工程光学实验教材

北方民族大学教学进度计划表名称总时数讲课实验上机习题课程设计周学时考试/考查机动计划时数6454104考试2本课程教学目的与要求：木课程讲述工程光学的基础理论和实践中常用的光学系统。

学生应掌握光的电磁理论的基础知识和光学系统的集合系统的分析和计算。

掌握实验的基本技能和基本使用和操作技能。

必读书籍和参考书籍：一、教材：自编的《工程光学》实验指导书二、参考书：1石顺祥等著.物理光学与应用光学.西安：西安电子科技大学出版社,20002梁栓廷著.物理光学.北京：机械工业出版社,19873郁道银等著.工程光学.北京：机械工业出版社版,2007所需教学设备：多媒体任课教师签名：____________________系（教研室）主任签名：____________主管教学院长（主任）签名：_______________ 院（部）签~^7T.早2012年1月8日教务处制《工程光学》课程实验教学大纲课程编号：01100260课程名称：工程光学课程类型：专业必修课（测控技术与仪器）课程属性：课内实验课程总学时：64 （测控技术与仪器专业）课程总学分：4.0 （测控技术与仪器专业）实验学时：10 （测控技术与仪器专业）实验学分：0.5开设学期：第6学期（测控技术与仪器专业）适用专业：测控技术与仪器一、实验教学目标与基本要求通过本课程的实验，使学生能够掌握工程光学的基本理论知识和所涉及的装置仪器的使用、测试技能，使学生在将来的科研实践中，具有解决光学理论及分析问题的能力及分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。

掌握实验的基本原理，了解所涉及的常用装置、仪器的正确使用方法。

使学生能正确进行相应的仪器操作和使用、准确判断实验现象和结果的合理性，同时具有处理测量数据的能力。

二、本实验课程的基本理论与实验技术知识本实验课程是《工程光学》理论课程的配套课程，需要学生利用理论课涉及的几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光束限制、典型光学系统、光的干涉、衍射及、偏振等知识完成相关的实验项目。

实验一 放大率法测量焦距和截距 Measurement Of Focus And Intercept一、实验目的:1．通过对透镜的焦距和截距测量熟悉焦距仪的测量原理及测量方法，掌握基本的实验技能。

2．了解焦距仪的结构及平行光臂的使用，学会螺旋丝杠式测微目镜读数方法。

3．掌握校正显微镜放大率的方法。

二、实验要求：基本理论：理想光学系统的共线成像理论。

基本知识：了解焦距仪的结构，平行光管的使用，理想光学系统焦点、焦平面、主平面、焦 距和截距的概念。

基本技能：学会在焦距仪上进行同轴等高调节。

学会使用螺旋丝杠式测微目镜及读数方法。

三、实验内容及测量原理：焦距和截距是光学系统重要的特性参数，就几何光学来说，焦距是光学系统的特征值。

只要知道焦距和焦点的位置，就能完全确定任何位置上的物体经过该光学系统所成像的位置、大小、正倒和虚实。

1．焦距的测量原理：光学系统的主点到焦点的距离称为焦距。

物方焦距、像方焦距分别用f 、'f 表示。

放大率法测量焦距是利用平行光管物镜焦面上分化板的一对刻线在被测透镜焦面上成像的比例关系，求出被测透镜焦距的大小。

如平行光管分化板上一对刻线间距为y ,经被测透镜成的像为'y ,平行光管物镜和被测透镜焦距分别为'0f 和'f ,由图一可看出它们的关系如下： 0f y tg -=ω '''f y tg -=ω∵'ωω= ∴''0f y f y -=- 即yy f f ''0'∙-= 式中f0'、y 为已知，f'与y'成正比。

这样只要测出y',即可求出被测透镜焦距。

图一2．焦距的测量：光学系统的最后一个表面顶点到像方焦点的距离为后焦距，用lp'表示。

很显然，对于一个光学系统知道了焦距和截距的大小，就可确定焦点和主点的位置。

图二在测量截距的同时，可以进行透镜截距'F l的测量。

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+N2．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1.14．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1.25．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。

