幾何光學實驗講義

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1、實驗一光學實驗主要儀器、光路調(diào)整與技巧一、引言不論光學系統(tǒng)如何復雜，精密，它們都是由一些通用性很強的光學元器件組成，因此掌握一些常用的光學元器件的結構和性能，特點和使用方法，對安排試驗光路系統(tǒng)時正確的選擇光學元器件，正確的使用光學元器件有重要的作用二、實驗目的掌握光學專業(yè)基本元件的功能；調(diào)整光路，主要包括共軸調(diào)節(jié)和調(diào)平行光。三、基本原理(一)、光學實驗儀器概述:光學實驗儀器主要含：激光光源，光學元件，觀察屏或信息記錄介質(zhì)1．激光光源標有安培表和電壓表激光器即Laser(LightAmplificationbyst

2、imulatedemissionofradiation)，原意是利用受激輻射實現(xiàn)光的放大．然而實際上的激光器,一般不是放大器,而是振蕩器,即利用受激輻射實現(xiàn)光的振蕩,或產(chǎn)生相干光。.圖1-1激光器示意圖（He－Ne激光）激光的特性：（1）高度的相干性；（2）光束按高斯分布。激光器的分類：（1）氣體激光器——He-Ne激光器,Ar離子激光器（2）液體激光器——染料激光器（3）固體激光器———半導體激光器,紅寶石激光器本套實驗方案的選擇的激光器是氣體型He-Ne內(nèi)腔式激光器,波長為632.8nm的紅光，功率2mW。個

3、別實驗中還會用到白光點光源。2．用于光學實驗的元件一般包括：防震平臺、分束鏡、擴束鏡、準直鏡、反射鏡、成像透鏡、多自由度微調(diào)器、3．觀察屏等部件。（1）防震平臺光學實驗需要一個穩(wěn)定的工作平臺。特別是對于全息圖制作實驗，由于是參考波和物光波干涉條紋的記錄，如果在曝光過程中因為振動導致兩光波有變化，就要影響干涉條紋的調(diào)制度。通常要求該光波的振動變化小于十分之一波長。影響穩(wěn)定性的因素有震動、空氣流和熱變化等。震動的主要影響來自地基的震動，如果記錄系統(tǒng)部件的機構有松動就會把震動放大，所以必須對工作臺采取減震措施。專用全息

4、氣浮工作臺是最好的減震臺。簡單的減震方法可用砂箱、微塑料、氣墊（用汽車、飛機輪子的內(nèi)胎）和重1000～2000kg的鑄鐵或花崗巖，并應安裝一個隔離罩。如果不用隔離罩，記錄全息圖時室內(nèi)不要通風，工作人員不要大聲講話和距工作臺遠一些。（2）光學元件①分束鏡：分束鏡是光學實驗系統(tǒng)的一個重要元件，它的作用是將激光束分為兩束，在干涉儀系統(tǒng)組裝的實驗中可產(chǎn)生兩束有一定夾角的相干波，在全息制作實驗中可產(chǎn)生參考光和物體的物光光波。分束鏡一般是在玻璃板上鍍干涉膜。干涉膜有兩種：多層介質(zhì)膜和金屬膜。分光比可以連續(xù)變化或分段變化。②擴

5、束器（擴束鏡）：因激光束的發(fā)散角很小，需要用一個擴束鏡以加大光束的發(fā)散角。通?？捎?0倍、40倍的顯微物鏡或焦距很短的單片正透鏡或負透鏡。本實驗方案中，擴束鏡采用40倍的顯微物鏡。③凸透鏡：準直鏡、成像透鏡、傅立葉變換透鏡之功能均可使用不同內(nèi)徑和焦距的凸透鏡來實現(xiàn)。為了提高光的透射率，透鏡面要鍍增透膜。在選用透鏡時，要選用沒有缺陷和污臟的透鏡（因為它們會使觀察或記錄圖像產(chǎn)生噪聲）。④反射鏡：當光入射到普通反射鏡的玻璃基版上時，要先經(jīng)過折射再反射，反射光的損失很大。同時玻璃片基的兩面會因多次反射引入雜散光。所以光學

6、實驗需用表面平整度高和涂有多層反射膜的高反射率反射鏡。⑤其它：還有一些輔助元件：如多自由度微調(diào)器，可三維控制鏡架或者濾波器的位置和方向；可變光闌包括可調(diào)的狹縫和圓孔光闌、觀察屏用來觀測成像質(zhì)量和成像大小等。(二)、共軸調(diào)節(jié)：光學實驗中經(jīng)常要遇到用一個或多個透鏡成像，為了獲得較好的像，必須使各個透鏡的主光軸重合（即共軸），并使物體位于透鏡的主光軸附近。另外，為了最大限度利用激光擴束后的面光源，所有透鏡的主軸都需要大致通過光斑中心，才能獲得清晰的像。共軸調(diào)節(jié)使物、屏的中心處在透鏡光軸上，并使各光學元件共軸，達到共軸能

7、保證近軸光線的條件成立。一般分為兩步進行，第一步粗調(diào)，即用眼睛觀察，使物、屏與透鏡中心大致在一條直線上；粗調(diào)方法如下：通過前后移動白屏的方法先使激光光束與臺面平行，再將透明物、擴束鏡、雙凸透鏡依次擺好，調(diào)節(jié)它們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，再讓光斑、物、鏡的幾何中心處在一條直線上，這樣便使鏡的主光軸與平臺面平行且共軸，光斑也最大限度得到利用。第二步細調(diào)，即移動透鏡，當兩次成像中心重合即達到共軸，若不重合，須視情況，針對性地調(diào)節(jié)各光學元件，直至兩次成像的中心重合。如果系統(tǒng)有兩個以上的透鏡，先加入一個透鏡調(diào)節(jié)共軸

8、，然后再依次加入透鏡，使每次所加透鏡都與原系統(tǒng)共軸。反射鏡的調(diào)節(jié)方法類似。(三)、調(diào)節(jié)平行光：（1）調(diào)整擴束鏡，準直鏡共軸。激光器擴束鏡準直鏡圖1-2共軸調(diào)節(jié)示意圖（2）粗調(diào)，把準直鏡放到一定位置使擴束鏡處于準直鏡的前焦面上，然后在準直鏡后放一擋板，不斷前后縱向移動擋板，觀察擋板上圓形光斑的到大小是不是發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，就再前后移動準直鏡的位置，再前后移動擋板，觀察