目录
实验一用自准法测薄凸透镜焦距f (2)
实验二用位移法测薄凸透镜焦距f (4)
实验三目镜焦距f e的测量 (6)
实验四自组显微镜 (8)
实验五自组望远镜 (10)
实验六自组透射式幻灯机（投影系统） (12)
实验七测节点位置及透镜组焦距 (14)
实验八自组加双波罗棱镜的正像望远镜 (17)
实验九杨氏双缝干涉 (19)
实验十菲涅尔双棱镜干涉 (22)
实验十一菲涅尔双面反射镜干涉 (25)
实验十二洛埃镜干涉 (28)
实验十三牛顿环装置 (30)
实验十四夫郎和费单缝衍射 (33)
实验十五夫郎和费圆孔衍射 (36)
实验十六菲涅尔单缝衍射 (38)
实验十七菲涅尔圆孔衍射 (39)
实验十八菲涅尔直边衍射 (41)
实验十九偏振光分析 (43)
实验二十棱镜摄谱仪 (49)
实验二十一光栅单色仪 (51)
实验二十二全息照相 (54)
实验二十三制作全息光栅 (59)
实验二十四阿贝成像原理和空间滤波 (62)
实验二十五θ调制和颜色合成 (66)
实验二十六测量空气折射率 (68)
*实验二十七等倾干涉 (72)
*实验二十八法布里—珀罗干涉 (76)
实验二十九迈克尔逊干涉仪的调节和使用 (80)
实验一用自准法测薄凸透镜焦距f (测量实验)
一、实验目的
⑴掌握简单光路的分析和调整方法
⑵了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法
二、实验原理
当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、品字形物象屏P：SZ-14
3、凸透镜L：f=190mm(f=150mm)
4、二维调整架：SZ-07
5、平面反射镜M
6、二维调整架：SZ-07
7、通用底座：SZ-04
8、二维底座：SZ-02
9、通用底座：SZ-04
10、通用底座：SZ-04
四、仪器实物图及原理图
图一
五、实验步骤
1、把全部元件按图一的顺序摆放在平台上，靠拢，调至共轴。而后拉开一定的距离。
可调成如图一所示的距离
2、前后移动凸透镜L ，使在物像屏P 上成一清晰的品字形像。
3、调M 的倾角，使P 屏上的像与物重合。
4、再前后微动透镜L ，使P 屏上的像既清晰又与物同大小。
5、分别记下P 屏和透镜L 的位置a 1、a 2。
6、把P 屏和透镜L 都转180度，重复做前四步。
7、再记下P 和L 的新位置b 1、b 2。
8、分别把f=150mm 和f=190mm 的透镜各做一遍，并比较实验值和真实值的差异，并分析其原因。
9、老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做） 六、数据处理
12a a f a -= 12b b f b -= 被测透镜焦距：2/)(b a f f f +=
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验二 用位移法测薄凸透镜焦距f (测量实验)
一、实验目的
了解、掌握位移法测凸透镜焦距的原理及方法 二、实验原理
对凸透镜而言，当物和像屏间的距离L 大于4倍焦距时，在它们之间移动透镜，则在屏上会出现两次清晰的像，一个为放大的像，一个为缩小的像。分别记下两次成像时透镜距物的距离O 1、O 2(e=|O 1-O 2|)，距屏的距离O 1'、O 2'根据光线的可逆性原理，这两个位置是“对称”的。即
O 1=O 2'，O 2=O 1'
则：L －e= O 1 ＋O 2'＝２O 1＝２O 2'
O 1=O 2'＝(L －e)/２
而O 1'= L －O 1＝L －(L －e)/２＝(L+e)/2 把结果带入透镜的牛顿公式1/s+1/s'=1/f 得到透镜的焦距为L e L f 4/)(22-=
由此便可算得透镜的焦距，这个方法的优点是，把焦距的测量归结为对于可以精确测定的量L 和e 的测量，避免了在测量u 和v 时，由于估计透镜中心位置不准确所带来的误差。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、品字形物像屏P ：SZ-14
3、凸透镜L ： f=190mm(f=150mm)
4、二维调整架： SZ-07
5、白屏H ： SZ-13
6、通用底座： SZ-04
7、二维底座： SZ-02
8、通用底座： SZ-04
9、通用底座： SZ-04 四、仪器实物图及原理图（见图二）
五、实验步骤
1、把全部器件按图二的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴，而后再使物屏P 和像屏H 之间的距离l 大于4倍焦距。
2、沿标尺前后移动L ，使品字形物在像屏H 上成一清晰的放大像，记下L 的位置a 1。
3、再沿标尺向后移动L ，使物再在像屏H 上成一缩小像，记下L 的位置a 2。
4、将P 、L 、H 转180度，重复做前三步，又得到L 的两个位置b 1、b 2。
5、分别把f=150mm 和f=190mm 的透镜个做一遍，并比较实验值和真实值的差异并分析其原因。
6、老师可选择更多规格的透镜进行实验。（选做） 六、数据处理
21a a e a -= ，21b b e b -=
l e l f a a 4/)(22-= ，l e l f b b 4/)(2
2-=
透镜焦距：2/)(b a f f f +=
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验三目镜焦距f e的测量(测量实验)
一、实验目的
了解、掌握用测量物像放大率来求目镜焦距f e的原理及方法
二、实验原理
焦距的测量可以归结为测量焦点到光学系统的某一指定点的距离。
测量焦距时，常用到牛顿公式：''
?=?。
x x f f
若物空间和像空间的光学介质相同，则'2
?=。
x x f
线放大率：'''
m y y f x x f
==-=-。
///
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、1/10mm分划板F
3、二维调整架：SZ-07
4、被测目镜Le(fe=14mm)
5、可变口径二维架：SZ-05
6、测微目镜L(去掉其物镜头的读数显微镜)
7、读数显微镜架: SZ-38
8、三维底座：SZ-01
9、一维底座：SZ-03
10、一维底座：SZ-03
11、通用底座：SZ-04
图三
五、实验步骤
1、把全部器件按图三的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。
2、在F 、Le 、L 的底座距离很小的情况下，前后移动Le ，直至在测微目镜L 中看到清晰的1/10mm 的刻线，并使之与测微目镜中的标尺（mm 刻线）无视差。
3、测出1/10mm 刻线的宽度，求出其放大倍率m 1，并分别记下L 和Le 的位置a 1、b 1。
4、把测微目镜L 向后移动30—40mm ，再慢慢向前移动Le ，直至在测微目镜L 中又看到清晰且与毫米标尺刻线无视差的1/10mm 的刻线像。
5、再测出像宽，求出m 2，记下L 和Le 的位置a 1、b 2。 六、数据处理
m x =(像宽/实宽)÷20 （20为微测目镜的放大倍数）
像距改变量：)()(1221b b a a S -+-= 被测目镜焦距：1
2m m S
f e -=
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验四自组显微镜(测量实验)
一、实验目的
了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的一种方法。
二、实验原理
物镜L o的焦距f o很短，将F1放在它前面距离略大于f o的位置，F1经L o后成一放大实像F’1，然后再用目镜L e作为放大镜观察这个中间像F’1，F’1应成像在L e的第一焦点F e 之内，经过目镜后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、1/10mm分划板F1
3、二维调整架：SZ-07
4、物镜Lo：f o=15mm
5、二维调整架：SZ-07
6、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）
7、读数显微镜架: SZ-38
8、三维底座：SZ-01
9、一维底座：SZ-03
10、一维底座：SZ-03
11、通用底座：SZ-04
四、仪器实物图及原理图
图四（1）
图四（2）
五、实验步骤
1、把全部器件按图四的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。
2、把透镜Lo 、Le 的间距固定为180mm 。
3、沿标尺导轨前后移动F1（F1紧挨毛玻璃装置，使F1置于略大于f o 的位置），直至在显微镜系统中看清分划板F1的刻线。
六、数据处理
显微镜的计算放大率：(250)/()o e M f f =???