工程光学实验
1 光学系统计算机辅助设计
2 光学玻璃主要性能测量
3 光学零部件基本量测量
4 光学系统基点基面位置的测定
5 光学系统分辨率的测量
6 光学系统星点检验
7 显微镜、望远镜的特性参数测量
8 测微平行光管的调整和使用
9 标定单色仪输出波长
10 光栅单色仪波长精度检验与校正
11 可见分光光度计性能测试与调整
12 光栅摄谱仪的调整和使用
13 应用光学CAI实验（包括基点与基面、棱镜转像、光阑、几何像差、分辨率、光
学传递函数、激光、自聚焦透镜等内容）
14 光的干涉实验
15 光的衍射实验
16 光的偏振实验。

哈尔滨理工大学实验指导书课程名称：工程光学基础学院：测控技术与通信工程学院系部专业：测控技术及仪器１实验一：放大镜、显微镜和望远镜光路并搭及视角放大率的测量实验类型：综合型适用专业：测控技术及仪器一、实验目的：通过光路拼搭，将理想光学系统平面成像、实际光组的光束限制等理论结合起来，形成的综合实验，掌握放大镜、显微镜和望远镜的工作原理及光路特点，并通过视角放大率估测，加深对视角放大率的理解。

二、实验内容：分别拼搭放大镜、显微镜和望远镜的光路及视角放大率的估测。

三、实验用设备仪器及材料：简易光具座、光源、透镜、像屏、玻璃刻线板等。

四、实验方法及步骤：1、放大镜：（1）、玻璃刻线板和正透镜放好，移动正透镜，使玻璃刻线板放在距正透镜一倍焦距以内靠近焦点处，则正透镜起放大镜作用，可观察到玻璃刻线板的放大正立的虚像。

（2）、测量视角放大率：在刻线板旁再放上另一块刻线相同的玻璃刻线板并使它距人眼250mm，两眼同时观察，右眼通过放大镜观察放大的像g1’,左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1’的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则放大镜的视角放大率就是 m / n。

（3）、理论放大镜的视角放大率为250 / f放。

2、显微镜：（1）、将刻线板g1,正透镜L1 放置在光具座上，刻线板g1放在L1的一倍焦距到两倍焦距之间的地方,使g1成一个放大倒立的实像g1’。

然后将正透镜L2 放置好,并使g1’在L2 的物方一倍焦距以内,放大镜L2使g1’再放大到g1”。

这样就构成了一个显微镜。

(2)、测量视角放大率：显微镜的视角放大率与放大镜的测量方法相同。

右眼通过显微镜观察放大的像g1”左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1”的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则显微镜的视角放大率就是m / n。

２(3)、根据公式得到显微镜理论的视角放大率为：△ / f1 * 250 / f2’３、望远镜：(1)、开普勒式望远镜：用长焦距的正透镜L1和短焦距的正透镜L2构成，当L1的像方焦点和L2的物方焦点重合时就组成开普勒式望远镜。

实验一 放大率法测量焦距和截距 Measurement Of Focus And Intercept一、实验目的:1．通过对透镜的焦距和截距测量熟悉焦距仪的测量原理及测量方法，掌握基本的实验技能。

2．了解焦距仪的结构及平行光臂的使用，学会螺旋丝杠式测微目镜读数方法。

3．掌握校正显微镜放大率的方法。

二、实验要求：基本理论：理想光学系统的共线成像理论。

基本知识：了解焦距仪的结构，平行光管的使用，理想光学系统焦点、焦平面、主平面、焦 距和截距的概念。

基本技能：学会在焦距仪上进行同轴等高调节。

学会使用螺旋丝杠式测微目镜及读数方法。

三、实验内容及测量原理：焦距和截距是光学系统重要的特性参数，就几何光学来说，焦距是光学系统的特征值。

只要知道焦距和焦点的位置，就能完全确定任何位置上的物体经过该光学系统所成像的位置、大小、正倒和虚实。

1．焦距的测量原理：光学系统的主点到焦点的距离称为焦距。

物方焦距、像方焦距分别用f 、'f 表示。

放大率法测量焦距是利用平行光管物镜焦面上分化板的一对刻线在被测透镜焦面上成像的比例关系，求出被测透镜焦距的大小。

如平行光管分化板上一对刻线间距为y ,经被测透镜成的像为'y ,平行光管物镜和被测透镜焦距分别为'0f 和'f ,由图一可看出它们的关系如下： 0f y tg -=ω '''f y tg -=ω∵'ωω= ∴''0f y f y -=- 即yy f f ''0'∙-= 式中f0'、y 为已知，f'与y'成正比。

