应用光学实验指导书

应用光学实验指导书应用光学实验指导书/应用光学实验指导书应用光学实验指导书刘冬梅、王文生等主编长春理工大学光电工程学院2005年目 录[实验一]透镜焦距的丈量[实验二]望远系统特征参数的丈量[实验三]显微系统特征参数的丈量[实验四]几何象差的现象及规律[实验五]立体判释仪[实验六]自组显微镜[实验七]自组望远镜[实验八]考证透镜成像及光芒流传规律的实验[实验九]色度学实验[实验十]激光光学系统（演示型实验）[实验十一]傅立叶光学系统（演示型实验）[实验一] 透镜焦距的丈量一、实验目的1、掌握放大倍率法丈量焦距的原理、和步骤；2、熟习焦距仪的基本构造并掌握焦距的丈量技术。二、实验内容丈量正透镜的焦距，并给出正确的丈量结果三、实验仪器型焦距仪（或光具座）及相应附件，待测的正透镜四、放大倍率法测焦距的原理放大倍率法丈量正透镜焦距的原理如图 1－1所示。将待测物镜置于平行光管物镜以前，并在平行光管物镜焦面处搁置彼罗板。彼罗板上刻有若干已知间距的刻线对（依据不一样的彼罗板其刻线对数也稍有不一样，线对从中心往外数挨次为2mm,4mm,8mm）。任取一刻线对作为物，设此间距为y，则经待测透镜成像后在待测透镜焦面上成象为y，如丈量显微镜丈量则测得y的象y为：yy（式中为显微物镜的放大率），则待测物镜的焦距可由下式求得：fy（1－1）fcy式中fc为平行光管物镜焦距。五、丈量方法1、第一将已知刻线对的彼罗板搁置于平行光管的物镜焦平面上，并用丈量显微镜对该彼罗板的线对进行调焦， 直至视场中出现清楚的像，选择彼罗板的此中一对刻线作为物 y，测量出物的像的大小 y，则获取丈量显微镜的物镜放大率：y/y。2、将待测物镜搁置于透镜夹持器中，并调整透镜、平行光管及丈量显微镜三者光轴共轴。图1－13、微调显微镜，使刻线象清楚忽视差的成在测微目镜的分划板上，再次丈量象的大小y。4、将y代入到公式（1－1）中，即可求出待测透镜的焦距。此种丈量透镜焦距的方法丈量偏差较小，精度较高，当待测透镜象质较好且丈量显微镜的实质利用的数值孔径不太小时，可达 f/f 0.3%。六、丈量薄透镜焦距的一般方法介绍1、远物法测焦距：位于无穷远处物体发出的光经待测透镜进行成像， 其像由接收屏接收，则待测透镜到接收屏之间的距离即为透镜焦距。此种丈量方法原理十分简单，丈量也极为方便，但偏差较大。且实验过程中也能够用物距 l 20f来模拟无穷远的物体。此种丈量方法的相对丈量偏差为： f/f 5%。2、经过分别丈量物距及像距来求取透镜焦距：该方法可在简略光具座上实现。第一采纳远物法粗测被测透镜的焦距大小，而后在光具座上挨次搁置物平面（物为一个带有透明箭头的黑屏）及接收屏，且使两者间距大概为4倍的焦距。将待测透镜嵌入透镜夹持器上，并将夹持器置于两屏之间，则当以光源照明物体时，物体将经透镜进行成像，沿导轨前后挪动透镜，直至在接收屏上能够看到清楚的像，读取物平面到透镜的距离（导轨上有刻划线）即为物距l，则像距为lLl，故焦距可按下式计算：111（1－2）l l f当采纳此种方法进行丈量时，其焦距相对丈量偏差约为1% f /f 5%。3、两次成像法丈量焦距用微分求极值法或依据光芒的可逆性能够证明：当物、像间距L略大于4f时，前后挪动透镜的地点必定能够获取两个地点，在此两个地点处都能够在接收屏上接收到实像（如图1－2所示），若透镜的两次成像的地点间距为d，则待测透镜的焦距为：fL2d2（－）4L13该法的相对丈量偏差约为 1%~2%。图1－2值得注意的是以上几种方法仅合用于正透镜的丈量，假如待测透镜为负透镜，则需要借助正透镜与负透镜构成一透镜组来加以丈量。