其中：E O F F -=?，见图示。
本实验中的fe=250/20(计算方法可参考光学书籍)
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验五自组望远镜(测量实验)
一、实验目的
了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两种方法。
二、实验原理
最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、毫米尺F
3、二维调整架：SZ-07
4、物镜Lo：f o=225mm
5、二维调整架：SZ-07
6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜）
7、读数显微镜架: SZ-38
8、通用底座：SZ-04
9、通用底座：SZ-04
10、通用底座：SZ-04
11、通用底座：SZ-04
12、白屏：SZ-13
四、仪器实物图及原理图
图五
五、实验步骤
1、把全部器件按图五的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。
2、把F 和Le 的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo ，使一只眼睛通过Le 看到清晰的分划板F 上的刻线。
3、再用另一只眼睛直接看毫米尺F 上的刻线，读出直接看到的F 上的满量程28条线对应于通过望远镜所看到F 上的刻线格数e 。
4、分别读出F 、Lo 、Le 的位置a 、b 、d 。
5、去Le ，用屏H 找到F 通过Lo 所成的像，读出H 的位置c 。 六、数据处理
∵ω
ω'
=M
2112
1122
''/'''/()A B U U V U A B AB U V U AB U ωω++==
++ 又∵
1
1
''V A B AB U =
∴111212()/()M V U V U U U =++? 望远镜的测量放大率：M=
e
望远镜的计算放大率： 111212()/()M V U V U U U =++?
其中：U 1=b-a ，V 1=c-b ，U 2=d-c ，AB 、A'B'见图中所示。
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验六自组透射式幻灯机(测量实验)
一、实验目的
了解幻灯机的原理和聚光镜的作用，掌握对透射式投影光路系统的调节。
二、实验原理
幻灯机能将图片的像放映在远处的屏幕上，但由于图片本身并不发光，所以要用强光照亮图片，因此幻灯机的构造总是包括聚光和成像两个主要部分，在透射式的幻灯机中，图片是透明的。成像部分主要包括物镜L、幻灯片P和远处的屏幕。为了使这个物镜能在屏上产生高倍放大的实像。P必须放在物镜L的物方焦平面外很近的地方，使物距稍大于L的物方焦距。
聚光部分主要包括很强的光源（通常采用溴钨灯）和透镜L1L2构成的聚光镜。聚光镜的作用是一方面，要在未插入幻灯片时，能使屏幕上有强烈而均匀的照度，并且不出现光源本身结构（如灯丝等）的像；一经插入幻灯片后，能够在屏幕上单独出现幻灯图片的清晰的像。另一方面，聚光镜要有助于增强屏幕上的照度。因此，应使从光源发出并通过聚光镜的光束能够全部到达像面。为了这一目的，必须使这束光全部通过物镜L，这可用所谓“中间像”的方法来实现。即聚光器使光源成实像，成实像后的那些光束继续前进时，不超过透镜L边缘范围。光源的大小以能够使光束完全充满L的整个面积为限。聚光镜焦距的长短是无关紧要的。通常将幻灯片放在聚光器前面靠近L2的地方，而光源则置于聚光器后2倍于聚光器焦距之处。聚光器焦距等于物镜焦距的一半，这样从光源发出的光束在通过聚光器前后是对称的，而在物镜平面上光源的像和光源本身的大小相等。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、聚光镜L1：f1=50mm
3、二维调整架：SZ-07
4、幻灯底片P
5、干板架：SZ-12
6、放映物镜L2：f2=190mm
7、二维调整架：SZ-07
8、白屏H：SZ-13
9、三维底座：SZ-01
10、一维底座：SZ-03
11、二维底座：SZ-02
12、一维底座：SZ-03
13、通用底座：SZ-04
四、仪器实物图及原理图（见图六）
五、实验步骤
1、把全部仪器按图六的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。
2、将L2与H的间隔固定在间隔所能达到的最大位置，前后移动P，使其经L2在屏H
上成一最清晰的像。
3、将聚光镜L1紧挨幻灯片P的位置固定，拿去幻灯片P，沿导轨前后移动光源S，
使其经聚光镜L1刚好成像于白屏H上。
4、再把底片P放在原位上，观察像面上的亮度和照度的均匀性。并记录下所有仪器
的位置，并算U1、U2、V1、V2的大小。
5、把聚光镜L1`拿去，在观察像面上的亮度和照度的均匀性。
6、注：演示其现象时的参考数据为U1=35，V1=35，U2=300，V2=520。和计算焦距
时的数据并不相同。
六、数据处理
放映物镜的焦距：222)1/(D M M f ?+= 聚光镜的焦距：2111)1/()1/(+-+=M D M D f
其中：222V U D +=、111V U D +=、i
i
i U V M =
（2,1=i ）为像的放大率 i
i i
i i V U V U f +=
（2,1=i ）
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
图六
实验七测节点位置及透镜组焦距(测量实验)
一、实验目的
了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。
二、实验原理
光学仪器中的共轴球面系统、厚透镜、透镜组，常把它作为一个整体来研究。这时可以用三对特殊的点和三对面来表征系统在成像上的性质。若已知这三对点和三对面的位置，则可用简单的高斯公式和牛顿公式来研究起成像规律。共轴球面系统的这三对基点和基面是：主焦点（F，F'）和主焦面，主点（H，H'）和主平面，节点（N，N'）和节平面。如附图1，
附图2
实际使用的共轴球面系统——透镜组，多数情况下透镜组两边的介质都是空气，根据几何光学的理论，当物空间和像空间介质折射率相同时，透镜组的两个节点分别与两个主点重合，在这种情况下，主点兼有节点的性质，透镜组的成像规律只用两对基点（焦点，主点）和基面（焦面，主面）就完全可以确定了。
根据节点定义，一束平行光从透镜组左方入射，如附图2，光束中的光线经透镜组后的出射方向，一般和入射方向不平行，但其中有一根特殊的光线，即经过第一节点N的光线PN，折射后必须通过第二节点N'且出射光线N'Q平行与原入射光线PN。
设NQ与透镜组的第二焦平面相交于F''点。由焦平面的定义可知，PN方向的平行光束经透镜组会聚于F''点。
若入射的平行光的方向PN与透镜组光轴平行时，F''点将与透镜组的主焦点F'重合，
如附图3
附图3
综上所述节点应具有下列性质：当平行光入射透镜组时，如果绕透镜组的第二节点N'微微转过一个小角 ，则平行光经透镜组后的会聚点F'在屏上的位置将不横移，只是变得稍模糊一点儿，这是因为转动透镜组后入射于节点N的光线并没有改变原来入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改变，又因为透镜组是绕N'点转动，N点不动，所以N'Q线也不移动，而像点始终在N'Q线上，故F''点不会有横向移动，至于NF''的长度，当然会随着透镜组的转动有很小的变化，所以F''点前后稍有移动，屏上的像会稍有模糊一点。反之，如果透镜组绕N'点以外的点转动，则F''点会有横向移动，利用节点的这一特性构成了下面的测量方法。
