光学基础实验实验报告.docx
《光学基础实验实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学基础实验实验报告.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
光学基础实验实验报告
基础光学实验
一、实验仪器
从基础光学轨道系统，红光激光器及光圈支架，光传感器与转动传感器，科学工作室500或750接口，datastudio软件系统
二、实验简介
利用传感器扫描激光衍射斑点，可标度各个衍射单缝之间光强与距离变化的具体规律。
同样可采集干涉双缝或多缝的光强分布规律。
与理论值相对比，并比较干涉和衍射模式的异同。
理论基础
衍射：
当光通过单缝后发生衍射，光强极小（暗点）的衍射图案由下式给出
asinθ=m'λ（m'=1,2,3,....）
（1）
其中a是狭缝宽度，θ为衍射角度，λ是光的波长。
下图所以为激光实际衍射图案，光强与位置关系可由计算机采集得到。
衍射θ角是指从单缝中心到第一级小，则数。
m'为衍射分布级
双缝干涉：
当光通过两个狭缝发生干涉，从中央最大值（亮点）到单侧某极大的角度由下式给出：
dsinθ=mλ（m=1,2,3,....）
（2）
其中d是狭缝间距，θ为从中心到第m级最大的夹角，λ是光的波长，m为级数（0为中心最高，1为第一级的最大，2为第二级的最大...从中心向外计数）。
如下图所示，为双缝干涉的各级光强包络与狭缝的具体关系。
三、实验预备
1.将单缝盘安装到光圈支架上，单缝盘可在光圈支架上旋转，将光圈支架的螺丝拧紧，使单缝盘在使用过程中不能转动。
要选择所需的狭缝，秩序旋转光栅片中所需的狭缝到单缝盘中心即可。
2、将采集数据的光传感器与转动传感器安装在光学轨道的另一侧，并调整方向。
3、将激光器只对准狭缝，主义光栅盘侧靠近激光器大约几厘米的距离，打开激光器（切勿
直视激光）。
调整光栅盘与激光器。
4、自左向右和向上向下的调节激光束的位置，直至光束的中心通过狭缝，一旦这个位置确定，请勿在实验过程中调整激光束。
5、初始光传感器增益开关为×10，根据光强适时调整。
并根据右图正确讲转动传感器及光传感器接入科学工作室500.
6、打开datastudio软件，并设置文件名。
四、实验内容a、单缝衍射
1、旋转单缝光栅，使激光光束通过设置为0.16毫米的单缝。
2、采集数据前，将光传感器移动衍射光斑的一侧，使传感器采集狭缝到需要扫描的起点。
3、在计算机上启动传感器，然后慢慢允许推动旋转运动传感器扫描衍射斑点，完成扫描后点击停止传感器。
若果光强过低或者过高，改变光传感器（1×，10×，100×）。
4、使用式
（1）确定狭缝宽度：
（a）测量中央主级大到每一侧上的第一个极小值之间的距离s。
（b）激光波长使用激光器上的参数。
（c）测量单缝光栅到光传感器的前部之间的距离l。
（d）利用以上数据计算至少两个不同的最小值和平均的答案。
分析计算结果与标准缝宽之间的误差以及主要来源。
b、双峰衍射
1、将单缝光栅转为多缝光栅。
选择狭缝间距为0.25mm（d）和狭缝官渡0.04mm（a）的多缝。
2、采集数据前，将光传感器移动衍射光板的一侧，是传感器采集狭缝到需要扫描的起点。
3、在计算机上启动传感器，然后慢慢允许推动旋转运动传感器扫描衍射斑点。
完成扫描后点击停止传感器。
如光强过低或者过高，改变光传感器（1×，10×，100×）。
4、利用datastudio软件来测量主极大到一侧第一、二、三次极大的距离，并测量整个包络宽度。
5、测量最大的中心之间的距离和第二次和第三次的最大侧。
测量距离从中央最高最低衍射（干扰）模式。
6、使用式
（2）确定缝间距：
（a）测量中央主级大到每一侧上的第n个极大值之间的距离hn（n=1,2,3）。
（b）测量单缝光栅到光传感器的前部之间的距离l。
（c）确定"d"值，使用第一，第二和第三的最大值，求"d"平均值。
分析实验值与标准缝间距的误差。
7、确定狭缝宽度，使用式
（1）根据主级包络到第一级包络的距离，计算双缝缝宽，并与标准值对比。
8、选择两组其他双缝，重复上述步骤。
