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=--α，因为顶角α=-，δ具有最小值，当且仅当=时，此时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，由，因此，测出，，即可求三棱镜对该光折射率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）

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 2014.9.2        

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

                 

                 4.组装好的望远镜

四、普通望远镜与测量望远镜比较及其涉及的光学、机械原理：

    测量望远镜在普通望远镜基础上采用“物方远心光路”，即孔径光阑位于物镜像方焦面，入瞳位于无穷远，轴外点主光线平行于光轴。这样消除由于物平面位置不准确所引起的测量误差。

五、自问自答

1.望远镜成像模糊是什么原因？

可能是镜头有污物，焦距未调好，也可能是透镜组本身的质量问题。

2.光学零件的清洁需要那些工具？应该注意些什么？

棉球，酒精，乙醚，甲醇

使用时远离火源；在清洗光学仪器前，从手指上取下戒指等收拾，仔细洗手以去除皮肤油脂，并戴上手套，同时避免划伤划伤表面。

                实验4  光具座的使用

报告人    刘云鹏        同组实验者      胡捷           时间     2014.9.3    

实验目的：

1．学习光具座的使用；

2．掌握薄透镜焦距的简单测量方法

一、实验仪器：（仪器名称及仪器编号、样品描述）

光具座，成像透镜，物体，平行光管，屏幕

二、实验原理：（简略叙述）

 位移法测薄透镜焦距： 实物y和光屏之间距离A大于成像透镜焦距的四倍时，分别找到成倒立放大实像和倒立缩小实像的两个透镜的位置。若透镜两个位置间距为d，则待测成像透镜的焦距为

三、实验步骤及现象（详细）：

    点亮光源，调整实物到光屏间距大于四倍透镜焦距，并测出这段距离A，左右滑动透镜分别至两个成像清晰的位置。现象：其中一个为倒立放大实像，另一个为倒立缩小实像，并记录两处的位置d。重复多次。

四、实验数据记录(单位：cm)

五、自问自答

1.物与屏放置位置在4倍焦距上可以成像吗？

经后期实验，当物与屏相距正好4倍焦距时，像会发生连续变化，无法得到距离d.

2.光具座的精确度可以保证吗？

   很明显不可以，所以需要多次测量取平均值。

 

               实验5  望远系统参数测量

报告人    刘云鹏        同组实验者        胡捷      时间    2014.9.3     

实验目的：

1．学习测量显微镜的使用。

2．了解望远系统的入瞳、出瞳及出瞳距的基本概念及测量方法。

3．掌握望远系统放大率的测量方法。

一、实验仪器：（仪器名称及仪器编号、样品描述）

   测量显微镜，望远镜，平行光管，光具座

二、实验原理：（简略叙述）

     出瞳测量：在平行光源下将望远镜调焦至无穷远，利用测量显微镜分划板刻线量出目镜中所见亮斑直径即为出瞳大小。

     出瞳距测量：测量显微镜观察到清晰的亮斑到望远镜目镜后表面花纹的距离。

     测量显微镜的使用：旋转目镜外沿调焦，目镜内分划板单位1mm。

三、实验步骤及现象（详细）：

点亮平行光管，现象：在显微镜中观察到亮斑。适当前后调节显微镜，使得亮斑清晰，并记下此时显微镜光具座位置A。旋转鼓轮，使与分划板刻度垂直的标线相切于光斑右侧，读出标线右侧的刻度值加上鼓轮数值（估读一位）即为标线初始位置C，再将标线调至光斑左相切，同理读出此处标线位置D，两次标线位置相减即为出瞳大小。

再次调节显微镜光具座直至可以清晰观察到望远镜后表面的划痕灰尘，记下此时显微镜光具座位置B。出瞳距=A-B 。以上实验重复三次求平均值。

实验数据： （单位：mm）

四、自问自答

你怎样证明望远镜物镜镜框内径就是入射光瞳D_入？

  用测量显微镜测得明亮光斑直径与望远镜物镜内直径相同，可以证明。

第二篇：实验报告-偏振光学实验

实 验 报 告

姓 名： 班 级： 学 号： 实验成绩：

同组姓名： 实验日期：2008-3-3 指导老师：助教10

批阅日期：

偏振光学实验

【实验目的】

1. 观察光的偏振现象,验证马吕斯定律

2. 了解1/2波片,1/4波片的作用

3. 掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测.

