线偏光、圆偏光、椭圆偏光的区别

5、什么叫波片的快轴和慢轴？与光轴有何关系？

6、实验时是否必须使入射光与波片表面垂直？为什么？

7、两片1/4波片组合可否做成1/2波片？

8、获得偏振光的方法有哪些？