七、思虑：1、如何保证平行光管、待测物镜与丈量显微镜三者共轴？3、当精细测焦距时，对平行光管及丈量显微镜有哪些要求？[实验二] 望远系统特征参数的丈量一、实验目的经过对望远系统特征参数的实质丈量，进一步掌握望远系统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。二、实验内容实质丈量望远系统的出瞳及出瞳距的大小。三、实验仪器平行光管、待测望远系统（经纬仪或水平仪） 、倍率计等。四、丈量原理关于望远系统来而言，物镜框就是孔径光阑，也为入瞳；物镜框经后边的目镜所成的像即为望远系统的出瞳 D，出瞳到望远系统目镜最后一面的极点的距离就是出瞳距离P，如图2－1所示。图2－1利用倍率计能够简单而比较精准的丈量出出瞳直径及出瞳距。倍率计的构造原理如图2－2所示，其光学系统是一个低倍的显微镜，物镜的放大率是1倍，目镜是倍，分划板上刻实用来丈量出瞳像直径的标尺，其刻划范围为10mm。别的，显微镜能够在外筒内前后挪动，在显微镜筒上有一根长度标尺，刻划范围为0~80mm，格值为1mm（在外筒上有一窗口可见到此标尺）。当显微镜在外筒内挪动时，标尺可指示出它的地点，以方便的丈量出出瞳距。图2－2五、丈量步骤（一）望远系统出瞳直径的丈量1、丈量前将被测望远系统的目镜视度调整到零，使仪器处于正常工作状态。2、将平行光管、被测望远系统、倍率计如图2－3挨次搁置，并调整三者共轴等高。图2－33、经过倍率计察看望远系统物镜框所成之像，并对出瞳亮斑调焦，进而使被测系统的出瞳在倍率计分划板中心部位上成清楚的像，此时从倍率计分划板上的刻线值即可正确地读出被测系统的出瞳直径的大小 D。（二）望远系统出瞳距离的丈量1、当倍率计调焦在出瞳面上时，从倍率计外筒窗口上也能够读得一个读数，此读数即为沿轴方向的出瞳面的地点 a1。2、而后，沿倍率计外筒拉动显微镜，将它调焦在被测系统目镜的最后一个表面极点上，此时再次记下外筒窗口上的读数a2。两次读数之差就是被测系统的出瞳距p。六、思虑1、如何丈量望远镜的入瞳及入瞳距？2、为何大部分望远系统的孔径光阑都是位于物镜上？[实验三] 显微系统特征参数的丈量一、实验目的经过对显微系统特征参数的实质丈量，进一步掌握显微系统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。二、实验内容实质丈量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大小。三、实验仪器待测显微镜、测微目镜、标准刻尺、半反半透镜、照明光源、标准柱等。四、丈量原理(一)显微镜线视场的检测显微镜的原理表示以下列图 3－1所示：图3－1从图中可见，显微镜由物镜及目镜构成，被观察的物体经显微镜的物镜放大后其像再经目镜放大以供人眼察看，其成像过程是一个二次成像过程。关于显微镜而言，分划板是其视场光阑，显微镜的线视场主要取决于视场光阑的大小，且显微镜的视觉放大率越大，它的物空间的线视场越小。若在显微镜承物台上搁置一标准玻璃刻尺，并以光源照明，令显微镜对标准玻璃刻尺进行调焦，令人眼经过显微镜看清其像，则显微镜中所能看到的最大刻线范围即为显微镜的线视场。(二)显微镜放大率的丈量其丈量原理如图3－2所示：图3－2使待检显微镜对承物台上的标准玻璃刻尺 1调焦，在垂直光轴方向于明视距离处安置另一刻尺 2，并用光源同时照明两个刻尺。此时人眼可同时看清两刻尺的像，并将两者消视差，在视场中读取刻尺 1的像与刻尺2齐合的读数M及N，则采用下式即可求得显微镜的视觉放大率：NM

