下载文档原格式
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。
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。
实验三 望远系统参数的测定一． 实验目的1. 深入了解望远镜的各种光学特性。
2. 掌握望远系统出射瞳孔的形状和位置、视场角、放大倍数、目镜视度和系统视差等基本参数的测量方法。
二． 实验原理望远镜的光学特性参数有：出瞳直径和出瞳距离、放大率和视场、视度和视差等。
现将测量望远镜参数的实验原理简述如下：1． 望远镜的出瞳直径和出瞳距离在几何光学中，把限制轴上点光束孔径的光阑称为孔径光阑；把限制光学仪器所能观察到的视场大小的光阑成为视场光阑。
把孔径光阑经过它的前方所有的光学系统部分所成的像称为入瞳，把孔径光阑经过它的后方所有的光学系统部分所成的像称为出瞳。
图7.1是最简单的开普勒望远镜成像示意图。
从图中可以看出，限制进入光学系统的轴上点光束孔径是物镜框，因此物镜框是孔径光阑。
限制望远镜所能观察到的视场大小的是分划板框，所以分划板是视场光阑。
由于孔径光阑的前方已没有其它光学系统，因此这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。
孔径光阑经过它后方所有光学系统（图中的分划板和目镜）所成的像就是出瞳。
出瞳到目镜最后一个表面上的距离就是出瞳距，用z l '来表示。
1-物镜 2-物镜框（孔径光阑、入瞳） 3-分划板 4-分划板框（视场光阑）5-目镜 6-目镜框 7-出瞳2． 望远镜的放大率通常望远镜的放大率是指视放大率，用Γ来表示。
所谓视放大率是指当人眼分别通过望远镜观察和直接观测同一物体时，在人眼视网膜上成像大小之比，即ωωtg tg y y ''==Γ- 式中 -y —直接观察物体时在视网膜上形成的像高；'y —通过望远镜观察物体时，其像在视网膜上形成的像高；'ω—通过望远镜观察时，物体的像对人眼的视角；ω—直接观察时，物体对人眼的视角；由几何光学得知望远系统放大率与入瞳直径D 、出瞳直径'D 有如下关系：''D D tg tg ==Γωω 3． 望远镜的视场望远镜的视场是指人眼通过该仪器所能见到的物空间的最大范围。
深 圳 大 学 实 验 报 告课程名称： 工程光学（一）实验名称： 望远镜系统的搭建和参数的测量学 院：指导教师：报告人： 组号：学号: 实验地点:实验时间： 年 月 日提交时间：图4-2 开普勒望远镜的光束限制图开普勒望远镜的视场角可以从上图中求出：==视（4-1）是视场光阑直径，是物镜焦距。
其中，D视开普勒望远镜的视场2一般不超过。
人眼通过开普勒望远镜观察时，必须使眼瞳位于系统的出瞳处，才能观察到望远镜的全视场。
3.4 望远镜的放大率当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，如图所示：图4-3 望远系统的视觉放大率图设表示眼睛直观物体时的张角；表示眼睛通过望远镜观察物体时的张角。
两种情况下，眼睛视网膜上所成像的大小分别是：（4-2）式中，为眼睛的像方节点到视网膜的距离，若不考虑眼睛的调节功能，它为一常数；是通过望远镜观察到的像高；是直观到的像高，两者之比即为望远镜的视觉放大率：=（4-3）由于望远镜的镜筒长度与物镜之比是可以忽略的，故可用物体对望远镜的张角 取代物体直接对眼睛的张角 ，则有：== -（4-4）此时望远镜的放大率为：= -( 4-5 )由此可见，望远镜的放大率Γ等于物镜和目镜焦距之比，望远镜的视觉放大率与物体的位置无关，仅取决于望远系统的结构。
若要提高望远镜的放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。
因为望远系统所成的是虚像，无法直接测量其放大倍率，需要加成像透镜转化为实像后再进行测量。
本实验系统的望远系统的视觉放大倍率测试光路图如图5-4。
图4-4 望远系统视觉放大倍率测量光路视觉放大率的计算推导如下：图4-5 望远系统视觉放大倍率推导过程则有：tan =平行光管tan=望远物镜(4-6)平行光管射出的是平行光，且通过透镜光心的光线不改变方向，因此11ϕϕϕϕ'=='= (4-7)图4-6 望远系统实验装配图2)望远系统入瞳和孔径光阑的确定将望远系统中所有光学元件的通光孔径分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间，直径最小的像就是系统的入瞳，与入瞳相共轭的元件即为孔径光阑。
