发布时间 : 星期三 文章工程光学实验(1) (1)更新完毕开始阅读
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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置，使正立箭头在接收屏上分别成大小两个清晰的倒立实像时，若此二像的尾端在屏坐标的同一位置，它们就与物箭头的尾端同在平行于导轨的主光轴上（轴上物点成像不离轴）。以此为基准，可将物方某点调到主光轴上，或对另一透镜作共轴调节。
2.常用光源 （1）白炽灯
白炽灯是以热辐射形式发射光能的电光源。它以高熔点的钨丝为发光体，通电后温度约2500K达到白炽发光。玻璃泡内抽成真空，充进惰性气体，以减少钨的蒸发。白炽灯的光谱是连续光谱。白炽灯可做白光光源和一般照明用。使用低压灯泡特别注意是否与电源电压相适应，避免误接电压较高的电插座造成损坏事故。 （2）汞灯
汞灯是一种气体放电光源。常用的低压汞灯，其玻璃管胆内的汞蒸气压很低（约几十到几百帕之间），发光效率不高，是小强度的弧光放电光源，可用它产生汞元素的特
3A。高压征光谱线。GP20型低压汞灯的电源电压为220V，工作电压20V，工作电流1.汞灯也是常用光源，它的管胆内汞蒸气压较高（有几个大气压），发光效率也较高，是中高强度的弧光放电灯。该灯用于需要较强光源的实验，加上适当的滤光片可以得到一
1nm）单色光。GGQ50型仪器高压汞灯额定电压220V，功率50W，工定波长（例如546.62A，稳定时间10min。 V，工作电流0.作电压(95?15)07nm、576.96nm、546.07nm、491.60nm、435.83nm、 汞灯的各光谱线波长分别为579.407.78nm、404.66nm。汞灯工作时必须串接适当的镇流器，否则会烧断灯丝。为了保
护眼睛，不要直接注视强光源。正常工作的灯泡如遇临时断电或电压有较大波动而熄灭，须等待灯泡逐步冷却，汞蒸气降到适当压强之后才可以重新发光。 （3）钠灯
59nm和588.99nm两条波长很接近的特强光谱线，实 钠光谱在可见光范围内有589.3nm（D线）的波长直接当近似单色光使用。此时其他的验室通常取其平均值，以589.弱谱线实际上被忽略。低压钠灯与低压汞灯的工作原理相类似。充有金属钠和辅助气体氖的玻璃泡是用抗钠玻璃吹制的，通电后先是氖放电呈现红光，待钠滴受热蒸发产生低压蒸气，很快取代氖气放电，经过几分钟以后发光稳定，射出强烈黄光。 GP20Na低压钠灯与GP20Hg低压汞灯使用同一规格的镇流器。
（4）LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。
（5）氦氖激光器
氦氖激光器（Helium-neon gas laser） 是研制成功的第一种气体激光器，也是最常用的一种，通常在可见光频段（6328?）工作，其他还有1.1523μm及3.3913μm，但不
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常用。功率一般约数毫瓦，连续发光。因为制造方便、较便宜、可靠，所以使用较多。由于单色性好，相干长度可达数十米以致数百米。
3.滤光片
滤光片是能够从白光或其他复色光分选出一定的波长范围或某一准单色辐射成分（光谱线）的光学元件。各种滤光片可以按所利用的不同物理现象分类，其中以选择吸收和多光束干涉两种类型最为常见。 （1）吸收滤光片
这是利用化合物基体本身对辐射具有的选择吸收作用制成的滤光片。常用材料是无机盐做成的有色玻璃或者有机物质做成的明胶和塑料。
滤光片的一个重要参数是透射率。若?0是入射光通量，?是经过滤光片的透射光通量，则透射率T???0。
有色玻璃滤光片使用广泛，优点是稳定、均匀，有良好的光学质量，但其通带较宽（很少低于30nm）。有机物质滤光片制作容易，便于切割，而机械强度和热稳定性较差。 选用两片（或三片）不同型号的有色玻璃组合起来，可以获得较窄的通带。 （2）干涉滤光片
干涉滤光片的显著优点是既有窄通带，同时又有较高透射率。
常见的透射干涉滤光片利用多光束干涉原理制成。例如，一种最简单的结构是：在一块平面玻璃板上先镀一层反射率较高的金属膜，然后镀一层介质膜，在这层膜上再镀一层金属反射膜，最后盖封一块平面玻璃板。使光束垂直通过滤光片，则直接透过的光束与经金属膜两次反射后再透过的光束之间的光程差
??2nd
其中：n为介质膜的折射率；d为膜的厚度。如果选择光程nd，对某一波长为?的光束来说??m?(m?1,2,3?)
2nd m则 ?? 于是，该波长的透射光都是干涉加强的，其他接近此波长的透射光急剧减弱。例如，
46?10?5cm，则在可见光范围的透射光峰值当忽略折射率随波长的变化时，设nd?5.波长为546nm。这就是能够滤出汞光谱绿线的干涉滤光片。如果以多层介质膜取代上述金属膜，即可获得高透射率的窄带滤光片。选择普通吸收滤光片做干涉滤光片的基板（保护板）还可以控制透射光的截止区域。
干涉滤光片的主要光学性能由中心波长?0、通带半宽度??和峰值透射率决定。
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实验1 透镜系统基点测量
引言
单个透镜往往无法满足实验或者实际生活中的需要，实际使用时往往将几个薄透镜组合成透镜组进行使用。对于任何共轴光具组，不论其结构复杂与否，物像之间的共轭关系完全由几对特殊的点和面所决定，这就是共轴理想光具组的基点和基面。在透镜组之中各个透镜的焦距以及透镜之间的焦距未知的情况下，采用焦距仪或者测节器可以测定光具组的基点和基面，进而得到光具组的一些特性。每个厚透镜及共轴球面透镜组都有六个基点。即两个焦点F,F＇；两个主点H,H＇；两个节点N,N＇。 实验目的
（1）了解透镜组的基点的一般特性 （2）学习测定光具组基点和焦距的方法 基本原理
（１）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＇。
（２）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1-1）。过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。
MQNHM'S0FiN'H'F'pi'P
图1-1 透镜组光路示意图
（３）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。
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