2（3－1）1式中1,2分别为刻尺1及刻尺2的格值。除了此种丈量方法外，还能够采纳前置镜法直接丈量或分别丈量构成此显微镜的物镜的垂轴放大率及目镜的视觉放大率。在此就不一一介绍了。（三）显微镜物镜数值孔径 NA的丈量显微镜的数值孔径是显微镜一个特别重要的参数，其大小直接决定了显微系统的分辨能力及象面照度。数值孔径的表示形式以下所示：NAnsinu（3－2）式中n为显微物镜物方介质折射率；u为显微物镜物方半孔径角。当显微镜的数值孔值不大时可采纳下边的方法进行丈量，其丈量原理如图3－3所示：将已知高度为d的标准柱放在刻尺上，使待测显微镜以标准柱的上端面中心进行调焦，取下标准柱及显微镜目镜，用眼直接读取视场所见的刻尺分划的格数m，则有：tgum（3－3）2d依据式（3－3）即可求出物方孔径角的大小，再利用式（3－2）即可求出被丈量显微镜的数值孔径。图3－3在显微镜的批量生产检测时，可依照此检测原理做成专用的数值孔径仪检测NA，以提升检测效率。五、丈量步骤（一）显微系统线视场的丈量1、将标准刻尺搁置在被丈量显微镜的承物台上，固定好地点，并用光源照明刻尺。2、旋转显微镜的转动圆盘选择一个放大率比较小的物镜（假如物镜的放大倍率选择过大则看不到刻尺的像） ，同时通过拔插的方式选择一个合适的目镜， 转动旋钮令显微镜对刻尺进行调焦，直至看到刻尺的清楚的像，若经过调整只好看见刻尺的模糊的像，则还需旋转目镜进行相应的视度调理。3、此时读出经过显微镜目镜所能看到的最大的刻尺范围2y，此数值即为待测显微镜的线视场的大小。因为在此成像过程中所用的物为已知刻值的刻尺， 所以经过直接读取格值的方式便可以丈量出线视场的大小，十分方便快捷。（二）显微系统放大倍率的丈量1、将标准刻尺 1搁置在被丈量显微镜的承物台上，固定好地点，并用光源照明刻尺。2、在选择了合适的物镜及目镜的基础上，对标准刻尺 1进行调焦，直至看清标准刻尺 1的像。3、在垂直于显微镜的光轴方向上再搁置一个刻尺2（现在尺的格值能够与刻尺1同样也可不一样，依据详细状况而定），并使现在尺位于明视距离处。同时将一个半反半透镜搁置于待测目镜之上。此时让照明光源同时照明两个刻尺，当人眼经过半反半透镜进行察看时便可以同时看到两个刻尺的像：此中刻尺1经过显微镜成像、放大后经半反半透镜的透射进入人眼，而刻尺2则仅经过半反半透镜的反射后进入人眼，在此过程中没有经过放大。4、将两像进行调整并消视差，此时分别读取所见视场中刻尺1的格值数N及同一视场中刻尺 2的格值数M，并利用式（3－1）即可求出被测显微镜的放大倍率。（三）显微镜数值孔径的丈量1、第一将标准刻尺搁置在被丈量显微镜的承物台上，固定好地点，而后将已知高度的标准小圆柱搁置于标准刻尺上，并用光源照明。2、而后调整显微镜令显微镜对此小圆柱的上端面进行调焦，直至在目镜中看到小圆柱上端面的清楚的像。3、先取下目镜，再移走小圆柱，直接经过人眼来察看标准刻尺经显微物镜所成之像， 上下移感人眼的地点，直至能够看见刻尺的清楚的像。数出所见视场中的刻尺的格值 m，并代入公式（3－3）、（3－2）中，即可求出该被测显微镜的数值孔径。六、思虑1、如用小孔光阑取代标准圆柱，就如何检测显微镜的数值孔径？2、关于显微镜而言，其物方线视场的大小与哪些要素有关？4、关于低倍显微镜，其最大视场由哪一种光阑限制？该光阑一般放在哪里？[实验四] 几何象差的现象及规律一、实验目的掌握各样几何象差产生的条件及其基本规律，察看各样象差现象。实质丈量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大小。二、实验仪器焦距仪、待观察望远镜、被观察物镜、简略光具座及相应附件等。三、丈量原理(三)显微镜线视场的检测四、实验原理光学系统所成实质象与理想像的差异称为像差， 只有在近轴区且以单色光所成像之像才是完美的（此时视场趋近于 0，孔径趋近于 0）。但实质的光学系统均需对有必定大小的物体以必定的宽光束进行成像，故此时的像已不具备理想成像的条件及特征，即像其实不完美。可见，象差是由球面自己的特征所决定的，即便透镜的折射率特别平均，球面加工的特别完满，像差仍会存在。