五、实验数据与处理单缝衍射：
sl=0.0042m；sr=0.0040m；l=101.50cm;仅当λ=650nm;
由式
（1）算得ar=1.649×10m；al=1.572×10m；a=1.611×10m计算误差δr=（1.649-1.600）/1.600=3.06%δl=（1.600-1.572）/1.600=1.75%
-4
-4
-4
δ=（1.611-1.600）/1.600=0.69%
实验误差主要来源于：
图像的取值读数的误差，移动传感器速度的不稳定的影响，以及系统篇二：
光学基础实验报告
光学基础实验报告
实验1：
自组望远镜和显微镜
一、实验目的
1.了解透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。
2.根据几何光学原理、透镜成像规律和试验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学元件的选用方案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从而掌握望远镜技术。
二、实验原理
1.望远镜的结构和成像原理
望远镜由物镜l1和目镜l2组成。
目镜将无穷远物体发出光会聚于像方焦平面成一倒立实像，实像同时位于目镜的物方焦平面内侧，经过目镜放大实像。
通过调节物镜和目镜相对位置，使中间实像落在目镜目镜物方焦面上。
另在目镜物焦方面附有叉丝或标尺分化格。
物像位置要求：
首先调节目镜至能清晰看到叉丝，后调整目镜筒与物镜间距离即对被观察物调焦。
望远镜成像
视角放大率要求：
定义视角放大率m为眼睛通过仪器观察物像对人眼张角ω'的
tan?
正切与眼睛直接观察物体时物体对眼睛的张角ω的正切之比m=tan?
。
要求
m>1。
2.望远镜主要有两种情况：
一种是具有正光焦度目镜，即目镜l2是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另一种是具有负光焦度目镜，即目镜l2是发散透
镜的系统，称为伽利略望远镜。
f1tan?
对于开普勒望远镜，有m=tan?
=-f2
公式中的负号表示开普勒望远镜成倒像。
若要使m的绝对值大于1，应有f1>f2。
对于伽利略望远镜，视角放大率为正值，成正像。
d
此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满足：
m=d
式中d为物镜的孔径，d为目镜的孔径，否则视角虽放大，但不能分辨物体的细节。
三、思考题
1.根据透镜成像规律，怎样用最简单方法区别凹透镜和凸透镜？
答：
（1）将这个透镜靠近被观察物，如果物的像被放大的，说明该透镜为凸透镜；
（2）将这个透镜放在阳光下或灯光下适当移动，如果出现小光斑的，说明该透镜为凸透镜．
2.望远镜和显微镜有哪些相同之处？
从用途、结构、视角放大率以及调焦等几个方面比较它们的相异之处。
答：
望远镜与显微镜都是视角放大仪器,都由物镜,目镜组成。
望远镜用于观察远处物体,用大口径,长焦距的透镜做物镜,调焦时调节物镜与目镜的距离；
显微镜用于观察细微物体,用短焦距的透镜做物镜,镜筒长度固定,调焦时调节物镜与物体之间的距离。
3.试说明伽利略望远镜成像原理，并画出光路图。
伽利略望远镜成像原理：
光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。
伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。
其优点是镜筒短而能成正像。
4.望远镜实验中，将3米远的标尺看作无穷远的物体，从而计算望远镜的实验放大率，这种估算方法引起的误差有多大？
如果需要对该放大率进行修正，应如何
做？
标尺放在有限距离s远处时，望远镜放大率可做如下修正：
当s＞100
时，修正量题中s=3m
实验2薄透镜焦距测定
一、实验原理
1、凸透镜焦距的测定
（1）粗略估计法：
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，s?