使用一个能够转动的导轨，导轨侧面装有刻度尺，这个装置就是节点架。把透镜组装在可以旋转的节点架导轨的上，节点架前是一束平行光，平行光射向透镜组。接着将透镜组在节点架上前后移动，同时使架做微小的转动。两个动作配合进行，直到能得到清晰的像，且不发生横移为止。这时转动轴必通过透镜组的像方节点N'，它的位置就被确定了。并且当N'与H'重合时，从转动轴到屏的距离为N' F'，即为透镜组的像方焦距f’。把透镜组转180度，使光线由L2进入，由L1射出。利用同样的方法可测出物方节点N的位置。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、1/10mm分划板F1
3、二维调整架：SZ-07
4、物镜Lo：f o=190mm
5、二维调整架：SZ-07
6、透镜组L1、L2：f1=220mm，f2=300mm
7、节点架：SZ-25
8、微测目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）
9、读数显微镜架: SZ-38
10、三维底座：SZ-01
11、一维底座：SZ-03
12、一维底座：SZ-03
13、一维底座：SZ-03
14、通用底座：SZ-04
15、白屏：SZ-13
四、仪器实物图及原理图
图七
五、实验步骤
1、调节由F，Lo组成的“平行光管”使其出平行光，可借助于对无穷远调焦的望远
镜来实现。
2、将“平行光管”、待测透镜组、测微目镜，按图七的顺序摆放在平台上，目测调至
共轴。
3、前后移动测微目镜，使之能看清F处分划板刻线的像。
4、沿节点调节架导轨前后移动透镜组，（同时也要相应地移动测微目镜），直至转动
平台时，F处分划板刻线的像无横向移动为止，此时像方节点N落在节点调节架的转轴上。
5、用白色屏H代替测微目镜，使分划板刻线的像清晰的成于白色屏上，分别记下屏
和节点调节架在标尺导轨上的位置a、b，再在节点调节架的导轨上记下透镜组的中心位置（用一条刻线标记）与调节架转轴中心（0刻线的位置）的偏移量d。
6、把节点调节架转180度，使入射方向和出射方向相互颠倒，重复3、4、5步，从
而得到另一组数据a’、b’、d’。
六、数据处理
1、像方节点N偏离透镜组中心的距离为：d
透镜组的像方焦距：f’=a-b
物方节点N偏离透镜组中心的距离为：d’
透镜组的物方焦距为：f=a’-b’
2、用1：1的比例画出该透镜组及它的各个节点的相对位置。
七、实验报告要求
根据实验测试进行记录和数据处理，并分析实验现象。
实验八自组加双波罗棱镜的正像望远镜（演示实验）
一、实验目的
了解双波罗棱镜的正像原理及其作用，进一步掌握望远镜系统的调节。
二、实验原理
（一）望远镜的形式主要是根据目镜形式不同而分成两类：
1、目镜为正透镜组的望远镜，称之为开普勒望远镜。因其视觉放大率为负值，故
像为倒像。
2、目镜为负透镜组的望远镜，称之伽利略望远镜。因其视觉放大率为正值，故像
为正像。
（二）利用开普勒望远镜需加一转像系统，使像成为正像。常用的转像系统有：
1、透镜转像系统
2、棱镜转像系统
（1）倒威棱镜
（2）屋脊棱镜
（3）复合棱镜：由两个或两个以上的普通棱镜组成的棱镜转像系统称之为复合棱镜。波罗棱镜就是其中的一种，它在双筒望远镜中起倒像作用。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源S
2、物屏P：SZ-14
3、物镜Lo：f o=300mm
4、二维调整架：SZ-07
5、正象（波罗）棱镜：SZ-27
6、微测目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）
7、读数显微镜架: SZ-38
8、三维底座：SZ-01
9、一维底座：SZ-03
10、一维底座：SZ-03
11、一维底座：SZ-03
12、通用底座：SZ-04
四、仪器实物图及原理图（见图八）
五、实验步骤
1、把全部仪器按照图八的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。
2、用Lo、Le组成倒像望远镜，对字物调焦，记清字像倒正方向。
3、在Lo的像前方，放置双波罗棱镜使光从俯视方向为三角形的方向入射，经过四次
反射后，由另一片镜子射出。（如图所示）
4、调节Le的高度和其位置，使能清楚地看到字物正立的像。
六、实验报告要求
根据实验测试进行记录，并分析实验现象。
图八
实验九 杨氏双缝干涉 (测量实验)
一、实验目的
观察双缝干涉现象及测量光波波长 二、实验原理
用两个点光源作光的干涉实验的典型代表，是杨氏实验。杨氏实验以简单的装置和巧妙的构思就实现普通光源来做干涉，它不仅是许多其它光学的干涉装置的原型，在理论上还可以从中提许多重要的概念和启发，无论从经典光学还是从现代光学的角度来看，杨氏实验都具有十分重要的意义。
杨氏实验的装置如附图4所示，在普通单色光源（如钠光灯）前面放一个开有小孔S 的，作为单色点光源。在S 照明的范围内的前方，再放一个开有两个小孔的S 1和S 2的屏。S 1和S 2彼此相距很近，且到S 等距。根据惠更斯原理，S 1和S 2将作为两个次波向前发射次波（球面波），形成交迭的波场。这两个相干的光波在距离屏为D 的接收屏上叠加，形成干涉图样。为了提高干涉条纹的亮度，实际中S ，S 1和S 2用三个互相平行的狭缝（杨氏双缝干涉），而且可以不用接收屏，而代之目镜直接观测，这样还可以测量数据用以计算。在激光出现以后，利用它的相干性和高亮度，人们可以用氦氖激光束直接照明双孔，在屏幕同样可获得一套相当明显的干涉条纹，供许多人同时观看。
附图4 杨氏实验原理图
参看附图4，设两个双缝S 1和S 2的间距为d ，它们到屏幕的垂直距离为D （屏幕与两缝连线的中垂线相垂直）。
假定S 1和S 2到S 的距离相等，S 1和S 2处的光振动就是具有相同的相位，屏幕上各点的干涉强度将由光程差L ?决定。为了确定屏幕上光强极大和光强极小的位置，选取直角坐标系o-xyz ，坐标系的原点O 位于S 1和S 2连线的中心，x 轴的方向为S 1和S 2连线方向，假定屏幕上任意点P 的坐标为（x,y,D ），那么S 1和S 2到P 点的 距离r 1和r 2分别写为：
1122r S p r S p ==== (1)
由上两式可以得到22212r r xd -=
若整个装置放在空气中，则相干光到达P 点的光程差为： 2112
2xd
L r r r r ?=-=
+
在实际情况中，d，这时如果x和y也比D小的多（即在z轴附近观察）则有122r r D+≈。在次近似条件下上式变为：xd L D?=(2) 再由光程差判据()L p?=0(0,1,2,...)m mλ=±±，p为光强极大处。()L p?=01()(0,1,2,...)2m mλ+=±±，p为光强极小处。可知道在屏幕上各级干涉的极大的位置为：(0,1,2...)mD x m dλ==±±(3) 干涉极小的位置是：1()(0,1,2...)2D x m m dλ=+=±±(4) 相邻两极大或两极小值之间的间距为干涉条纹间距，用x 来表示，它反映了条纹的疏密程度。由(3)式的相干条纹的间距为D x dλ?=(5) 变换可得：xd Dλ?=式中：d——两个狭缝中心的间距λ——单色光波波长D——双缝屏到观测屏（微测目镜焦平面）的距离这就是本实验所要使用的原理公式。从实验中测得D，d以及?x，即可由上式算出λ。三、实验仪器1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L：f=50mm 3、二维调整架：SZ-07
4、单面可调狭缝：SZ-22
5、双缝（使用多缝板，规格参考下面注释）
6、干板架：SZ-12
7、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）
8、读数显微镜架: SZ-38
9、三维底座：SZ-01
10、二维底座：SZ-02
11、一维底座：SZ-03
12、一维底座：SZ-03
四、仪器实物图及原理图（见图九）
五、实验步骤
1、把全部仪器按照图十的顺序在平台上摆放好，并调成共轴系统。钠光灯（可加圆
孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行，而且由单缝射出的光照射在双缝的中间。（图中数据均为参考数据）
工程光学 实验指导书 厦门工学院电子信息工程系 2014.9