几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、地点色差及倍率色差。前五种为单色像差，后二种为色差。1、球差图4－1球差是轴上点像差，它跟着孔径的变化而变化。如图 4－1所示，假如系统中存在球差则将影响成像的清楚程度， 使像模糊。2、彗差彗差是轴外像差之一，它表现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失对称状况，彗差既与孔径有关又与视场相关。若系统存在较大彗差，则将致使轴外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清楚程度。如图 4－2所示：图4－23、像散图4－3像散用偏离光轴较大的物点发出的周边主光芒的细光束经光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示：xts xtxs式中，xt,xs分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线至理想像面的距离，如图4－3所示：当系统存在像散时，不一样的像面地点会获取不一样形状的物点像。若光学系统对直线成像，因为像散的存在其成像质量与直线的方向有关。比如，若直线在子午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清楚的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是弥散的而子午像是清楚的；若直线既不在子午面内也不在弧矢面内，则其子午像和弧矢像均不清楚，故而影响轴外像点的成像清楚度。不单细光束有像散，宽光束同样有像散。4、场曲使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图4－4所示：图4－4子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲；弧矢细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的弧矢场曲。并且即便像散消逝了（即子午像面与弧矢像面相重合），则场曲仍旧存在（像面是曲折的）。场曲是视场的函数，跟着视场的变化而变化。当系统存在较大场曲时，就不可以使一个较大平面同时成清楚像， 若对边沿调焦清楚了，则中心就模糊，反之亦然。5、畸变畸变描绘的是主光芒像差，不一样视场的主光芒经过光学系统后与高斯像面的交点高度其实不等于理想像高， 其差异就是系统的畸变，如图 4－5所示：图4－5畸变仅是视场的函数，不一样的视场的实质垂轴放大倍率不一样，畸变也不一样。因为畸变是垂轴像差，它只改变轴外物点在理想像面上的成像地点，使像的形状产生失真但不影响像的清楚度。6、地点色差轴上点两种色光成像地点的差异称为地点色差。如图4－6所示：图4－6地点色差是轴上点像差，在近轴区就已产生，对目视仪器而言常对C光及F光较正地点色差。因为同一孔径的光芒经光学系统后与光轴有不一样的交点，不一样孔径不一样色光的光芒也与光轴的交点不同样，故而在任何像面地点物点的像都是一个彩色的散斑。7、倍率色差所谓倍率色差是指轴外物点发出的两种色光的主光芒在消单色像差的高斯象面交点高度之差。当系统存在较大的倍率色差时，物领会表现彩色的边沿，影响成像清楚度。五、实验装置及步骤本次实验所采纳的装置为焦距仪（光具座）及附件等。原理如图4－7所示：图4－7其实验步骤以下：1、第一将已知刻线对的彼罗板搁置于平行光管的物镜焦平面上，将待观察物镜搁置于透镜夹持器中，并调整透镜、平行光管及丈量显微镜三者光轴共轴、等高。2、调整观察显微镜直至在视场中看到清楚的彼罗板的像。3、取下彼罗板，放上星点板，此时在视场中能够见到星点的像。4、因为衍射及待测物镜的像差的影响，星点的像不是一个点像而是一个拥有必定大小的弥散斑，该弥散斑的大小、形状直接表现了像差的种类及大小。经过察看星点的像便可以充足认识不一样种类的像差对系统产生的不良影响及其特征。