这样只要测出y',即可求出被测透镜焦距。

图一2．焦距的测量：光学系统的最后一个表面顶点到像方焦点的距离为后焦距，用lp'表示。

很显然，对于一个光学系统知道了焦距和截距的大小，就可确定焦点和主点的位置。

图二在测量截距的同时，可以进行透镜截距'F l的测量。

工程光学实验指导书目录实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧实验二物镜焦距截距的测量实验三光的干涉实验实验四光学物镜参数测试设计性实验实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧一. 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，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用二．实验目的掌握光学专业基本元件的功能；调整光路，主要包括共轴调节、调平行光和针孔滤波。

三．基本原理(一)、光学实验仪器概述:主要含：激光光源，光学元件，观察屏或信息记录介质1. 激光光源;激光器即Laser(L ight Amplification by stimulated emission of radiation)，原意是利用受激辐射实现光的放大．然而实际上的激光器,一般不是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。

.960年,梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器.现在被广泛用于各个行业激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布激光器的分类:(1)气体激光器——He-Ne激光器,Ar离子激光器(2)液体激光器——染料激光器(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器本套实验方案的选择的激光器是气体型He-Ne内腔式激光器,波长为632.8nm的红光，功率2mW。

个别实验中还会用到白光点光源。

2、用于光学实验的元件一般包括：防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透镜、多自由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。

如果是全息实验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。

（本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器，准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均采用双凸透镜）⑴防震平台光学实验需要一个稳定的工作平台。

特别是对于全息图制作实验，由于是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化，就要影响干涉条纹的调制度。

《工程光学实验》迈克尔逊干涉仪一、实验目的1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法;2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律;3．测量空气的折射率。

二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、激光器、扩束镜、观察屏、小孔光阑三.实验原理用激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板P1和P2上后就将光分成了两束分别射到M1和M2上，反射后通过Pl 、P2就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。

产生干涉条纹的条件,如图所示，B 、C是两个相干点光源,则到A点的光程差。

若在A点出产生了亮条纹，则 2dcosi=N (N 为亮条纹的级数），因为i和k均为不可测的量.所以取其差值，即入四、实验步骤1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜Pl 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。

2、调节M2的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。

3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在P!分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。

没有的话重复2、3步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。

4、微调M是干涉图案处于显示屏的中间。

5、转动微量读数鼓轮，使M1移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。

记下当前位置的读数d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进30 次则记一次数据,共记录10 次数据即d。

. d:… ds。

五、实验数据冒进或缩进的条纹数△N M2的位置读数d50 50.0009 0.0801 0.0032672 50 50.0214 0.080150 50.0419 0.082150 50.0604 0.084150 50.0810 0.082050 50.1021 △d=0.08168 50 50.124050 50.144550 50.163050 50.1870。

实验仪器简介1、仪器结构及测量原理光具座结构如图1 — 1所示，它由平行光管（1）、透镜夹持器（2）、测量 显微镜（3）及带有刻度尺的导轨（4）组成（1）平行光管常用的平行光管物镜焦距有 550mm 、1000mm 和2000mm 等。

在平行光管 物镜物方焦平面上有一可更换的分划板，分划板经平行光管成像为一无限远物 体，作为测量标记。

常用的分划板有图 1—2所示的用于测量焦距用的玻罗板， 图1—3所示的检测光学系统分辨率的鉴别率板和检验成像质量的星点板等。

2\ 22- M 25图1 — 3分辨率板（2）测量显微镜测量显微镜是用来测量经被测物镜所成的像 （或物体）大小的。

它由物镜和 测微目镜组成，物镜是可以更换的（根据被测物的大小可以更换不同放大倍率的 物镜）。

测微目镜是用来读取测量数值的，其结构如图 1—4所示。

光具座1 2图1 — 1光具座结构示意图图1— 2玻罗板图1—4测微目镜结构图测微目镜由目镜（1）、固定分划板（2）、活动分划板（3）和测微读数鼓轮（4）四部分组成。