zemax望远系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解zemax望远系统的基本原理，掌握光学设计的基本概念和术语。
2. 学生能掌握zemax软件的基本操作，包括建立望远系统模型、设置光学参数和执行光线追迹。
3. 学生能解释望远系统的像差类型，并了解其产生原因及对成像质量的影响。
技能目标：1. 学生能运用zemax软件设计简单的望远系统，包括透镜组和反射镜组合。
2. 学生能运用zemax进行光学系统的优化，改善成像质量，降低像差。
3. 学生能运用数据分析方法，对望远系统的性能进行评估和比较。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对光学工程的兴趣，激发探究光学领域的热情。
2. 学生培养团队协作精神，学会与他人共同分析和解决实际问题。
3. 学生培养创新意识，敢于尝试新方法，勇于面对挑战。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，以zemax软件为工具，结合光学原理，培养学生的光学设计能力和实际操作技能。
学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的光学理论基础，对光学设计和软件应用有较高的兴趣。
教学要求：教师应引导学生主动参与课堂讨论，鼓励学生动手实践，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
同时，关注学生的情感态度，激发学生的学习热情，培养其团队协作和创新能力。
通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 望远系统原理回顾：包括几何光学基本原理、透镜和反射镜成像特性、像差理论等，对应教材第一章内容。
2. Zemax软件基本操作：介绍Zemax软件界面、基本功能、建立光学模型流程，对应教材第二章内容。
3. 望远系统设计基础：学习透镜和反射镜组合设计方法，包括初级光学系统设计、光线追迹和像差分析，对应教材第三章内容。
4. 望远系统优化：教授光学系统优化方法，包括调整光学参数、降低像差、提高成像质量，对应教材第四章内容。
5. 实践案例分析：分析实际望远系统设计案例，结合教材第五章内容，使学生了解实际工程中的应用。
光学和光子学望远镜系统试验方法第 1 部分：基本特性1 范围本文件描述了望远镜系统角放大倍率、入瞳直径、出瞳直径和眼睛间隙（出瞳距离）、物方角视场、像方角视场、适合眼镜佩戴者的物方角视场、目镜出射光线准直度、像偏转和最小观测距离的试验方法。
本文件适用于单筒望远镜、双筒望远镜、瞄准望远镜和观测镜的制造。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T XXXXX光学和光子学望远镜系统通用术语和双筒望远镜、单筒望远镜、观测镜及瞄准望远镜术语（GB/T XXXXX—2024，ISO 14132-1：2015、ISO 14132-2：2015、ISO 14132-3：2021，MOD）3 术语和定义GB/T XXXXX中界定的术语和定义适用于本文件。
4 角放大倍率的试验方法4.1 总则根据GB/T XXXXX的规定，望远镜系统的角放大倍率Γ按公式（1）计算：Γ=tan w′tan w ≈w′w (1)式中：w、w′——分别是共轭光束的主光线在物方和像方与光轴形成的夹角。
角放大倍率的试验方法是对放置在试样物方的物体大小和该物体在像方形成的图像大小所对应的视场角的测量。
4.2 试验装置测量角放大倍率的试验装置如图1所示。
试验装置由一台带玻罗板的平行光管和一台具有刻度分划板或测微目镜的测量望远镜组成。
也可以采用能确保所需测量精度的任何其他角度试验装置。
对于物点需要设置在有限远处的试样，试验时，应调整玻罗板的轴向位置，以便在试样的指定位置形成玻罗板的像。
平行光管应配备一块透过率峰值应在波长约0.55µm处的绿色滤光片，以避免成像出现任何色差。
测量伽利略望远镜也应采用同样的试验装置。
标引序号说明：1——光源；4——漫射板；7——试样；2——聚光镜；5——玻罗板；8——测量望远镜3——滤光片；6——准直物镜；9——刻度分划板。