?
，s?
f，即该点（或像）可认为是焦点，而光点到透镜中心的距离，即为凸透镜的焦距，由于这种方法误差很大，大都用在实验前作粗略估计。
（2）利用物距像距法求焦距：
当透镜的厚度远比其焦距小的多时，这种透镜称
ff?
?
1
为薄透镜。
在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表示为：
ss
f?
?
f?
ss
s?
s
当将薄透镜置于空气中时，则焦距
（3）自准直法：
如图2.2所示，在待测透镜l的一侧放置被光源照明的物屏，在另一侧放一平面反射镜，移动透镜（或物屏），当物屏正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏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。
再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像。
此时物屏到透镜之间的距离就是待测透镜的焦距，即f?
s
（4）共轭法：
；取物屏像屏之间的距离大于4倍焦距，且保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。
如图2.3所示，设物距为s1时，得放大的倒立实像;物距为s2时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的相移为d,根据透镜成像公式，将?
1?
?
?
2?
?
（d?
d）/2
?
1?
?
?
2?
?
（d?
d）/2
d2?
d2f?
4d代入得
可见，只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑座边缘所在位置，
就可比较准确的求出焦距。
2.凹透镜焦距的测定
（1）视差法：
在物和凹透镜之间置一有刻痕的透明玻璃片，当透明玻璃片上的刻痕和虚像无视差时，透明玻璃片的位置就是虚像的位置。
（2）辅助透镜成像法：
如图2.6所示，先使物发出的光线经凸透镜l1后形成一大小适中的实像ab，然后在l1和ab之间放入待测凹透镜l2,就能使虚物ab产生实像ab。
分别测出l2到ab和ab之间的距离s1、s2，即可求出l2的像方焦距f2。
二、数据处理
%f?
19.08+/-0.04?
ef?
0.2%
表2.2自准法物屏位置x。
=485单位：
cm%f?
19.9+/-0.3?
ef?
1.5%
表2.3共轭法物屏位置x。
=10cm像屏位置x3=95
d?
x3?
x1?
85cm
cm
ef?
%
f=19.78+/-0.050.25%
2、测量凹透镜焦距
cmf?
7.53+/-0.014?
ef?
%1.86%
cm表格5辅助透镜成像法ab位置x0?
635cm?
f?
?
19.61+/-0.24ef=1.24%
三、思考题
1、如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。
用平行光射入透镜，在光具座面上放一镜子，反射透镜过来的光，然后用一小屏幕去看光汇聚的最小光点，然后测出座面距小屏幕的距离，加上光具座的距离便是焦距；
也可用一束很细的激光垂直于透镜的面射入，并量出与透镜的中心轴距离，以及通过透镜后光落在座面上与透镜中心轴的距离，通过几何的方式算出焦距。
使用一个焦距小的透镜在此透镜前方，以此来减小焦距，是光点落在光屏上通过测量待测透镜与已知焦距的距离即可得答案使用平面镜反射也可2、用共轭法测凸透镜焦距时，为什么必须使d?