目录 实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 (3) 实验二聚光镜的建立 (6) 实验三导光管建立 (8) 实验四液晶背光模组建立 (15)
实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 一、实验目的 1. 熟悉tracepro基本功能。 2. 熟悉建模及表面属性、材料定义方法。 二、球形反光碗设计 球形反光碗是使用耐热玻璃（例如：PYREX）压制成型，其内部经高光洁度抛光处理并涂镀反光膜，可将投影灯的后部光能有效地反射至前方，提高投影灯光能利用率。球形反光碗实物图形如下： 球形反光碗设计步骤： 1．打开TracePro3.24→新建名为球形反光碗的文件，或使用CtrL+N 2．点击→，选择Conic类型，形状为球形（Spherical）,厚度（Thickness）输入4mm，反光碗高(length)为18mm,孔大小为0,半径(radius)为33mm, 起点坐标值和旋转坐标值保持默认，输入结果为图1.1图框所示：
图1.1 4．点击Insert，使用工具栏图标区缩小图形后，点击下拉菜单View →Render进行渲染以后，反光碗实体模型如图1.2： 图1.2
5．使用工具栏图标区箭头工具，在图形区完全选中反光碗，或点中导航选项卡 中“模型树”Object 1，单击鼠标右键，在弹出下拉菜单中选择 进行材料属性设置，在材料目录（Catalog）中选择IR, 克斯（PYREX）耐热玻璃，运用（Apply）此属性，吸收、透过和折射率将显示如图1.3： 注：PYREX相关知识： PYREX玻璃是美国康宁玻璃公司(CORNING)研究人员薛利文(Sullivan)1915年发明的，并取得发明专利。这种玻璃在美国叫“派莱克斯”(PYREX)玻璃，PYREX是美国康宁公司产品的一个商标。派莱克斯玻璃专利失效以后，这种玻璃被各国广泛采用。70多年来，很多专家学者都想研究一种新的玻璃，超过派莱克斯玻璃的性能，都没有成功。派莱克斯玻璃的特点是，在玻璃中引入了三氧化二硼(B2O3)改进了玻璃的热稳定性和机械性能。当今，全世界都用派莱克斯玻璃制造化工防腐蚀设备与管件、实验室用玻璃仪器。 图1.3 6．展开“模型树”中Object 1，球面反光碗有三个面组成（图1.3）
院( 系) 别: 光电工程学院/ 第二学期主讲: 丁松峰 专业: 光信息科学与技术光学与光电子基础实验授课计划表辅导: 丁松峰 班级: B080403 ( 考查) 审查(系、中心): 课程编号: B0402031C 学时: 24 学分: 1.5 批准(院系): 第1页填表日期: 2月 23 日
教材: 光学与光电子基础实验指导书．南京邮电大学光电工程学院( 自编) 参考书: [1] 周炳琨, 高以智等．激光原理( 第四版) ．北京: 国防工业出版社, [2] 石顺祥, 张海兴, 刘劲松．物理光学与应用光学．西安: 西安电子科技大学出版社, [3] 杨之昌, 马秀芳．物理光学实验．上海: 复旦大学出版社, 1993
院( 系) 别: 光电工程学院/ 第二学期主讲: 孙晓芸 专业: 光信息科学与技术光学与光电子基础实验授课计划表辅导: 孙晓芸 班级: B080404 ( 考查) 审查(系、中心): 课程编号: B0402031C 学时: 24 学分: 1.5 批准(院系): 第1页填表日期: 2月 23 日
教材: 光学与光电子基础实验指导书．南京邮电大学光电工程学院( 自编) 参考书: [1] 周炳琨, 高以智等．激光原理( 第四版) ．北京: 国防工业出版社, [2] 石顺祥, 张海兴, 刘劲松．物理光学与应用光学．西安: 西安电子科技大学出版社, [3] 杨之昌, 马秀芳．物理光学实验．上海: 复旦大学出版社, 1993
院( 系) 别: 光电工程学院/ 第二学期主讲: 沈骁 专业: 光信息科学与技术光学与光电子基础实验授课计划表辅导: 沈骁 班级: B080405 ( 考查) 审查(系、中心): 课程编号: B0402031C 学时: 24 学分: 1.5 批准(院系): 第1页填表日期: 2月 23 日
互换性与技术测量 实验指导书 机械设计制造及其自动化教研室编 2011.09 目录
实验1 用立式光学计测量塞规 (2) 实验2用内径百分表测量内径 (4) 实验3 直线度误差的测量 (7) 实验4 平行度与垂直度误差的测量 (11) 实验5 表面粗糙度的测量 (14) 实验6 工具显微镜长度、角度测量 (18) 实验1 用立式光学计测量塞规 一、实验目的 1、了解立式光学计的测量原理；
2、熟悉立式光学计测量外径的方法； 3、加深理解计量器具与测量方法的常用术语。 二、实验内容 1、用立式光学计测量塞规； 2、由国家标准GB／T 1957—1981《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，与测量结果进行比较，判断其适用性。 三、计量器具及测量原理 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学测量仪。其所用长度基准为量块，按比较测量法测量各种工件的外尺寸。 图1为立式光学计外形图。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b 所示。照明光线经反射镜l照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺的像7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度α(图2a)，则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度尺像7产生位移t(图2c)，它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至反射镜支点间的距离，s为测杆5移动的距离，则仪器的放大比K为 当a很小时，，因此 光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm，b=5mm，故仪器的总放大倍数n为 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。
实验1 单透镜（a singlet） 实验目的开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 实验要求：设计一个F/4 的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7 玻璃 实验步骤：1 运行ZEMAX。ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。 2 选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，，在第二行的波长列中输入587，后在第三行输入656。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS 点尺寸和STREHL 率。现在让所有的权为1.0，单击OK 保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 3 设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。插入第四个面，只需移动光标到像平面（后一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT 键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。 4 现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，即在左边被标作STO 的面。输入“BK7”并敲回车键。移动光标到第1 面（我们刚才输入了BK7 的地方）的厚度列并输入“4”。 