光学实验报告(结报)

1、光學實驗報告結報）指導教授：實驗名稱：組員：物理四 物理三 物理三陳志隆實驗一 光學系統設計 與望遠鏡架設 蔡宜絹 C24861137 陳義宏 鍾森年（ 共同撰寫 ）組別：第一組實驗日期： . . 一、實驗目的：利用光學系統設計軟體 OSOL LT模擬系統光路徑，以幫助牛頓式望遠鏡 實際的架設與測試。、實驗內容：1. 測量各凹凸透鏡與鏡面的數據並計算其曲率半徑。2. 架設牛頓式望遠鏡。3. 利用 OSOL LT 光學系統軟體模擬系統光路徑，並修正望遠鏡鏡面 距，以達較佳效果。1.2.3.4.5.6.7.8.9.三、實驗器材： 凹面鏡 凸面鏡 雙凸透鏡 雙凹透鏡 He-Ne Laser 游標尺

2、光具座電腦有 OSOL LT 計算機（自備）10. 尺四、實驗原理1. 光槓桿原理： 當反射面旋轉角時，對於相同方向入射的光，原來反射光的夾角和 旋轉後反射光的夾角為 2。隨著透鏡位置的移動，在小範圍內曲面 可視為平面，隨入射的高度不一樣，入射的角度也隨著變化。圖 1.1 光槓桿原理圖說2. 凹凸透鏡之曲率量測 光路徑光路徑輔助線透鏡法線 由基本的幾何光學與三角函數的關係可以測得曲率半徑 (R) ，其中 D為透 鏡下移量令 S S Ds則 tan2x1tan 12所以 R siDn圖 1.2五、裝置圖：圖 1.4 望遠鏡擺設六、實驗步驟（ 一 ） 量測光學元件特性 :1.2.3.4.5.6.7

3、.8.9.將光學器材如圖 1.3 架設。將 LASER光打到物鏡的第一面鏡心上，並紀錄屏幕上的光點位置。 將透鏡下降距離 D，觀察並紀錄光點在屏幕上移動的距離。 量測系統中的各光學元件的相關位置。以相同方法測得其他透鏡及面鏡的曲率半徑。 用螺旋測微儀量測凹凸透鏡及雙凸透鏡的厚度。用球徑計測量凹面鏡的曲率半徑。 用游標尺測量各面鏡及透鏡的口徑。將所有所需數據代入公式即可得各面鏡及透鏡的曲率半徑。（ 二 ） 望遠鏡的設計 :1.先大致熟悉練習 OSLO的各項指令。 （請依助教建議操作 OSLO LT）2. 將我們的光學元件大略的依實驗裝置的圖 1.4 擺設。3. 將實驗數據代入 OSLO中得精確的

4、相對位置。4. 用 OSLO做整個系統的光特性分析。5. 把實驗裝置依 OSLO的數據重新架設。6. 於教室頂樓做實際觀測，以前站前的大樓為觀測目標。七、實驗注意事項 : 光通過系統鏡面的順序： 主鏡（鏡面 1） 平面鏡 （鏡面 2） 凹凸之凹面 （ 鏡面 3） 凹凸之凸面 （ 鏡面 4） 平凸之凸面 （ 鏡面 5） 平凸之平面 （ 鏡 面 6）八、實驗結果與討論： 甲、數據整理： 表 1-1鏡面曲率半徑透鏡厚 度孔徑半徑a (mm)y (mm)L (mm)( 徑 )R(mm)DS131.6121.128150.74222440.21約 6 mm 左右15.52*33.5017.882222.

5、300087.1232 5.5442.2431.252523.534536.33255451.4114.412531.629949.5721.5467.2811.462531.2968321.6821.54乙、討論乃至原理分析：1. 如何判斷凹面或是曲面？如下圖 1.6 ，當透鏡往下移動反射光也 往下移動，則此反射鏡面為凹面鏡，反之為凸透鏡。面鏡凹凸之判斷的圖說2. 在量測凸面曲率半徑時，可以在屏幕看到數個光點，一開始我們 取的是光線較集中的光點，代入計算後發現本來應該是凹凸透鏡 的焦距值竟變成散光的凹透鏡。後來我們又在幕上發現另一個光 斑，面積頗大，亮度不小，量測其中心位置的焦距後，得到較合

6、 理的焦距。由下面圖說可以得到證明，考慮一束有寬度的雷射光，其光束有 不可忽略的直徑，其打在一個曲面上（如下圖1.5 ），反射的光圖 1.5會擴束，所以得到面積較大的光斑。九、問題：1. 請利用 OSLO中的”report graphics ”功能，探討不同鏡面距離下， 望遠鏡各個基本效能的變化。ANS：report graphics 功能可以用來分析成像品質，我們拿球面像 差來舉 例， 由圖 1.7 中我 們得 知像 差大 小 （ 橫軸 ） 跟 光通過 aperture 的 高 度 （ 縱 軸 ） 成 正 比 ， 又 如 果 用 optimize 中 的 slider wheel desig

7、n 中然後在另一個視窗中選 long-SA 並且在item 中選 thickness 接著比較厚度與像差的關係，由圖 1.8 可知厚 度與球面像差成正比。圖 1.7圖 1.82. 請分析實驗誤差，並把這些誤差放入軟體模擬考慮中，並跟實驗比 較。ANS： （A）裝置圖：圖 1.9（B）由面 3面 4、面 5面 6 構成的透鏡個別焦距，將兩 透鏡放在平行光（如太陽光下）可估計其焦距均約 10 公分左 右，但由 OSLO IT 帶入曲率半徑及厚度值之後得焦距為 26.33 公分及 11.9 公分，造成誤差最可能的原因是一開始光 並不是垂直鏡心入射，造成誤差。（C）實際架設望遠鏡的相對位置圖：圖 10 H 表 hight（D）由於我們在屏幕上所找的光點位置是選擇“點“跟“斑 點“兩者中的“斑點