将星点的像调整到视场中心，直到经过沿轴前后挪动显微镜能够看到星点的衍射环齐心的扩充并达到尽可能圆，这表示星点像已位于待观察透镜的光轴之上。5、沿轴前后挪动显微镜观察星点像的变化及其规律，以察看球差及地点色差；微摇动物镜夹持器以察看轴外像差如彗差、象散的星点图及特征。6、察看已准备好的望远镜，以认识畸变、场曲及倍率色差的特征及规律。六、思虑1、正、负透镜及双胶合透镜产生的球差各有什么特色？2、透镜应如何调才能察看到彗差现象？3、在该实验装置中，哪个面是子午面，哪个面是弧矢面？4、什么是畸变，常有的畸变有哪两种形式？绘图说明。5、常有的用以除去场曲的方法有哪些？6、什么是消色差系统？[实验五] 立体判释仪一、实验目的掌握产生立体视觉的原理并利用立方体判释仪感觉立体视觉。二、实验仪器光源、立体判释仪及其有关的待观察的图片等。三、实验原理体视效应是双眼所独有的特征，单眼没有立体视觉。正常状况下人们老是用双眼察看一个物体，双眼视觉能提升视力锐度，同时也将产生空间深度感觉。两眼瞳间的距离称为眼基线，一般为62~65mm，正是因为基线的存在，离察看者不一样远近的物体在两眼网膜上成像的相对地点不一样（视差角不一样），进而产生体视效应。双眼刚能分辨体视差角的渺小差值为体视锐度 min ，一般状况下min 10，但其实不是人对任何远近的物体都会产生立体的感觉，人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径：Lmax b/ min 1200m超出体视半径人将不可以产生远近的感觉。双眼能分辨两点间的最短深度距离为立体视觉阈， 它可表示为：L L2/b从式中可见，若想减少立体视觉阈只有两条门路：一为增大基线，一为减少体视锐度。立体判释仪就是经过增大基线来加强立体视觉的敏捷度的。假如眼睛配以视放大率为的双目仪器察看光景，则体视锐度可提升倍，若双目仪器的物方基线是人眼基线的B倍，则体视锐度又可提升 B倍，故借双目仪器可综合提升体视锐度B倍，故而能够加强察看渺小物体的深度感。本实验所用的体视镜（HP型立体判释仪）就是使物方左右两图片合成为立体图像并经过B的视觉锐度放大作用来显然加强所察看图片的立体感，其外形简单以下图：别的，经过双目立体显微镜还能够对花蕊或小昆虫等细微物体进行立体察看。图5－1四、实验步骤1、第一将两个待观察图片搁置在台面上，用光源照明待察看物体，而后经过立体判释仪的双目镜进行察看， 这里可看见两个图片各自的像。2、用手挪动两个图片的地点直至有关的像发生完整的叠合，此时因为视觉锐度的放大作用， 察看者将显然感觉到加强了所察看图片的立体感。五、思虑1、什么是体视锐度？2、往常用以提升体视视觉敏捷度的方法有哪两种？[实验六] 自组显微镜一、实验目的掌握显微镜的原理及特征，并在此基础上经过自组显微镜来提升学生的着手能力以进一步加深对显微系统理解。二、实验装置实验工作平台、显微物镜（焦距f'40~50mm）、显微目镜（焦距f'25~40mm）、光源、物体（刻尺）、多个磁力表座、接收屏等。三、实验原理显微镜的原理表示以下列图 6－1所示：图6－1从图中可见，显微镜由物镜及目镜构成，显微镜的特色是有较大的光学间隔且其物镜的焦距不大，目镜的焦距也比较小。被观察的物体第一经显微镜的物镜放大后其像再经目镜放大以供人眼察看，其成像过程是一个二次成像过程。其系统放大率为：目式中 为物镜的垂轴放大倍率， 目为目镜的视觉放大倍率。四、实验步骤1、第一将已知焦距的显微物镜、目镜及物体（波罗板或透明刻尺）分别夹持在磁力表座上，以后将光源、物体、显微物镜、目镜挨次搁置在工作平台上，并经过调整磁力表座夹持器进行调整以令各构成元件大概等高，如图 6－2所示。2、依据已知显微物镜的焦距大小，将物搁置在物镜的物方焦面周边并分别固定好物及显微物镜的地点。3、用接收屏搜寻物体经物镜所成的像的地点，该像应为一倒立放大的实像，记录下此时的地点。挪动显微目镜的沿轴方向的地点，尽量使其目镜的物方焦面与物镜的实像面地点相重合，此时固定好目镜的地点。图6－24、经过微调装置沿轴向前后挪动显微物镜进行调焦，人眼位于目镜以后进行察看，并也可相应的沿轴调整目镜直至能够看到清楚的像，进而实现了显微镜的自组。