工程光学(1)实验讲义-SZU

工程光学实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院前言工程光学实验室是光学专业的专业基础实验室。

计划于2012年建成并投入使用，每次可容纳40人进行实验。

对应的实验课程由应用光学实验和物理光学实验两部分组成，是其相应两门理论课程的配套实验室，学生通过实验可获得较完整的光学知识、光学基本理论、基本技能，以进一步学习光信息技术、现代光电子技术的各门课程打下基础。

本实验室主要完成《工程光学》课程的实验环节。

目前，工程光学实验室初步建设完成2个应用光学实验，3个物理光学实验。

应用光学实验包括薄透镜焦距的测量、显微镜和望远镜的特性研究2个实验；物理光学实验包括等厚干涉、多光束等倾干涉（法布里-珀罗干涉仪）、偏振3个基本实验。

带*号的内容为选作实验环节。

2011-12光学实验守则1．请准时进入实验室，保持室内卫生，与实验无关的位物品不准带入实验室。

2．要认真预习实验内容，按老师的要求做好实验预习报告，无预习者不得做实验。

实验后按要求、按时完成实验报告。

3．实验时首先检查所用仪器设备是否齐全完好，了解仪器正确使用方法。

不了解仪器的结构和操作方法时不得动用仪器设备。

4．接通电源时，应注意电源电压，要正确选用仪器所需的相应变压器。

防止损坏仪器及触电的危险。

5．避免直视激光等强光源，眼睛尽量不要停留在与光源平高的位置，以免带来不必要的伤害；6．绝对禁止用手指和不洁物品触摸或擦拭光学零件表面。

7．不得随意动用与本次实验无关的仪器，损坏仪器者要按学校规定赔偿。

8．实验完毕，请整理好仪器设备及室内卫生，经老师检查后方能离开实验室。

实验预习要求1．实验内容：实验目的和老师提出的要求。

2．实验仪器：所使用的仪器和光学物镜。

3．实验原理：实验光路图及公式。

4．实验方法和步骤。

5．实验结果分析。

6．思考题回答。

7．对本实验提出改进意见。

实验报告内容（上交）班级：学号：姓名：1．实际实验光路和步骤简述。

2. 实验数据记录.3．实验结果分析以及结论。

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。

工程光学实验报告工程光学实验报告引言光学作为一门重要的工程学科，对于现代科技的发展起到了至关重要的作用。

工程光学实验是光学学习过程中不可或缺的一部分，通过实验我们可以更加深入地了解光学原理及其应用。

本文将以工程光学实验为主题，结合实验过程和结果，探讨光学原理的应用及其在工程领域中的重要性。

实验一：光的折射与反射在实验一中，我们通过使用光的折射与反射现象来研究光的传播规律。

首先，我们使用一束激光照射到一个玻璃板上，观察光线在玻璃板上的折射现象。

通过改变入射角度和玻璃板的折射率，我们可以得到不同的折射角度，并进一步分析光的折射定律。

接下来，我们将光线照射到一个平面镜上，观察光线的反射现象。

通过改变入射角度和镜面的倾斜角度，我们可以得到不同的反射角度，并进一步分析光的反射定律。

实验二：光的干涉与衍射在实验二中，我们研究了光的干涉与衍射现象。

首先，我们使用一束激光照射到一块干涉滤光片上，观察到干涉条纹的形成。

通过改变光源的波长和干涉滤光片的厚度，我们可以得到不同的干涉条纹，进一步分析光的干涉定律。

接下来，我们将光线通过一个狭缝，观察到光的衍射现象。

通过改变狭缝的宽度和光源的波长，我们可以得到不同的衍射图样，并进一步分析光的衍射定律。

实验三：光的偏振与吸收在实验三中，我们研究了光的偏振与吸收现象。

首先，我们使用一束偏振光照射到一块偏振片上，观察到光线的偏振现象。

通过旋转偏振片的方向和改变光源的偏振状态，我们可以得到不同的偏振效果，并进一步分析光的偏振定律。

接下来，我们将光线照射到一个吸光物质上，观察到光的吸收现象。

通过改变吸光物质的浓度和光源的强度，我们可以得到不同的吸光效果，并进一步分析光的吸收定律。

实验四：光的散射与散焦在实验四中，我们研究了光的散射与散焦现象。

首先，我们使用一束激光照射到一个散射介质中，观察到光线的散射现象。

通过改变散射介质的浓度和光源的强度，我们可以得到不同的散射效果，并进一步分析光的散射定律。

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, 掌握一些常见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常见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。

光学实验中常见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, 必须经过镇流器接入220V点源, 它是使电流经过气体而发光的光源。

实验中最常见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), 是指经过辐射的受激辐射而实现光放大, 即受激辐射的光放大。

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。

工程光学基础教程第一章工程光学是一门研究光学现象和光学器件在工程领域中应用的学科。

它涵盖了光学基础知识、光学器件和系统设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面的内容。

本文将以工程光学基础教程的第一章为主题，讨论工程光学的基本概念和原理。

第一章介绍了光的物理性质和光的波动理论。

光是一种电磁波，具有波动性和粒子性的特点。

光波动的基本特性包括波长、频率、振幅和相位。

光的波动可以通过实验来验证，例如干涉、衍射和折射等实验。

干涉是指两束光波相遇时发生的干涉现象。

干涉可以分为同相干和非相干干涉两种情况。

同相干干涉是指两束光波的相位差为整数倍的情况下发生的干涉。

非相干干涉是指两束光波的相位差不是整数倍的情况下发生的干涉。

衍射是指光通过一个小孔或经过不规则边缘时发生的衍射现象。

衍射可以用赫兹普龙原理来描述，即波的传播过程中每个波前都可以看作是一系列波源发出的球面波。

折射是指光从一种介质传播到另一种介质时发生的折射现象。

光的折射是由介质的折射率引起的，折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值。

光的粒子性可以通过光的能量传播和光的吸收来解释。

光的能量在空间中传播时遵循能量守恒定律和动量守恒定律。

光的吸收是指光被物质吸收并转换为其他形式的能量，例如热能。

本章还介绍了光的能量和功率的计算方法。

光的能量可以通过光的强度和面积来计算，光的功率可以通过光的能量和时间来计算。

光的强度可以用辐射亮度和辐射通量来描述。

此外，本章还介绍了坐标系和光的传播方向。

坐标系是研究物体位置和光传播方向的基本工具。

光的传播方向可以用传播矢量和波矢量来描述，传播矢量指示光的传播方向，波矢量指示光的传播速度和方向。

综上所述，工程光学基础教程的第一章主要介绍了光的物理性质和光的波动理论。

通过学习这些基本概念和原理，我们可以更好地理解和应用工程光学知识。

工程光学是一门应用广泛的学科，对于光学器件和系统的设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面都有很大的意义和价值。

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。