测量原理是：读数鼓轮每旋转一圈（即测微螺杆移动一个螺距）活动分划板上刻线移动量为固定分划板刻线的一个格。

测量时，首先旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体起始位置，由活动分划板双刻线在固定分划板刻线位置读取毫米数（整数），再从读数鼓轮读取小数，然后再次旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体终止位置，继续读取数据，两次读数之差即为被测物体大小。

2、仪器技术指标（1）550mn光具座①平行光管物镜名义焦距？’= 550 mm通光口径 D = 55 mm相对孔径1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板十字线分划板鉴别率板U号、川号③测量显微镜物镜：1倍测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm（2）GJZ —1型光具座①平行光管物镜名义焦距？’= 1000 mm 实测焦距？’= 997.47 mm 通光口径 D = 100 mm相对孔径1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板 刻度范围±20， 格值 鉴别率板1 、2、3、 4、 5号③测量显微镜物 镜：1 倍 NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25 测微目镜： 分划板格值 1mm测微鼓轮格值被测物镜最大口径 被测物镜焦距范围 （3）CXW —1 型光具座 ①平行光管物镜 名义焦距 通光口径 相对孔径复消色差）? = 2000 mm D = 150 mm 1:13.3实测焦距=1973.9 mm1mm 0.01 mm±40° 25 mm测微鼓轮格值 0.01 mm②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板 刻线间距： 1、2、4、10、20、40mm星点板 星点直径： 0.005 mm 、0.008 mm 、0.01 mm十字线分划板 刻度范围 ±20， 格值鉴别率板1 、2、3、 4、 5号③测量显微镜物 镜：0.25倍 NA = 0.015 0.5倍 NA = 0.031 倍 NA = 0.0752.5倍 NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜： 分划板格值 测微鼓轮格值 测量显微镜偏摆角度 测量显微镜横向移动量测量显微镜高度升降范围±5 mm 被测物镜最大口径 ① 130 mm 被测物镜焦距范围±1200 mm3、仪器调整与操作（ 1 ）根据测量项目选择平行光管物镜物方焦平面上分划板。

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。

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：、），汞灯（主要谱线：、、、、、、、）3）激光光源v1.0 可编辑可修改激光（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。

前言本课程的实验环节其设计思想是与课堂教学相结合，除了进一步巩固和深化学生基础知识之外，以更开放、更灵活的方式培养学生动手能力、合作精神和对工程技术问题的思考方式，形成开放式创新思维。

通过实验，进一步加深对几何光学的基本现象、概念、原理与定律的理解，了解和熟悉有关光学仪器及装置的结构、原理及使用，掌握基本的实验方法和技能，学会用实验的方法分析一些光学现象。

实验是工程光学课程体系的重要一环。

实验环节的目标是：使学生能够比较牢固地建立研究意识、工程意识、分工合作的工作方式，培养独立自主地分析和解决问题的能力。

本实验教学环节采用模块化实验组合，学生可以小组为单位进行实验，力求培养学生的自主学习与创新能力和团队协作精神。

基本要求：要求实验前做好预习，理解每个实验的原理、步骤；实验时正确操作仪器，认真观察各种实验现象，仔细记录、分析数据；实验结束后及时做好实验报告。

主要内容：模块一光组的成像特性 (2)模块二光组的焦距测量 (6)模块三典型光学系统设计及特性测量 (8)附录 (11)思考题 (16)模块一 光组的成像特性实验目的1.验证物像位置关系，深入了解透镜成像特性。