五、思虑1、为何说显微镜是复杂化了的放大镜？2、若显微镜的出瞳地点与眼瞳不重合，将会出现什么现象？[实验七] 自组望远镜一、实验目的掌握望远镜的原理及特征，并在此基础上经过自组望远镜来提升学生的着手能力以进一步加深对望远系统的理解。二、实验装置实验工作平台、望远物镜(焦距大概为300mm)、目镜（焦距大概为40mm）、平行光管（或与物镜相距较远的刻尺，可取物距大于2米）、接收屏等、多个磁力表座。三、实验原理亥普勒望远镜的原理表示以下列图 7－1所示：图 7－1图中可见亥普勒望远镜也是由物镜与目镜构成，与显微镜不一样的是望远镜的光学间隔为 0，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为：fo/fe式中，f0为物镜的焦距；fe为目镜的焦距。在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，故能够实现丈量。四、实验步骤1、第一将已知焦距的望远物镜、目镜分别夹持在磁力表座上，以后将平行光管（供给无穷远的物） 、望远物镜、目镜挨次搁置在工作平台上，如图 7－2所示。2、将物镜的地点固定，用接收屏来接收物体经物镜所成的像，直到最清楚，并记下此时接收屏所位于的工作台上的刻尺的读数。图7－23、移走接收屏，将目镜移近物镜，直至令目镜的物方焦面与接收屏所处的刻尺读数地点大概相重合， 此时固定好目镜的地点。经过调整磁力表座夹持器调整三者共轴等高。4、经过微调装置沿轴向前后挪动目镜，人眼位于目镜之后进行察看，直至能够看到清楚的像。此时可大略以为物镜的像方焦面与目镜的物方焦面相重合，进而实现了望远镜的自组。五、思虑1、请问伽利略望远镜与亥普勒望远镜在构造形式上有什么区别？2、在系统组合过程中应注意此什么？[实验八] 考证透镜成象及光芒流传规律的实验一、实验目的1、经过该实验能够加深学生对光的流传规律的掌握；2、认识透镜及反射镜的成像特征及其规律。二、实验装置实验工作平台、JY－1型激光光学综合演示仪（几何光学）、光源、接收屏、透镜（正、负）、反射镜等附件。三、实验原理几何光学有四大基本定律，分别为：光的直线流传定律、光的独立流传定律、折射定律及反射定律。此中光的光的直线流传定律、光的独立流传定律归纳了光在同平均介质中流传的规律，而折射定律及反射定律则是研究光流传到两种平均介质分界面时的现象和规律。当一束光以必定的角度入射到两个不一样的介质分界面上时是同时陪伴着反射及折射的产生，反射光依照反射定律折射光依照折射定律。透镜是最常有的折射元件，它又分为正透镜及负透镜。一般状况下正透镜起汇聚作用，负透镜起发散作用，假如正负透镜进行合适组合便可以出现不一样状态的像。图8－1本次实验的目的就是希望学生经过简略的实验装置，充足发挥自己的想象力，经过改变透镜的种类、地点及相互的组合来察看不一样状况下的光芒走向及成像特征，以加深对成像规律的掌握和理解。其实验装置如图8－1所示。四、实验步骤1、翻开光源，在激光演示仪上搁置正透镜或负透镜，调整入射光的入射状态（平行、汇聚等），察看光芒经透镜后的详细走向。2、取下正透镜，搁置各样反射镜、棱镜、平板等，也可同时放上正透镜及负透镜，实现透镜的组合以察看不一样种类的光学元件在不一样状态下的光芒走向。经透镜后的详细走向前后挪动接收屏，以察看不一样地点所成的像的大小及倒正。3、如图8－1所示在工作平台上搁置好光源、物体、透镜及接收屏的地点，尽量做到共轴等高，而后前后挪动接收屏以观察物体经透镜所成之像，并剖析一下像的特征。4、当物、像间距略大于 4f时，保持其余元件不动，前后移动透镜，能够找到两个成实像面的地点， 若丈量出出现两实像的透镜的距离时，便可以丈量出透镜的焦距。五、思虑1、负透镜成像必定成虚像，正透镜成像必定成实像吗？2、实像与虚像都能被接收屏和人眼所接收，这句话对吗？为什么？[实验九] 色度学实验一、实验目的掌握、认识各样样品的主波长丈量的方法。 WGS-9型色度实验系统二、实验装置WGS-9型色度实验系统三、实验原理在理论上为了定量的表示颜色，往常采纳平面直角色度坐标来加以表示：x=

