工程光学实验(一)
实验指导用书
南通大学理学院
2015.04
目 录
绪论 ................................................................................................................................................................. 1 实验1 透镜系统基点测量 ............................................................................................................................ 5 实验2 平行光管的调节和使用 .................................................................................................................... 8 实验3 望远系统的搭建和放大率测量 ...................................................................................................... 12 实验4 显微镜搭建与放大率测量 .............................................................................................................. 16 实验5光学系统像差模拟及测量实验 ....................................................................................................... 20 实验6 刀口阴影法原理及阴影法测量光学系统像差实验 ....................................................................... 29 实验7 剪切干涉测量光学系统像差 .......................................................................................................... 32 实验8 利用变频朗奇光栅测量光学系统MTF值实验 ............................................................................ 38 实验9 基于线扩散函数测量光学系统MTF值实验 ................................................................................ 44
绪论
随着科技的进步，人类逐渐揭开光的神秘面纱。光既是信息载体，又是能量载体。在人类社会生活中，光具有广泛的应用范围。光既是人类认识世界的工具，又是人类改造世界的工具。工程光学学科以光的理论为基础，采用工程技术和方法，并将光学理论应用到人类生产、生活实践的各个方面。
信息载体正由电磁波段逐步集中到光波段，从而使现代光学产业的主要内容集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。加之光作为信息载体，不仅在通信领域得到了巨大的发展；作为能量载体，自从激光技术问世以来，在国防、军备等领域，光学工程得到各国高度重视，并取得了不同程度的发展。
在工程光学实验中，学生通过研究一些最基本的光学现象，同时接触一些新的概念和实验技术，学习和掌握工程光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的工程光学实验技能。在工程光学实验中使用的仪器比较精密，光学仪器的调节也比较复杂，只有在了解了仪器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正常的工作状态。在工程光学实验中，理论联系实际的科学作风显得特别重要，如果没有很好地掌握光学理论，要做好工程光学实验几乎是不可能的。在工程光学实验过程中，仪器的调节和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论的指导。为了做好工程光学实验，要在实验前充分做好预习，实验时多动手、多思考，实验后认真总结，只有这样才能提高科学实验的素养、培养实验技能、养成理论联系实际的科学作风。
一、使用工程光学仪器注意事项
具备良好实验素养的科技工作者，在实验中都会十分爱惜各种仪器。而学生在实验中加强爱护仪器的意识也是培养良好实验素养的重要方面。光学仪器一般都比较精密，光学元件都是用光学玻璃经多项技术加工而成，其光学表面加工尤其精细，有的还镀有膜层，因此使用时要特别小心。如使用维护不当很容易造成光学元件破损和光学表面的污损。使用和维护光学仪器时应注意以下方面。
1.在使用仪器前必须认真阅读仪器使用说明书，详细了解仪器的结构、工作原理，调节光学仪器时要耐心细致，切忌盲目动手。
使用和搬动光学仪器时，应轻拿轻放，避免受震磕碰。光学元件使用完毕，必须放回光学元件盒内。
2.保护好光学元件的光学表面，不能用手触及光学表面，以免印上汗渍和指纹。对于光学表面的污迹和光学表面起雾等现象及时送实验教师专门处理，学生不要自行处理。
3.光学仪器的机械部分应及时添加润滑剂，以保持各转动部件转动自如、防止生锈。仪器长期不使用时，应将仪器放入带有干燥剂的木箱内。
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4.使用激光光源时切不可直视激光束，以免灼伤眼睛。 二、工程光学实验的观测方法 1.用眼睛直接观察
在光学实验中常通过眼睛直接对光学实验现象进行观察。用眼睛直接进行观测具有简单灵敏，同时观察到的图像具有立体感和色彩等特点。这种用眼睛直接观察的方法，常称为主观观察方法。
人的眼睛可以说是一个相当完善的天然光学仪器，从结构上说它类似于一架照相机。人眼能感觉的亮度范围很宽，随着亮度的改变眼睛中瞳孔大小可以自动调节。人眼分辨物体细节的能力称为人眼的分辨力。在正常照度下，人眼黄斑区的最小分辨角约为
1?。人眼的视觉对于不同波长的光的灵敏度是不同的，它对绿光的感觉灵敏度最高。人
眼还是一个变焦距系统，它通过改变水晶体两曲面的曲率半径来改变焦距，约有20％的变化范围。
2.用光电探测器进行客观测量
除了用人眼直接观察外，还常用光电探测器来进行客观测量，对超出可见光范围的光学现象或对光强测量需要较高精度要求时就必须采用光电探测器进行测量，以弥补人眼的局限性。
常用的光电探测器有光电管、光敏电阻、光电池和CCD探测器等。 三、工程光学实验常用仪器的结构与调节
1.光具座与光路调节
光具座是一种多功能的通用光学仪器。用于物理实验的光具座由导轨、滑动座（光具凳）、光源、可调狭缝、像屏和各种夹持器组成，按实验需要另配光学元件，如透镜、棱镜、偏振片等组成光学系统。导轨上有米尺，滑动座上有定位线，便于确定光学元件的位置。
光具座的同轴等高调节步骤如下：
无论是几何光学实验还是物理光学实验，在光具座上经常需要进行与共轴球面系统相关的光路调节。一个透镜的两个折射球面的曲率中心处在同一直线（即光轴）上，就成为一个共轴球面系统。实验光具组常由一个或多个共轴球面系统与其他器件组合而成。为了获得良好质量的像，各透镜的主光轴应处于同一直线上，并使物位于主光轴附近；又因物距、像距等长度量都是沿主光轴确定的，为了便于调节和准确测量，必须使透镜的主光轴平行于带标尺的导轨。达到上述要求的调节叫做“等高同轴”调节。
具体操作分两步进行：
（1）粗调，即先将透镜等元器件向光源靠拢，凭目视初步决定它们的高低和方位（要求不高时，在形成光路过程中再加以适当修正，即可进行观测）。
（2）细调，即在粗调基础上，按照成像规律或借助其他仪器作细致调节。如两次成像法测凸透镜焦距的实验光路，常用于光具组的共轴调节。当透镜移动到两个适当位
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