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光学实验报告实验1 光学实验主要仪器、光路调整与技巧
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2009-01-05
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光学实验报告实验1 光学实验主要实验仪器、光路调整与技巧2 菲涅耳衍射与针孔滤波实验3 夫琅和费衍射等实验报告
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实验 1 光学实验主要仪器、光路调整与技巧
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,因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能,特点和使用方法,对安排
试验光路系统时正确的选择光学元器件,正确的使用光学元器件有重要的作用
实验目的
掌握光学专业基本元件的功能;调整光路,主要包括共轴调节、调平行光和针
孔滤波。
基本原理
(一)、光学实验仪器概述:
主要含:
激光光源,光学元件,观察屏或信息记录介质
1. 激光光源;
激 光 器 即 Laser(Light Amplication by stimulated emission of
radiation),原意是利用受激辐射实现光的放大.然而实际上的激光器,一般不
是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。
.
960 年,梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器.现在被广泛用于各个行业
激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布
激光器的分类:
(1)气体激光器——He-Ne 激光器,Ar 离子激光器
(2)液体激光器——染料激光器
(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器
本套实验方案的选择的激光器是气体型 He-Ne 内腔式激光器 ,波长为
632.8nm 的红光,功率 2mW。个别实验中还会用到白光点光源。
2、用于光学实验的元件一般包括:
防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透
激光器示意图(He-Ne 激光)
标有安培表和电压表
镜、多自由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。如果是全息实验还需要快门、
干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。
(本实验方案中,扩束镜采用针孔空间滤波器,准直镜、成像透镜、傅立
叶变换透镜均采用双凸透镜)
⑴ 防震平台
光学实验需要一个稳定的工作平台。特别是对于全息图制作实验,由于是
参考波和物光波干涉条纹的记录,如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变
化,就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于十分之一波
长。
影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震
动,如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大,所以必须对工作台采取
减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、
微塑料、气垫(用汽车、飞机轮子的内胎)和重 1000~2000kg 的铸铁或花
岗岩,并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩,记录全息图时室内不要通风,
工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。
⑵ 光学元件
① 分束镜:
分束镜是光学实验系统的一个重要元件,它的作用是将激光束分为两束,
在干涉仪系统组装的实验中可产生两束有一定夹角的相干波,在全息制作实验
中可产生参考光和物体的物光光波。分束镜一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉
膜有两种:多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。
② 扩束器(扩束镜):
因激光束的发散角很小,需要用一个扩束镜以加大光束的发散角。通常可
用 20 倍、40 倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜。本实验方案中,
扩束镜采用针孔空间滤波器。
③ 双凸透镜:
准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜之功能均可使用不同内径和焦距的双