5 现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。在第1 （STO）和2 面中分别输入这些值。符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100 的值，作为第 2 面的厚度。 6 先选择“分析（Analysis）”菜单，然后选择“图（Fan）”菜单，再选择“光线像差（Ray Aberration）”。你将会看到光线特性曲线图在一个小窗口显示出来（如果看到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与所描述的是一致的）。光线特性曲线图如图所示。 7 在第2 面的厚度上双击，弹出SOLVE 对话框，它只简单地显示“固定（Fixed）”。在下拉框上单击，将SOLVE 类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”，然后单击OK。从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（在窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图如图所示。
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一、实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。 二、实验要求 1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 2、掌握ZEMAX软件的用户界面。 3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 4、学会使用ZEMAX的帮助系统。 三、实验内容 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、
点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机
实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。 1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。 2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。 3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。 4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。 5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。 7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。 8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。 9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。 10. 将此设计起名保存，生成报告。 （二）. 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。 1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。 2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。
晶体光学实验指导书 赖健清编 （地质工程专业A方向适用） 中南大学地球科学与信息物理学院
录 实验一偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 (1) 一.目的要求 (1) 二.实验内容 (1) 实验二突起等级和多色性的观察 (3) 一.目的要求 (3) 二.实验内容 (3) 实验一、二报告内容： (3) 实验三干涉色级序特征的观察，矿片上光率体椭圆半径方向及名称的测定 (4) 一．目的要求 (4) 二．实验内容 (4) 实验四干涉色级序及双折率的测定和双晶的观察 (5) 一．目的要求 (5) 二．实验内容 (5) 实验三、四实验报告内容 (5) 实验五一轴晶干涉图、二轴晶干涉图 (6) 一．目的要求 (6) 二．锥光镜下观察的操作程序 (6) 三．实验内容 (6) 实验六斜长石的牌码测定 (6) 一、目的要求 (6) 二、实验内容 (6) 实验五报告内容 (9) 实验六斜长石牌号的测定 (9) 实验七主要造岩矿物的光性鉴定(一) (10) 一．目的要求 (10) 二．实验内容 (10) 实验八主要造岩矿物的光性鉴定(二) (10) 一、目的要求 (10) 二、实验内容 (10) 实验七、八主要造岩矿物的光性鉴定 (10) 附：常见透明矿物光学性质（一） (12) 常见透明矿物光学性质（二） (13)
偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 一.目的要求 1．了解偏光显微镜的主要构造，装置，使用和保养方法。 2．学会偏光显微镜的一般调节和校正。 3．认识解理等级，测定解理夹角。 二.实验内容 1．打开光源 为了延长光源灯泡寿命，打开光源及关闭光源之前，务必确认光源强度调至 ．．．．．． 最小 ．．．．．．．．．．．。临时离开不必关闭光源开关，只需将光源．．。永远不要把光源强度开至最大 强度调至最小。 2．偏光显微镜的调节与校正 1）调节照明 2）调节焦距 必须记住：通过下降物台来对焦 ．．．．．．．．．。 3）校正中心 4）下偏光镜振动方向的确定和校正 在单偏光镜下，找一具极完全解理的黑云母（12号薄片），置于视域中心。转动物台，黑云母颜色最深时，黑云母解理缝方向为下偏光镜振动方向。 如黑云母颜色最深时，解理缝方向与十字丝横丝不平行，表明横丝未与下偏光镜振动方向一致。转动物台，使黑云母解理缝平行横丝，然后转动下偏光镜，直至黑云母颜色最深。此时，十字丝横丝与下偏光振动方向一致。
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域
《现代光学CAD技术》实验指导书 指导老师：汪胜辉 湖南文理物电学院
单透镜的设计(A Singlet) 一、实验目的： （1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面； （2）将知道如何键入光学系统的波长（wavelength)、镜头数据(Lens Data)、光线像差(Ray Aberration)、fan，光程差（OPD)，点列图（spot diagrams )等等。 （3）确定厚度求解方法（thickness solve)和变量（variables)，执行简单光学设计优化。 二、实验环境： （1）、硬件环境：普通PC机 （2）、软件环境：ZEMAX软件平台 三、实验内容： 设计一个相对孔径F/4单镜片，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal length）为100mm，全视场2ω为8o用冕牌BK7来作镜片。 四、实验步骤： 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)，可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适应你自己的喜好。LDE有多行和多列组成，类似于电子表格，曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(Aperture)等列使用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的小格会以“反白”方式高亮显示，即以与其它格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。