空间光通信综合参数测试用双通道望远系统孙权社;赵发财;韩忠【摘要】提出一种用于空间激光通信综合参数测试的双通道望远系统,长焦通道满足端机远场分布等参数的测量,无焦望远通道可用于跟瞄性能测量.分析了空间激光通信端机远场分布及跟瞄性能测试的原理,设计了一套双通道望远系统装置,该装置光学系统可分别构成离轴卡塞格林系统或离轴三镜无焦望远系统,工作谱段为800～1700 nm,通光孔径为300 mm.完成了系统的研制和装调,并进行了性能检测,结果表明,长焦通道波像差为0.097λ(λ=632.8 nm),无焦通道波像差为0.048λ,均满足设计指标要求.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】5页(P571-575)【关键词】计量学;双通道望远系统;空间激光通信;跟瞄精度;综合参数测试【作者】孙权社;赵发财;韩忠【作者单位】中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛266555;中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛266555;中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TB96空间光通信是以激光作为信息载体在空间进行高速数据传输的通信方式,是光通信技术在空间应用领域的拓展,也是现代大容量空间通信领域的重要研究方向。
与微波通信系统相比,空间光通信系统具有容量大、速率高、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、保密性和安全性好等优点。
国外已实现多次卫星空间光通信试验[1～4]。
2011年11月,我国进行了卫星与地面直接探测高速星地激光通信试验[5]。
由于卫星激光通信终端的技术指标和运行性能不可能在空间进行校准和验证,因此研究通信终端系统的地面验证与计量技术平台,对空间光通信终端整机的主要技术指标进行全面的校准和评估,是空间光通信系统正常工作的重要保障。
本文设计研制了一套双通道望远系统,其中的长焦通道可以用于空间光通信端机远场分布、静态指向以及超前瞄准、输出功率等参数的测量,无焦望远通道实现光束口径压缩后可用于光通信端机的捕获、跟瞄特性的测试与验证。
光学设计实验（一）望远镜系统设计实验1 实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现 2 设计要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（总分：30分）（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（总分：30分）（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
（总分：30分）（4）回答和分析设计中的相关问题（总分：10分）所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
问题1：望远光学系统和开普勒望远镜的特点问题2：目镜的光学特性和像差特点问题3：常用的目镜有哪些？常用的折射式望远物镜有哪些？ 问题4：望远镜系统所需要校正的主要像差有那些？提示：目镜采用反向光路设计，目镜包括视场光阑，注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法：在像面前插入一个paraxial 类型的面，若该面焦距（即与像面之间的距离）为1000mm ，则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5COS 343831000COS 3438322'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程所谓光学系统设计就是根据使用要求，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4个阶段：外形尺寸计算、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
第4章望远系统视度、视差检验§4-1望远系统视度检验1、视度的概念1、人眼的视度正常眼远视眼近视眼以上均以放松状态下的视度，称为远点视度。