2.掌握望远镜、显微镜、复合透镜的组合方法。

3.观察光线在棱镜中传播的情况，并了解各种棱镜的成像特性，熟悉各种棱镜的结构。

‴ 透镜成像特性1. 实验仪器及设备指标、透镜架、透镜、成像屏、光具座、照明系统。

图1 透镜成像特性实验装置2. 实验原理l 和l’分别表示物像距，f’为光组的焦距，则当光组处于空气中时，有：（1）可知，对于具有一定焦距的光组，其像的位置随物体位置的变化而变化，而其相应的横向放大率可表示如下：（2） 3. 实验内容与步骤取一正透镜使物体（指标）位于 ①② ③ ④ ； 取一负透镜使物体位于① ② ③ ④ 。

分别记录物体经透镜所成像的大小、正倒及位置。

‴光组组合1. 实验仪器及设备六只正透镜、二只负透镜、光具座、一只平行光管、平面反射镜、投影屏。

实验一自组望远镜(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S2、毫米尺F L=7mm3、二维调整架：SZ-074、物镜Lo：f o=225mm5、二维调整架：SZ-076、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-388、滑座：TH709、滑座：TH70Y10、滑座：TH70Y11、滑座：TH7012、白屏：SZ-13四、仪器实物图及原理图图四五、实验步骤1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把标尺放在毫米尺一侧。

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看到清晰的完整毫米尺上的刻线。

3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。

六、数据处理毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB七、实验结果：1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍2、观察到的现象：八、遇到的问题及心得体会：1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器；2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜；3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来；4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律：凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。

04031277⼯程光学实验指导书《⼯程光学》实验指导书周建民编著华东交通⼤学机电⼯程学院实验⼀透镜焦距的测量透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的⼀个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(⼤⼩、虚实、倒⽴)。

对于薄透镜焦距测量的准确度，主要取决于透镜光⼼及焦点(像点)定位的准确度。

本实验在光具座上采⽤⼏种不同⽅法分别测定凸、凹2种薄透镜的焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，⽐较各种测量⽅法的优缺点，为今后正确使⽤光学仪器打下良好的基础。

⼀、实验⽬的1、学会测量凸透镜、凹透镜焦距的⼏种⽅法。

2、掌握简单光路的分析和光学元件同轴等⾼的调节⽅法。

3、熟悉光学实验的操作规则。

⼆、实验仪器⼯程光学实验系统（光源、物、凸透镜、凹透镜、光屏、光具座、卷尺）三、实验原理在近轴光线的条件下，薄透镜成像的⾼斯公式为1=+''l f l f (1-1) 当将薄透镜置于空⽓中时，则⾼斯公式为f l l '=-'111 (1-2) （1-1）、(1-2)式中, f ′为像⽅焦距；f 为物⽅焦距；l ′为像距；l 为物距。

式中的各线距均从透镜中⼼(光⼼)量起，与光线进⾏⽅向⼀致为正，反之为负，如图1-1所⽰。

图1-1 透镜成像符号意义图若在实验中分别测出物距l 和像距l ′，即可⽤式(1-2)求出该透镜的焦距f′。

但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。

对于凸透镜焦距的测量，除⽤上述物像公式法测量之外，还可⽤以下⼏种⽅法。

1.粗略估测法以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点(或像)，此时，l →∞，l ′≈f ′，即该点(或像)可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼(光⼼)的距离，即为凸透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。

由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。

2.⾃准法如图1-2所⽰（略），在待测透镜L 的⼀侧放置被光源照明的1字形物屏AB ，在另⼀侧放⼀平⾯反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物屏AB 上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。

实验一 光路分析及焦距测量一．实验目的１． 掌握简单光路的分析与调整方法；２． 了解、掌握自准直法测量透镜焦距的原理和方法； ３． 了解、掌握贝塞尔法测量透镜焦距的原理和方法；二．实验原理（一）自准直法测量透镜焦距的原理（如图1所示）当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它所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光线反射回去，反射光线再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点（像点）将在发光点（物点）相对于光轴的对称位置上。

图１ 自准直测量透镜焦距原理图（二）贝塞尔法（位移法）测量透镜焦距的原理（如图2所示）对凸透镜而言，当物象之间的距离大于四倍焦距时，在物屏之间移动透镜，必然会在屏上出现两次清晰的像，一次为放大的像，一次为缩小的像。