这个反白条表示的是光标，可以用鼠标在格子上点击来操作。 然后，系统参数设置。开始，输入系统波长，这个不一定先完成，只不过现在我们选定了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统(system)”菜单下的“波长（Wavelength)”。 屏幕中间会弹出一个“波长（Wavelength Data)”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个输入波长使总数成为三。现在，第一个“波长”行中输入486，这是氢F谱线的波长，单位为微米。ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，第二行波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656，这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作。这个指示器指出了主要的波长（primary wavelength），当前为0.486微米。在主波长的第二行上单击，指示器
光学实验习题 1．如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。 2．点光源 P 经会聚透镜 L1成实像于 P' 点（图 1-8 ），在会聚透镜 L1与 P' 之间共轴放置一发散透镜 L2；垂直于光轴放一平面反射镜 M ，移动发散透镜至一合适位置，使 P 通过整个系统后形成的像仍重合在 P 处。如何利用此现象测出发散透镜焦距？ 3．为什么说当准直管绕轴转过 1800时，十字线物像不重合是由于十字线中心偏离光轴的缘故？试说明之。 4．准直管测焦距的方法有哪些优点？还存在哪些系统误差？ 5． 1 、第一主面靠近第一个透镜，第二主面靠近第二个透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄凸透镜组成）。 6．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离 d 可自己设定）。7．设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案（使用分光计去测）。 8．怎样应用掠入射法测定玻璃棱镜的折射率？简要说明实验方法，并推导出折射率的计算公式。 9．用阿贝折射计测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触液？为什么它对测量结果没有影响？试论证之。 10．显微镜与望远镜有哪些相同之处与不同之处？ 11．显微镜测量微小长度时，用测微目镜测定石英标准尺 m 个分格的数值为△ X,为什么它和石英标准尺相应分格的实际值△ X 之比不等于物镜的放大率？ 12．评价天文望远镜时，一般不讲它是多少倍的，而是说物镜口径多大，你能说明为什么吗？13．推导式（ 6-1 ）（ P90 ） 14．为何摄谱仪的底板面必须与照相系统的光轴倾斜，才能使所有谱线同时清晰？ 15．怎样测定摄谱仪的线色散？ 16．怎样拍摄叶绿素的吸收光谱？ 17．讨论单色仪的人射缝和出射缝的宽度对出射光单色性的影响，并证明出射光谱宽度 其中 a 、 a' 分别为入射缝和出射缝的宽度，为棱镜的线色散。
《材料科学基础》实验指导书 （试用） 院系： 班级： 姓名： 学号： 大连理工大学 年月日
实验目录 实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2学时）实验二金属材料的硬度（2学时）实验三 Sn-Pb二元平衡相图测试（2学时）实验四金相定量分析方法（2学时）实验五 Fe-C合金平衡组织观察（2学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2学时）
实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法 一、实验目的 1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。 2）学会正确操作和使用金相显微镜。 3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。 二、实验设备与材料 实验设备：x-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机 实验材料：碳钢标准样品 三、实验内容 1.通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法； 2.要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。 3.演示并初步认识金相试样的制备过程及方法 四、实验报告撰写 撰写实验报告格式要求： 一、实验名称 二、实验目的 三、实验内容 包括：1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用 2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获 3. 概述金相试样制备过程及方法 四、个人体会与建议
实验二金属材料的硬度 一．实验目的 1.了解布氏、洛氏、维氏硬度的测试原理。 2.初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。 二．实验设备和样品 1．布氏、洛氏、维氏硬度计 2．铁碳合金试样 三．实验内容和步骤 1.通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。 2.演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值， 注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可以操作硬度计1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均值的要求进行实验。 四．实验报告内容 1．简述实验目的和步骤。 2．简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。 3．写出测量步骤，附上实验结果。 4．总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。
第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?=
建筑物理实验报告[建筑热工、建筑光学和建筑声学实验] XXX XXXX XXXXXXX
建筑物理实验报告 第一部分建筑热工学实验 （一）温度、相对湿度 1、实验原理： 通过实验了解室外热环境参数测定的基本内容；初步掌握常用仪器的性能和使用方法；明确各项测量的目的；进一步感受和了解室外气象参数对建筑热环境的影响。 2、实验设备：TESTO 175H1温湿度计 3、实验方法：` （1）在测定前10min左右，把湿球温度计感应端的纱布用洁净水润湿。 （2）若为手动通风干湿球温度计，用钥匙上紧上部的发条，并把它悬挂于测点。待3～4min，当温度计数值稳定后，即可分别读取干、湿球温度计的指示值。读数时，视平线应与温度计水银面平齐。先读小数，后读整数。 （3）根据干湿球温度计的读数，获得测点空气温度。 （4）根据干、湿球温度计读数值查表，即可得到被测点空气的相对湿度。
4、实验结论和分析 室内温湿度 仪器： TESTO 175H1 5.对测量结果进行思考和分析 根据测量的数据可以看出，室内各处的温度及湿度较为平均。暖气上方的区域温度较高而导致相对湿度较低。桌子由于靠近暖气，所以温度较高。柜子由于距离暖气较远，温度相对较低，较为接近室内的平均气温。门口处由于通风较好，温度较低，湿度相对较高。