【实验原理】

1． 光的偏振性

光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图１）。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。

2．偏振片

虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。）。偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。

3.马吕斯定律

设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为 ，

则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A= ɑ，强度 I= ，I= ɑ=

Ｉ ɑ= ɑ 式中 为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。 这就是１８０９年马吕斯在实验中发现的，所以称马吕斯定律。显然，以 光线传播方向为轴，转动检偏器时，透射光强度Ｉ将发生周期变化。

若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值部位０。若光强完全不变化，则入射光是自然光或圆偏振光。这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。

4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2波片和1/4波片的作用

当平面偏振光同过1/2波片后，产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的夹角为2ɑ（ɑ为入射光振动面与波片光轴的夹角，下同）；

当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与ɑ相关：

ɑ= 0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。

ɑ= 1/4波片光轴的平面偏振光。

ɑ=

ɑ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。

我们使平面偏振光通过1/2波片，1/4波片，产生各种性质的偏振光，来研究它们的性质以及它们之间的关系。

原始数据记录表

1验证马吕斯定律

偏振片初始角度为218度

从表中可知,当偏振片角度余弦的平方值相同时,光电流值也基本保持相同,这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。下面我们取表格中的前一半数据(即一组不同的角度和其对应得光电流值作图)，来观察其关系

从图中可见，光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系，这也就验证了马吕斯定律。

2.线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用

由此可见,为达到消光,检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。 而若检偏器固定,将1/2波片转过360度,会观察到两次消光；同样地,若1/2波片固定,将检偏器转过360度,同样会观察到两次消光。由此可见,线偏振光通过1/2波片后,它仍是线偏振光,只是发生了角度的改变而已。

3．用1/4 波片产生圆偏振光和椭圆偏振光。 波片转20度时

下面通过作图，来观察二者的关系

波片转45度时

此图像与圆偏振光比较可知，1/4波片转角为 时，产生的是圆偏振光。

将此图像与上一图像进行比较，即将1/4波片转20度与转40度时的图像进行比较：可知45度时光电流强度的最大值较小，最小值较大，最大值与最小值之差减小了。而且45度与20度时产生极值的角度值发生了变化。这些都是由于1/4波片角度发生了改变，使合成的偏振状态也发生了改变。

【分析讨论】

1．实验中获得的数据与理想情况还是有一定的误差。因为在实验室中，许多组实验在同时进行，光是很敏感的，自己的仪器受其他实验产生的光的影响还是很大的。我们在实验尽量挡住其他方向来的光，这样使实验结果趋于理想。

2．关于实验中零点的取值：我们在实验中发现有连续的好几个数据点的值都是0，这样就不好选取0点，所以就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统计数据时发现有时这个0点的选取还是有偏差的，所以在实验报告中对个别零点进行了调整。

【思考题】

1.答：当ɑ

当ɑ

是入射自然光强。

2.答：在相互正交的偏振片 和 中间插进一块1/4波片，使其光轴跟起偏器 的光轴平行，那么透过起偏器 的光斑是暗的,因为通过 后的出射光为振动方向平行1/4波片光轴得平面，即平行于 的光轴。将 转动90度后，光斑变成亮的，因为这时 的光轴与 的光轴也平行了。

3.答：在第二题中如果用1/2波片代替1/4波片，结果是相同的。 √ 时，透射光是入射自然光强的 √ 时，透射光是最大透射光强的 1/3； 1/3，因为最大透射光强就