4f？
试证明之。
由物像共轭对称性质的到透镜焦距f=（d^2-d^2）/（4d）。
其中，d是两次得到清晰的物像所在位置之间的距离，所以d是大于零的，如果d是小于或等于4f的话，那上式的到的f是负值或零。
因为1/u+1/v=1/fu>0v>0
l=u+v=uv/f篇三：
光学基础实验实验报告（i）刘云鹏912104520140
实验1光的直线传播规律
报告人刘云鹏同组实验者无时间未知实验目的：
1.验证光的直线传播规律
2.了解照相机的基本原理
一、实验仪器制作过程及成品描述（详细）
1.用纸卷两个略有大小不同的圆筒，刚好够相互套入；
2.涂黑期内表面保证不透光且无内表面反射；
3.将大的圆筒一端用黑色电工胶带封闭，并戳一个针孔，在小的圆筒一端贴一张薄
的白纸作观察屏；
4.完成的观察器由粗细两伸缩圆柱筒构成，白纸上有倒像。
二、实验原理：
（简略叙述）
小孔相机运用光的直线传播原理，一个极小的孔将远处传来的光限制成为一束及细光线，物体上不同部位发出的光线通过小孔到达屏幕成像；在光具座上，设置相应试验系统，验证分析小孔成像。
三、实验步骤及现象（详细）
步骤：
1.制作小孔成像实验装置；
2.在光具座上依次放置光源，物屏，小孔成像，测量显微镜等，观察物屏上
的图案在小孔后纸屏上的位置和大小，并用测量显微镜测量物，像，小孔间的距离和物象大小关系；
现象：
物体或观察屏距小孔越远像越模糊，观察屏距小孔越远像越大，越模糊。
四、自问自答
小孔成像有"景深"问题吗，为什么?
小孔成像无"景深"问题，因为其成像为光沿直线传播原理，而非透镜改变光路实现会聚的原理。
实验2三棱镜的角度与色散测量
报告人刘云鹏同组实验者蒿岭，于振华时间2014.9.2实验目的：
1．了解分光仪的构造原理，学会正确使用分光仪
2．掌握棱镜角度测试的原理和方法
3．了解光的折射与棱镜色散现象
一、实验仪器：
（仪器名称及仪器编号、样品描述）
分光仪，反光镜，三棱镜
二、实验原理：
（简略叙述）
1.角度测量原理：
用分光仪测量棱镜顶角采取两种方法
用调好的望远镜对准夹棱镜顶角的两个面，使得返回的十字像在分划板上重合，记录下望远镜的两个角度读数，望远镜转过的角度与顶角互补。
2.最小偏向角法原理：
如图，p为顶点，两边是折射面，夹角α作三棱镜的顶角。
光线由ab入射，经过
两次折射沿de方向射出，ab与de夹角为δ偏向角δ=∠fbd+∠fdb=i1-i2-α，因为顶角α=i1-i2，δ具有最小值，当且仅当i1=i2时，此时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，由sin
折射率n。
三、分光计调整过程及其涉及的光学、机械原理（详细）
调望远镜对向无穷远，此时反射镜应正直地放在物台上。
放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉，且与另两只支撑螺钉的连线垂直，
调望远镜光轴垂直于仪器转轴；调望远镜的竖分划板平行于仪器转轴，应用表面平行与仪器转轴的反射镜检验，当反射镜稍稍转动时若小十字孔的反射像始终沿分划板上方的横线移动，表明已经调好，否则要转动目镜筒，把望远镜分化转正，转动时必须先松开定位螺钉调节时绝不能破坏调焦状态（分划板只能旋转，不能前后移动）
用望远镜校准平行光管。
首先转平行光管狭缝（先松开定位螺钉）至水平状态，调俯仰至缝像（此时的像并不要很清晰）与望远镜自准直分化的中央横线等高，然后转成竖直，调狭缝前后位置至出射平行光，且使狭缝像与望远镜竖分划平行无视差，最后锁紧定位螺钉。
调狭缝的宽，使缝像约等于分划竖线宽度的3倍。
在此三步中都要用到反射镜，为了便于调整仰俯，反射镜面和物台的两个支撑螺钉连线垂直是非常必要的。
在每一步调解中应严格分清谁是标准，谁被校准，千万不要不经意地调动已处于标准状态的零部件。
四、色散及角度测量过程中的现象（详细）
α?