（二）室内风向、风速 1、实验原理：QDF型热球式电风速计的头部有一直径约0.8mm的玻璃球，球内绕有镍镉丝线圈和两个串联的热电偶。热电偶的两端连接在支柱上并直接暴露于气流中。当一定大小的电流通过镍镉丝线圈时，玻璃球的温度升高，其升高的程度和气流速度有关。当流速大时，玻璃球温度升高的程度小；反之，则升高的程度大。温度升高的程度反映在热电偶产生的热电势，经校正后用气流速度在电表上表示出来，就可用它直接来测量气流速度。 2、实验设备：TESTO 425 3、实验方法： （1）把仪器杆放直，测点朝上，滑套向下压紧，保证测头在零风速下校准仪器。 （2）把校正开关置于“满度”位置，慢慢调整“满度调节”旋钮，使电表指针在满刻度的位置。再把校正开关置于“零位”的位置，用“粗调”、“细调”两个旋钮，使电表指针在零点的位置。 （3）轻轻拉动滑套，使侧头露出相当长度，让侧头上的红点对准迎风面，待指针较稳定时，即可从电表上读出风速的大小。若指针摇摆不定，可读取中间示值。 （4）风向可采用放烟或悬挂丝的方法测定。
信息光学实验讲义（一） 指导教师：刘厚通 安徽工业大学数理学院
实验一 阿贝成像原理和空间滤波 (天津拓扑) 一、实验目的 了解付里叶光学基本原理的物理意义，加深对光学中的空间频谱和空间滤波等概念的理解。 二、实验原理 1、傅立叶变换在光学成像系统中的应用。 在信息光学中、常用傅立叶变换来表达和处理光的成像过程。 设一个xy 平面上的光场的振幅分布为g(x,y)，可以将这样一个空间分布展开为一系列基元函数exp[()]x y iz f x f y π+的 线性叠加。即 (,)()exp[2()]x y x y x y g x y G f f f x f y df df π∞ -∞= +?? (1) x f ，y f 为x,y 方向的空间频率，量纲为1L -； ()x y G f f 是相应于空间频率为x f ，y f 的基元函数的权重，也称为光场的空间频率，()x y G f f 可由下式求得： (,)(,)exp[2()]x y G x y g x y i f x f y dxdy π∞ -∞= -+?? (2) g(x,y)和()x y G f f 实际上是对同一光场的两种本质上等效的描述。 当g(x,y)是一个空间的周期性函数时，其空间频率就是不连续的。例如空间频率为0f 的一维光栅，其光振幅分布展开成级数： 0()exp[2]n n g x G i n f x π∞=-∞= ∑ 相应的空间频率为f=0，0f ，0f 。 2、阿贝成像原理 傅立叶变换在光学成像中的重要性，首先在显微镜的研究中显示出来。E.阿贝在1873年提出了显微镜的成像原理，并进行了相应的实验研究。阿贝认为，在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤，第一个步骤是通过物的 衍射光在物镜后焦面上形成一个初级衍射（频谱图）图。第二个步骤则为物镜后焦面上的初级衍射图向前发出球面波，干涉叠加为位于目镜焦面上的像，这个像可以通过目镜观察到。 成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换，如果物的振幅分布是
实验二十八 测定玻璃的折射率 【思考题参考答案】 1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？ 答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。这是因为如果两个界面不平行，可以看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能 确定对应的入射角和折射角，从而按 折射定律计算折射率。 对视深法测量结果是否影响，请 自己根据测量原理思考。 2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？ 答：厚些好。在视深法中，玻璃砖越厚h '越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD 位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。 3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？ 答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。 4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？ 答：折射率的测量值偏小。如果所画直线ab 和 cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。实际折 射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin =，测 量折射率值偏小。 间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。 实验二十九 测定薄透镜的焦距 【思考题参考答案】 1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？ 答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，可以减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共
实验一物镜焦距、截距的测定 一、实验目的 掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。 三、实验原理 测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。 图1－1焦距截距的测定原理图 其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。 从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出： w=w` （1－1） 这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。 利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下 （1－2） 式中：β――――――测量显微镜放大倍数 四、实验设备 焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜） 焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。
器件仿真与工艺综合设计实验指导书
实验一：二极管器件仿真 一、实验目的 1、掌握二极管基本结构原理，二极管电流电压特性； 2、掌握Silvaco TCAD器件仿真器仿真设计流程及器件仿真器Atlas语法规则； 3、分析二极管结构参数变化对主要电学特性的影响。 二、实验原理 1.二极管的结构及其原理 PN结，是指一块半导体单晶，其中一部分是P型区，其余部分是N型区，如图1所示。P型区和N型区的交界面称为冶金结面（简称结面）。由PN结构成的二极管是最基本的半导体器件。无论半导体分立器件还是半导体集成电路，都是以PN结为基本单元构成的。例如NPN（或PNP）双极型晶体管的结构，是在两层N型区（或P型区）中夹一薄层P型区（或N型区），构成两个背靠背（或面对面）的PN结。 图1 PN结的结构图 PN结导通并产生电流，根据其的形成原理，必须抵消掉空间电荷区内部的电场阻力。我们通过P区接外加电源的正极，N区接负极的方法，给它加一个反方向的更大的电场，这样就可以抵消其内部自建电场，使载流子可以继续运动，形成线性的正向电流。外加的反向电压导致内建电场的阻力更大，使得PN结仅有极微弱的反向电流，不能导通。其是由于少数载流子的漂移运动形成，因少子数量有限，电流饱和。这时反向电压增大至某一数值时，PN结将因少子的数量和能量都增大，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增大。 2. 二极管的I~V特性 当对PN结外加电压时，会有电流流过。电流与外加电压的关系不遵从欧姆定律。外加正向电压（P区接正、N区接负）时，如果电压达到正向导通电压V f的数值，则会有明显的电流流过，而且当电压再稍增大时，电流就会猛增；外加反向电压时，电流很小，而且当反向电压超过一定数值后，电流几乎不随外加电压而变化，如图2所示。