凸透镜来实现。为了提高光的透射率,透镜面要镀增透膜。在选用透镜时,要
选用没有缺陷和污脏的透镜.(因为它们会使观察或记录图像产生噪声)
④ 反射镜:
当光入射到普通反射镜的玻璃基版上时,要先经过折射再反射,反射光的
损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。所以光学实验需用
表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。
⑤ 其它:
还有一些辅助元件:如多自由度微调器,可三维控制镜架或者滤波器的位置
和方向;可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑、观察屏可用白纸或白屏;电子
计时器用来控制曝光时间等。
3、光学信息的记录介质
主要用在全息类实验中。包括两大类,一类银盐感光材料,另一类非银盐感
光材料,其中非银盐感光材料又包括,重铬酸盐明胶、光致聚合物等材料。银
盐感光材料灵敏度高,但是衍射效率低。非银盐感光材料响应速度快,能及时
的记录和显示,材料分辨率高,有些材料能多次反复使用,不用贵金银,免除
了暗室的显影定影操作,加工过程简便快速,但灵敏度低。它们各有优缺点,
而且不同的非银盐感光材料的性能也是不一样的。
(二)、共轴调节:
光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜成像,为了获得较好的像,必须
使各个透镜的主光轴重合(即共轴),并使物体位于透镜的主光轴附近。另外,
为了最大限度利用激光扩束后的面光源,所有透镜的主轴都需要大致通过光斑
中心,才能获得清晰的像。
共轴调节使物、屏的中心处在透镜光轴上,并使各光学元件共轴,达到共轴能
保证近轴光线的条件成立。一般分为两步进行,第一步粗调,即用眼睛观察,
使物、屏与透镜中心大致在一条直线上;粗调方法如下:通过前后移动白屏的
方法先使激光光束与台面平行,再将透明物、扩束镜、双凸透镜依次摆好,调
节它们的取向和高低左右位置,凭眼睛观察,再让光斑、物、镜的几何中心处
在一条直线上,这样便使镜的主光轴与平台面平行且共轴,光斑也最大限度得
到利用。
图示过程为:调节透镜杆的高度,使得光斑中心与透镜架上的中心小圆孔
在同一高度。
第二步细调,即移动透镜,当两次成像中心重合即达到共轴,若不重合,
须视情况,针对性地调节各光学元件,直至两次成像的中心重合。如果系统有
两个以上的透镜,先加入一个透镜调节共轴,然后再依次加入透镜,使每次所
加透镜都与原系统共轴。
反射镜的调节方法类似。
(三)、调节平行光:
⑴ 调整扩束镜,准直镜共轴,
激光 扩束镜 准直镜
⑵ 粗调,把准直镜放到一定位置使扩束镜处于准直镜的前焦面上,然后在准直
镜后放一挡板,不断前后纵向移动挡板,观察挡板上圆形光斑的到大小是不是
发生变化,如果发生变化,就再前后移动准直镜的位置,再前后移动挡板,观
察圆形光斑的大小,如果变化,重复以上工作,直到光斑大小不发生变化位置,
完成粗调。
在调节中要注意光斑变化的和准直镜移动方向的关系,从而很快达到粗调的效
果
激光准直镜
扩束镜
挡板
⑶ 细调 1,如有条件,可以选用平晶进行细调。把平晶放到准直镜后,使光线
反射到挡板上,可以观察到干涉条纹。
激光 扩束镜
准直镜
平晶
挡板
⑷ 细调 2,左右微移动准直镜,观察挡板条纹的变化,找出规律,并使条纹的
数目减少,最后在挡板上只剩下,一条或半条条纹,这时从准直镜出来的光线
就是平行光。
激光 扩束镜
挡 板 ( 条
纹 变 化 ,
使 之 越 来
越少)
准直镜
平晶
微移动
.真空滤波器的调节:
(1) 首先在激光的前面一定距离放一光屏,在激光打在屏上的一点做记号
并且固定光屏,
(2) 然后把针孔滤波器的针孔拿出,使针孔面朝上,不要接触桌面或工作
台。
(3) 将针孔滤波器至于激光和光屏之间,调整针孔滤波器的高度使之与激
光同高,这时就会在光屏上出现一个亮度均匀的圆光斑,并且光斑的
中心与我们光屏上做的记号重合。
(4) 然后把针孔放到滤波器上,先稍许移动垂直和左右方向的调节手轮,
直接观察针孔小眼,使针孔处小亮点最亮;再调节前后方向的手轮,
使得物镜不断靠近针孔。
(5) 待有光斑出现后,不断重复第 4 步,使光斑的亮度逐渐增加,在光屏
上观察到同心的亮暗衍射环。
(6) 最后再沿三个方向微调,使中央亮斑半径不断扩大,亮度逐渐增加,
直至最亮最均匀为止。
仪器用具
尽量将本实验系统所提供的所有光学、光电、机械调整元件的功能和使用方法
都熟悉。
实验内容:
(1)主要光学实验仪器的分辨
(2)进行共轴调节、调平行光
附录:光学成像的基本概念与完善成像条件
一、 光学系统与完善成像的概念
1、光学系统:由一系列的光学元件所构成的系统。
这里所说的光学元件可以是透镜、反射镜、棱镜等。
光学系统又分为:共轴光学系统及非共轴光学系统
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- zyxyxyxyxy2012-12-19内容很多 对于博士意义不大
zhanglongji
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