δmα?
nsin，因此，测出α，δm，即可求三棱镜对该光22
将三棱镜置于载物台上，并使三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为60°。
用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向。
先用眼睛在此方向观察，可看到平行的彩色谱线，然后慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，转动载物台时，使望远镜一直跟踪谱线，在该谱线逆转移动时，拧紧游标盘制动螺丝，调节游标盘制动螺丝，找到最小偏向角的位置。
本实验由于时间关系未能测出最小偏向角。
五、自问自答
1.在调整分光仪时，为什么十字光标不能对准分划板刻度线中心？
因为十字光标为像，而对应的物在分划板刻度线中心之下，要保证反射镜竖直，十字光标就必须出现在分划板刻度线中心以上。
2.在调整好后为什么要使眼睛左右晃动？
为保证十字光标在望远镜物镜焦平面上。
3.为什么要调整棱镜的棱线与转台轴平行？
保证在测量最小偏向角时转动载物台谱线不会从视野里消失。
实验3望远镜的分解与结合
报告人刘云鹏同组实验者蒿岭,于振华时间实验目的：
1．了解双眼仪器的构造原理及主要光学零件组成及功能（目镜、物镜、棱镜）
2．学习望远镜的装配调整
3．掌握光学零件的擦拭、清洁方法
一、对实验工具、样品的描述
螺丝刀，零散的望远镜零部件
二、实验原理：
（简略叙述望远镜的光学与机械结构原理、调整原理）
望远镜由物镜目镜，转向棱镜构成，通过调整目镜位置可调焦
三、望远镜分解与结合过程的描述
（需要详细过程，图文并茂）
1.目镜零件
2.组装好的目镜物镜，其他零件
3.组装目镜物镜和望远镜主体支架篇四：
光学基础实验
《光学基础实验》实验报告
班级：
姓名：
09111001厉艾晖0911100121马合木提0911100123严志鸿0911100131
2011年12月
实验1自组望远镜
引言
人眼无法分辨极远或极近而细微的物体细节，在一般照明情况下，正常人的
眼睛在明视距离（25cm）能分辨相距约0.05mm的两个光点，当两个光点间距离
小于0.05mm时，即无法分辨，我们把这个极限称为人眼的分辨本领，这时两光
点对人眼球中心的张角约为1，这个角称为视角，观察物体要想能分辨细节，
最简单的方法是使视角扩大，望远镜就是常用的扩大人眼视角的目视光学仪器。
故对这两种光学仪器的原理，结构和特点应该有一个基本的了解。
本实验是要学
生利用光学元件（如透镜等）自行组成最基本结构的望远镜。
一实验目的
1.透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。
2.几何光学原理，透镜成像规律和实验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学
元件选用方案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从而掌握望远镜技术。
二实验原理
1.望远镜的结构和成像原理
望远镜是用来观察远距离目标的视光学仪器，通常是物镜l1和目镜l2组
成，如图所示，物镜的作用是将无穷远处物体发出的光经会聚后在它的像方焦面
上生成一倒立实像，然后经目镜把实像放大，因此实像同时位于目镜的物方焦面
内侧，用望远镜观察不同位置的物体时，只须调节物镜和目镜的相对位置，使中
间实像落在目镜物方焦面上，这就是望远镜的"调焦"，一般测量望远镜除物镜
和目镜可在镜筒中作相对移动外，在目镜物方焦面上海附有叉丝或标尺划分格。
因此在使用望远镜是，首先应调节目镜，直到能清晰地看到叉丝为止，然后调目
镜和叉丝整体（即目镜筒）与物镜之间的距离即对被观察物调焦。
对于望远镜来说，除了满足以上物像位置的要求外，它的视角放大