几何量公差与检测实验指导书 程飞月 武汉理工大学教材中心 2006年 6月 1．了解立式光学计的测量原理； 2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪，用量块作为长度测 量基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。 图 1－1 为立式光学计外形图，它由底座1、立柱 5、支臂 3、直角光管 6 和工作台 11 等几部分组成，光学计是利用光学 杠杆发大原理进行测量的仪器，其光学系统如图1－2（b）所示。照明光线经反射镜 1 照射到刻度尺 8 上，再经直角棱镜2、物镜 3，照射到反射镜 4 上。由于刻度尺 8 位于物镜 3 的焦平面上，故从刻度尺 3 上发出的光线经物镜 3 后成为平行光束。 若反射镜 4 与物镜 3 之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，
刻度尺像 7 与刻度尺 8 对称。若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 , （图 1－2a），则反射光线相对于 入射光线偏转2, 角度，从而使刻度尺像7 产生位移t （图1－2c），它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8 间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离， s 为测杆 5 移动的距离，则仪器的放大比 K 为： tftg2,K,, Sbtg, tg2,,2,,tg,,,当, 很小时，，因此： 2fK, b 光学计目镜放大倍数为12，f,200mm,b,5mm，故仪器的总放大倍数n 为： 2f2 ， 200n,12k,12,12 ，,960 b5 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。 1．测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几 何形状来 选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时， 选用球形测头。 测量球面工件时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱形工件时，选用刀口形测头。 2．按被测零件的基本尺寸组合量块。
实验2 阿贝成像与空间滤波实验 实验目的 1、 验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频谱和空间滤波概念的理解； 2、 初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用； 3、 了解透镜孔径对成像的影响和两种简单的空间滤波。 实验原理 傅立叶变换在光学成像系统中的应用 在信息光学中、常用傅立叶变换来表达和处理光的成像过程。设一个xy 平面上的光场的振幅分布为g(x,y)，可以将这样一个空间分布展开为一系列基元函数[])(exp y f x f iz y x +π的线性叠加。即： []y x y x y x df df y)f x 2i π(f exp ),f G(f g(x,y)+= ??∞∞ - (2-1) y x f f ，为x,y 方向的空间频率，量纲为1L -;)(y x f f G 是相应于空间频率y x f f ，的基于原函数的权重，称为空间频谱函数，)(y x f f G 可由求得： [] dxdy y f x f i f f f f G y x y x y x )(2-exp ),(g )(+= ??∞ ∞ -π (2-2) ),(y x g 和)(y x f f G 实际上是对同一光场的的两种本质上的等效的描述。 当g(x,y)是一个空间的周期性函数时，其空间频谱就是不连续的。例如空间频率为0f 的一维光栅，其光振幅分布展开成级数：)2exp()(0 ∑∞ -∞ == n x nf i x g π 阿贝成像原理 傅立叶变换在光学成像中的重要性，首先在显微镜的研究中显示出来。1874年，德国人阿贝从波动光学的观点提出了一种成像理论。他把物体通过凸透镜成像的过程分为两步：（1）从物体发出的光发生夫琅和费衍射，在透镜的像方焦平面上形成其傅立叶频谱图；（2）像方焦平面上频谱图各发光点发出的球面次级波在像平面上相干叠加形成物体的像。阿贝成像原理是现代光学信息处理的理论基础，空间滤波实验是基于阿贝成像原理的光学信息处理方法。 成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换，如果物的振幅分布是),(y x g ，可以证明在物镜后面焦面x'，y ' 上的光强分布正好是g(x,y)的傅立叶变换 )(y x f f G 。（只要令,,F y f F x f y x λλ' ='= 为F 为波长，λ物镜焦距）。所以第一步
实验报告 一、实验目的 通过使用一定的处理工具，用软件方式实现光束入射到介质界面上的反射和折射特性模拟。通过程序实现自定参数以及随机获取参数的光路显示。最终通过该实验使得自己对光学的折反射定律有更深的了解。 二、实验原理及方法 原理1（光的反射定律）：在反射现象中，①反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内；②反射光线，入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角；(“三线共面，两线分居，两角相等”)。 原理2（光的折射定律）：在折射现象中，①折射光线位于有入射光线和发现所决定的平面内；②折射角的正弦与入射角的正下按之比与入射角大小无关，仅有两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，在一定温度和压力下，该比值是一常数，等于入射光所在介质的折射率n与折射光所在介质n’之比，即：n’sinI’=nsinI(其中I,I’分别为入射角与折射角大小)。 在本次实验中，为了实现对光的折反射的模拟，我们采用了Matlab软件，进行仿真。利用Matlab中的GUI界面，进行效果的显示。 三、实验内容及步骤 首先通过开启Matlab软件，打开其中的GUI窗口，效果如图1.1所示 图1.1 GUI开启界面图 然后通过适当地增添所需按键及选项，绘制如图1.2所示的GUI窗口图。 在图1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分别表示入射介质的折射率，折射介质的折射率，入射角大小，反射角大小以及折射角大小。 S1按键的作用：按下S1前需要手动在为“EditText”类型的ni,nt,thi中输入三个参数，当按下S1时，在界面“axes1”中将显示满足上述三个参数的入
射光线反射光线以及折射光线，并且会在其更新显示各个“Edit Text”类型中的值。 S2按键的作用：按下S2按键后，将自动获取“Edit Text”类型中ni,nt,thi 三个参数，并且将thi进行8等分，将入射光线，反射光线，折射光线进行动态显示，并且更新显示结果。 S3按键的作用：按下S3按键后，用鼠标在“axes1”界面中的区域内（当前由于程序的设定，只能获取鼠标在0
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