X

y=

Y

z=

ZX Y Z

X Y

Z

X Y

Z此中X，Y，Z为三刺激值，全部的光谱色在色坐标上为一马蹄形曲线，该图称为 CIE1931色坐标，在图中红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色坐标点为极点，围成的三角形内的所有颜色均能够由三基色按必定的量般配生成。任一颜色M（x,y）的色彩是由其照明光源坐标点（如 A光源）到M点连线并延伸与光谱轨迹订交于 N点，N点的光谱色的色彩，即为颜色 M的主波长（或补色波长），如图9－1所示，则M的饱和纯度为：=AM=xmxAANxnxA的色度纯度为：M=AM=xmxAMNxnxm为丈量某光源（发光体）的色坐标，一定先丈量其光谱组成的功率散布s(λ)，而后再查表找出各光谱的三刺激值，则光源的三刺激值为,X=KY=KZ=K

s(λ)x(λ)△λs(λ)y(λ)△λs(λ)z(λ)△λ图9－1上式中，K为调整因数，它是将发光体的 Y值调整为100时获取的值，K=100S()y()则色坐标为：Xy=YZx=z=XYZXYZXYZ为丈量某透射或反射样品的色坐标，一定先丈量其样品的透射或反射曲线T（λ），而后再查表找出各光谱的三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)及参照光的功率散布s(λ)，则,X=Y=Z=该样品的色坐标为：

s(λ)T(λ)x(λ)s(λ)T(λ)y(λ)s(λ)T(λ)z(λ)X Y Zx= y= z=X Y Z X Y Z X Y Z四、实验步骤1、第一确认各条信号线及电源线连结好后， 按下电控箱上的电源按钮，仪器正式启动。2、透过率及发光体丈量，系统光路如图 9－2所示：图9－2图中，M1为反射镜；M2为准光镜；M3为物镜；G为平面衍射光栅；S1为入射狭缝；S2为出缝2。假如目前接收器不是放在出缝 1端，请封闭电源，把接收器移到出缝1端，并把转镜打到出缝 1端。当搁置样品时，打开样品池盖，把有液体样品的比色皿放入液体样品池或把固体样品直接插在固体样品架上，而后开机丈量（当丈量透过率时，要先放空白样品做透过基线）。3、反射丈量图9－3假如目前接收器不是放在出缝 2端，请封闭电源，把接收器移到出缝2端，并把转镜打到出缝 2端。当搁置样品时，拉开样品压板，把样品放在积分球的图中，M1为反射镜；M2为准光镜；M3为物镜；G为平面衍射光栅；Z为转镜；S1为入射狭缝；S2为出缝2；S3为出缝1；S为样品池。样品反射口处，并压上压板，而后开机丈量（当丈量反射率前，要先放标准白板做反射基线），光路如图9－3所示。4、关机先检索波长到400nm处，使机械系统受力最小，而后封闭应用软件，最后按下电控箱上的电源按钮封闭仪器电源。三、思虑题1、丈量反射样品和丈量透射样品时有何不一样？2、明度、色彩、彩度三个观点有何不一样？[实验十] 激光光学系统（演示型实验）一、实验目的认识激光器的种类掌握激光器的发光原理二、实验内容掌握实验步骤，察看各样激光器产生的光斑现象。三、实验仪器CO2激光器、半导体甭浦激光器、 Ar+激光器、He-Ne激光器、Nd:YAG激光器、导轨、小孔光阑、调理架、针孔（ 25μ）、显微物镜、透镜及夹持器四、实验原理拥有代表性的典型激光器主要有气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器等。气体激光器是以气体或蒸气作为工作物质的激光器。它是利用气体原子、分子或离子的分别能级进行工作的。气体激光器常用的泵浦方法是电激励，即令足够大的电流经过气体介质来达成泵浦的。 因为气体的光学平均性较好，较之固体激光器和半导体激光器其输出光束的质量(如单色性、相关性等)也较好。气体激光器中又包含由原子激光器、离子激光器和分子激光器。原子激光器是利用气体或蒸气形式下的中性原子作为工作物质， 常有的有He-Ne激光器；离子激光器是利用气体离子激发态之间的跃迁来产生激光的一种气体激光器，常有的有 Ar+激光器；分子激光器是利用未电离的气体份子作为工作物质的一种气体激光器，如： CO2激光器。固体激光器的基本构成包含工作物质、 泵浦系统、谐振腔、Nd3+）,部分Nd3+:YAG）激冷却与滤光系统四部分。此中，工作物质是激光器的核心，固体工作物质是把金属离子掺入基质而形成的，发光粒子就是工作物质中的金属离子(称为激活离子)，工作物质的物理、化学性能主要决定于基质资料，而它的光谱特征则主要由激活离子的能级构造所决定。常有的有掺钕钇铝石榴石（光器,这是在基质 Y3Al5O12(YAG)中掺入钕离子（3+取代YAG中的钇离子（Y）而成为