2、人眼的调节视度与年龄有关，见表101520253035404550 -14-12-10-7.8-7.0-5.5-4.5-3.5-2.5 SD明=SD远+SD调 SD近=SD远+SD调正常眼，年龄40SD明=0+（-4.5）=-4.5近视眼，年龄40（200度）SD明=-2+（-4.5）=-6.53、视度的单位（虚光度）SD=1/L米（L以米为单位）SD=1000/L(mm)（L以毫米为单位）200度近视镜SD=1/0.5=24、人眼不用调节可看清朝米以外物体为0.2屈光度2、目视仪器的视度目镜出射光束的会聚和使散程度1、望远系统的视度1）有分划板2）无分划板2、望远镜移动量与视度bl=-f'目2b=-= -f'目2SD（f'目以m为单位）b=-SD （f'以mm为单位）3、公称尺过与公公差1）可调视度公称尺寸：±0.5（届光度）公差：零视度±0.5其它视度：D'≥3mm ±0.5D <3mm ±12)固定视度公称尺寸 -0.5—-1公差±0.53、视度检验1、 普通视度筒（±1.5—±2.5）1）原理xx'=-f'2-x-f+x'=-l+cx=l+f'-c+x'x'=-=普通视度角技术数据视放大倍率视场物镜焦距视度刻度值范围格值4x12°7’80.08±2.50.256x8°30’124.64±2.50.25 2）方法（1）调节视度简日镜，使分划板最清楚（2）被测系统视度规零（3）将被测系统放在平行光管前，光轴基本重合，将视度筒物镜和被测系统出基本重合（4）移动视度筒物体，使被测系统及平行光管划板象重合（5）看视度筒视度刻度是否为零（6）其它视度同样3）误差分析（1）清晰度法(2)清视差法D1T1.5234564X0.420.250.130.080.060.04 6X0.110.090.050.03 2、大量程视度角±6.5——±7.5由于视度角的物镜是按望远镜设计的，在于行光入射的条件下使用，如偏离较大，象质明显变坏，故普通视度筒测量范围为±1.5—±2.5。
灯珠测试操作指导书一、工具电脑、PMS-80、小积分球、WY电源二、操作步骤1、准备工作：连接电源，选择相应的夹具与WY电源后面的OUTPUT端口连接（3528夹具、大功率夹具、5050内测无夹具）2、打开电源POWER开关，打开电脑桌面PmsLab80小球软件，点击软件左上角文件菜单或文件快捷按钮，打开新建菜单（Ctrl+N），选择PMS光谱分析测试，点击确定。
3、点击软件左上方设置菜单，打开系统设置菜单(F2)，在主机设置一栏的功率计算类型一行的下拉按钮中选择WY(9BITS)，点击确认。
4、点击软件最上方工具菜单，打开WY系列直流电源程控软件(F12)，跳出WY系列菜单，在稳压选项设定4.2V电压，选择稳流按钮，测试5050灯珠，稳流设置为0.06A，3528灯珠稳流设置为0.02A，大功率1W稳流设置为0.350A，3W稳流设置为0.700A，先点击复位按钮，看WY电源显示是否为0，5、把灯珠按夹具标示的方向放入夹具中，按设定按钮，看灯珠是否能点亮，灯珠点亮后把夹具插入小积分球中，点击软件左上方测试菜单打开光电源测试或左上角的光快捷按钮（F3），跳出电参数，选择灯具电参数，按确定后跳出光电源测试菜单，测试第一颗灯珠需选择自动选择灵敏度项，点击开始测试按钮，待信息栏显示测试完成后，点击WY 系列菜单中的复位按钮，把灯珠取出，在右下方栏中双击产品型号栏下面的数据，跳出产品信息菜单，在产品型号一项中输入所测产品信息，点击确定。
6、放入另一颗同型号的待测灯珠，重复5的步骤测试，直到测试完毕。
7、保存数据，点击软件左上方的文件菜单，打开另存为菜单，把数据保存在规定的文件夹内，在文件名一栏填写相应的文件名，点击保存。
8、测试完灯珠后填写相应的报表，关闭WY电源，关闭软件。
低压灯条测试操作指导书一、工具电脑、PMS-80、大积分球、WY电源二、操作步骤1、准备工作：连接电源，把小积分球后面答案两头光纤接到大积分球上，把WY电源与大积分球连接，选择WY电源前面的OUTPUT接口S+，S-分别与积分球的S+，S-相连接。
4.4打开电脑和打印机，双击电脑上“GO SOFT V2.0276＂测试软件图标进入远方配光性能测试
4.5按电脑键盘上“F3＂按钮，系统进入自动测试。
4.6在测试栏画面上出现测试信息对话框。
4.8点击“开始”按钮，再点击“确认”进行光分布测试。
约10分钟左右。
4.9在观察窗口观察转台360°转动，约10分钟左右设备自动完成测试后，显示测试完成画面。
4.11点击“文件”---“打印”---选打印机为“Adobe PDF”---“确定”将测试数据转换成PDF
4.12预览文件确认OK后，点击“打印”将测试数据报告打印出来（备注：一般状态下，一份测试报告有
页，如连续2次测试有22-24页，请注意删除重复测试的部分，以免浪费打印纸张。
4.13测试完毕后退出系统，点击“文件”菜单---点击“退出”
位，约3-5分钟后转台完成自动复位后会自动关闭系统。