则两次清晰成像时透镜所处位置的的距离d 和物屏之间距离L 、透镜焦距f '的关系为：()Ld Lf 422-='三．实验仪器１．光学平台；２．带有毛玻璃的白炽灯光源；３．品字形物像屏；４．平面反射镜；反射镜５．白屏；６．凸透镜（焦距分别为300mm和190mm）；7．二维底座；８．二维调整架；９．通用底座（三个）图２贝塞尔法测量透镜焦距原理图四．自准直法测量焦距实验步骤1．按照图１原理所示选择所用光学元件。

2．把所选元件按原理图摆放在光学平台上，靠拢并调至共轴。

3．前后移动凸透镜，使在物像屏上成一清晰的品字形像。

4．调整反射镜的倾角，使得物像屏上的像和物重合。

5．前后微小移动凸透镜，使得物像屏上的像既清晰又和物大小相同。

6．分别记下物像屏和透镜的位置1a和2a。

7．把物像屏和透镜都转动180度，重复前面四步。

8．再次记下物像屏和透镜的位置1b和2b9．按照上述方法，分别测出两个透镜的焦距。

五．贝塞尔法测量焦距实验步骤1．按照图２原理所示选择所用光学元件。

2．把全部元件按原理图摆放在光学平台上，靠拢并调至共轴。

并使得物像之间的距离大于４倍的焦距。

工程光学系列实验实验指导书上海理工大学光电学院目录实验一平行光管调校 (1)实验二放大率法测量透镜焦距 (5)实验三望远系统参数的测定 (9)实验四单透镜的球差和色差 (15)实验五近视远视及其校正 (19)实验六畸变及其校正 (24)实验七照相机的景深 (26)实验一 平行光管调校一． 实验目的1. 了解平行光管的结构及工作原理，掌握平行光管的调整方法。

2. 了解利用自准直法、五角棱镜法调校平行光管的原理，并熟练掌握它们的调校方法。

3. 分析自准直法、五角棱镜法的调校误差，并比较这两种方法的优缺点。

二． 测量原理和方法平行光管是最基本的测试设备，用来提供无限远的目标或给出一束平行光。

其外貌如图1所示。

平行光管使用时，因测试的需要，常常要换上不同的分划板（平行光管常用分划板如图2所示），每次更换后都必需对平行光管进行调校。

包括两个方面的调校，1.纵向调校，其目的是使平行光管分化板的刻线面准确地调整到平行光管物镜的焦面位置上。

2.横向调校，其目的是调整十字分划板中心在平行光管主光轴上。

图 1 平行光管外貌1. 纵向调校。

调整分划板座的中心使其位于平行光管的主光轴上，且使分划板严格位于物镜的焦平面上。

实现该调校方法很多，这里只介绍最常见的两种方法：自准直法和五角棱镜法。

（1）自准直法将待调校的平行光管的分划板座上装上一十字分划板，并在该分划板后面配置一自准直目镜，这时由平行光管和自准直目镜一起构成自准直望远镜。

调校时，在平行光管物镜前放置一个平面度良好的平面反射镜，如图3所示。

人眼通过自准直目镜观察分划板和由平面镜反射回来的分划板的像，当人眼判断分划板和分划板的像在纵向（即平行光管的分划板图2十字分划板)(a 号鉴别率板2)(b 玻罗板)(e 号鉴别率板3)(c 星点板)(d 插头变压器 照明灯座 分划板调节螺钉 镜管底座 十字旋手 物镜组 .8.7.6.5.4.3.2.1光轴方向）一致时，则认为平行光管已调校好。

实验一自组望远镜(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S2、毫米尺F L=7mm3、二维调整架：SZ-074、物镜Lo：f o=225mm5、二维调整架：SZ-076、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-388、滑座：TH709、滑座：TH70Y10、滑座：TH70Y11、滑座：TH7012、白屏：SZ-13四、仪器实物图及原理图图四五、实验步骤1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把标尺放在毫米尺一侧。

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看到清晰的完整毫米尺上的刻线。

3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。

六、数据处理毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB七、实验结果：1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍2、观察到的现象：八、遇到的问题及心得体会：1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器；2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜；3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来；4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律：凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。

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。