率必须大于1。
对于目视光学仪器的视角放大率m，定义为眼睛通过仪器观察时，
物体的像对人眼的张角ω′的正切与眼睛直接观察物体时，物体对眼睛的张角ω
的正切之比。
由于物方和像方都位于无穷远处，这个放大率就是系统本身的像方
视场角与物方视场角的正切之比：
m=tanω′
tanω望远镜系统主要有两种情况，一种是具有正光焦度目镜，即目镜l2
是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另一种是具有负光焦度目镜，即目镜l2
是发散透镜的系统，称为伽利略望远镜。
实际应用的几乎都是开普勒望远镜。
对于开普勒望远镜，有:
m=tanω′
tanω=-f2f′1
公式中的负号表示开普勒望远镜成倒像。
若要使m的绝对值大于1，应有
f1>f2。
对于伽利略望远镜（目镜l2是发散透镜），视角放大率为正值，成正像。
此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满足：
dm=d
式中d为物镜的孔径，d为目镜的孔径，否则视角虽放大，但不能分辨物体的细
节。
三实验装置
带调节架的底座，透镜（焦距不等），激光光源，白屏，微尺，毫米尺，带
底座的米尺等
四实验内容
在进行组装望远镜实验过程中，有两点操作必须注意：
（1）光学元件的同轴等高调节
是指各元件的光心均位于同一光轴上，且光轴与光学平台平行。
透镜成像
公式是在近轴条件下成立，利用成像公式进行实验，应满足近轴条件，因此，为
获得准确测量，必须进行同轴等高的调节。
调节的方法是：
先粗调，用眼睛判断，上下左右观察，调节各元件光心同
轴，物面，像屏面与光学平台垂直，然后，以透镜成像规律为依据，利用共轭原
理进行仔细调节。
（2）用左右逼近法确定清晰像位置
由于人眼观察成像有一分辨极限存在，因此用眼观察物体通过透镜成像时，
在一小段范围内像都是清晰的，为了消除系统误差，故采用左右逼近法确定成像
位置，即使像屏或透镜从左至右移动，当刚好呈现清晰像时，读出位置x′；再
将像屏或透镜从右至左移动，同样当再次出现清晰像时，记下位置x′′，显然成
清晰像位置为
x=x′+x′′2
1.自组望远镜
（1）在坐标纸上按合适的比例画出组装的望远镜成像光路图
（2）从两个透镜（焦距分别为100mm，200mm）中选择一个作物镜，另一个
作目镜，在光具座上组装望远镜，并进行调焦观察。
（3）组成开普勒望远镜
（4）组成伽利略望远镜
五注意事项
1.激光光源点亮后会发出较强的激光，对人眼能造成一定的伤害，故在使用中，绝对禁止直视光源。
2.光学元件的光学表面是经过精密加工光洁度极高的表面，不能用手触摸：
不得用擦镜纸以外的物品去擦拭。
3.所有光学玻璃元件属于易碎品，实验过程中注意轻拿轻放。
4.测量完毕，应把各光学元件及其组件还原并整理整齐。
实验2透镜像差的观测
引言
成像系统中的单会聚透镜，单发散透镜以及球面镜，在理想加工情况下当实验条件不能满足近轴条件时，总是存在像差。
比如当成像光束孔径角增大或成像范围增大时就会产生球差，慧差，像散，像面弯曲和畸变单色像差；又如当光学系统采用白色或复色光成像时还会产生位置色差和倍率色差。
像差使像变模糊，失真，在光学测量中还会影响测量准确度。
此外，像差只是也是几何光学学习的重点和难点。
一实验目的
通过实验观察球面像差，色像差，慧差，像散，畸变等像差的形成。
每种像差。
使用不同的仪器或自制的投影片使其成像，最后再测量成像的位置，并使用数字相机将成像的图像拍摄下来。
二实验原理
实际的光学系统，只有在近轴区域以很小的孔径角成像时才是完善的。
如果一个光学系统的成像仅限于近轴区域是没有什么实际意义的，因为进入的光能量太少，分辨率很低。
因此，任何光学系统都具有一定的孔径和视场，而且成像光束多是复色光，在这些情况下用近轴光学理论来研究光学系统成像就不合适了，必须采用精确的三
升级会员 