3+Nd:YAG。此外还有半导体激光泵浦激光器也属于固体激光器。半导体激光器是以半导体资料作为激光工作物质的激光器，它拥有超小型、高效率、构造简单、价钱廉价以及能够高速工作等一系列长处。每一种激光器的发光机理各不同样，详细问题可详细分析。五、实验步骤察看激光光斑：Ⅰ）接通电源；Ⅱ）翻开激光器开关，将其发出的光束投射到墙上或是接收屏上，察看光斑现象，对功率较大的激光器及非可见光波段的激光光束可用功率计进行接收（切勿将光束直接射向人体，特别是眼部）。准直扩束光斑：Ⅰ）将半导体激光器放在导轨上， 翻开激光器开关，使激光器发出光束；Ⅱ）用小孔光阑作为基准调理激光器的上下、左右地点，使光束平行于导轨；Ⅲ）将显微物镜和针孔放在调理架上，调理架放于导轨上，并对其进行调整，使激光光束经过显微物镜后聚焦于针孔地点处；Ⅳ）将透镜及夹持器放在导轨上， 前后调理其地点，使针孔恰好位于透镜的焦点地点处，此光阴束经透镜后出射的即为平行光束，察看其光斑现象。六、实验结果展现1）He-Ne激光器（波长为）及其光斑现象：2）CO2激光器（波长为 10.6μm）：3）Nd:YAG激光器（波长为1.06μm）及其光斑现象：5）准直扩束系统及其光斑现象：[实验十一] 傅立叶光学系统（演示型实验）一、实验目的认识傅立叶变换理论；掌握结合变换有关器的使用方法二、实验内容掌握仪器的开关次序，观察经过装置所产生的实验结果。三、实验装置光电混淆结合变换有关器、电脑控制系统四、实验原理傅里叶变换傅立叶变换形式以下：G(f)g(x)ej2fxg(x)G(f)ej2fx

dx （1）df （2）这两个积分即傅立叶积分。G(f)称为g(x)的傅立叶变换或频谱。若g(x)表示某空间域的物理量，G(f)则是该物理量在频次域的表示形式，g(x)和G(f)构成傅立叶变换对。二维傅立叶变换是一维傅立叶变换的推行：G(fx,fy)g(x,y)exp[j2(fxxfyy)dxdy（3）g(x,y)G(fx,fy)exp[j2(fxxfyy)]dfxdfy（4）结合变换有关器原理结合变换有关的主要特色是参照图像与目标图像同时输入光学运算系统，在第一个傅立叶变换平面上记录结合变换功率谱，结合变换功率谱经过第二次傅立叶变换后， 获取一对相关输出。将准直的相关单位振幅光入射到物体

w(x,y)

上，物体被写入光空间调制器，设输入图像为：w(x,y) t(x,y) h(x,y)（t(x,y) h(x,y)）

（5）此中t(x,y)是目标图像，h(x,y)是复杂背景图像，另设参照模板为r(x,y)，这样，经过目标t(x,y)与参照模板r(x,y)的光学有关获取的有关峰函数rt或许tr，能够确立目标t(x,y)在输入图像w(x,y)中确实切地点。yLurxvtff图1结合变换功率谱的记录对目标与参照模板的结合图像进行傅里叶变换。如图1所示，图中的L为傅里叶变换透镜，待辨别图像（已经二值化）tx,y置于输