工程光学实验教材

实验一自组望远镜(测量实验)

一、实验目的

了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。

二、实验原理

最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。

三、实验仪器

1、带有毛玻璃的白炽灯光源S

2、毫米尺FL=7mm

3、二维调整架：SZ-07

4、物镜Lo：f o=225mm

5、二维调整架：SZ-07

6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜）

7、读数显微镜架:SZ-38

8、滑座：TH70

9、滑座：TH70Y

10、滑座：TH70Y

11、滑座：TH70

12、白屏：SZ-13

四、仪器实物图及原理图

图四

五、实验步骤

1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把

标尺放在毫米尺一侧。

2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完整

毫米尺上的刻线。

3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。

六、数据处理

毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂

望远镜放大倍率M=A＂B＂/AB

七、实验结果：

1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm

所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍

2、观察到的现象：

八、遇到的问题及心得体会：

1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器；

2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜；

3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来；

4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律：

凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。

实验二自组显微镜(测量实验)

一、实验目的

了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的一种方法。二、实验原理

物镜L o的焦距f o很短，将F1放在它前面距离略大于f o的位置，F1经L o后成一放大实像F’1，然后再用目镜L e作为放大镜观察这个中间像F’1，F’1应成像在L e的第一焦点F e之内，经过目镜后在明视距离处成一放大的虚像F’’1。

三、实验仪器

1、带有毛玻璃的白炽灯光源S

2、1/10mm分划板F1

3、二维调整架：SZ-07

4、物镜Lo：f o=15mm

5、二维调整架：SZ-07

6、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）

7、读数显微镜架:SZ-38

8、三维底座：SZ-01

9、一维底座：SZ-03

10、一维底座：SZ-03

11、通用底座：SZ-04

四、仪器实物图及原理图

图四（1）

图四（2）

五、实验步骤

1、把全部器件按图四的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。

2、把透镜Lo 、Le 的间距固定为180mm 。

3、沿标尺导轨前后移动F1（F1紧挨毛玻璃装置，使F1置于略大于f o 的位置），直至在显微镜系统中看清分划板F1的刻线。

六、数据处理

显微镜的计算放大率：(250)/()o e M f f =???

其中：E O F F -=?，见图示。

本实验中的fe=250/20(计算方法可参考光学书籍)

七、实验结果

1、数据：(250)/()o e M f f =???=|250*（-25）|/(15*250/20)=3.33

2、观察到的现象：

八、遇到的问题及心得体会

1、自组显微镜时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器；

2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成显微镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜；

3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来；

4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功显微镜，且通过观察我们得到规律：

凸透镜成像规律：物体在一倍焦距以内，成放大正立的虚像；在一倍焦距以外二倍焦距以内成倒立放大放大的实像。

实验三偏振光分析(测量实验)

一、实验目的

观察光的偏振现象，分析偏振光，起偏，定光轴

二、实验原理

（一）偏振光的基本概念

光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且均垂直于光的传播方向c，通常用电矢量E代表代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向c所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如附图1（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它们所发射的光的振动面，出现在各个方面的几率是相同的。故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光附图1（b）。在发光过程中，有些光的振动面在某个特定方

向上出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向上较强，这种光称为部分偏振光，如图附图1（c ）所示，还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规律的变化，而电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆。这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光。

附图1（a ）附图1（b ）附图1（c ）

（二）获得偏振光的常用方法

将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器。常用的起偏装置主要有： 1、反射起偏器（或透射起偏器）

当自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。 当入射角达到某一特定值b ?时，反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面（见附图2）而角b ?就是布儒斯特角，也称为起偏振角，由布儒斯特定律得

21/b tg n n ?=

例如，当光由空气射向n=1.54的玻璃板时，b ?=57度

若入射光以起偏振角b ?射到多层平行玻璃片上，经过多次反射最后透射出来的光也就接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。由多层玻璃片组成的这种透射起偏振器又称为玻璃片堆。见附图3。

附图

2

附图4

2、晶体起偏器

利用某些晶体的双折射现象来获得线偏振光，如尼科尔棱镜等。

1、偏振片（分子型薄膜偏振片）

聚乙烯醇胶膜内部含有刷状结构的炼状分子。在胶膜被拉伸时，这些炼状分子被拉直并平行排列在拉伸方向上，拉伸过的胶膜只允许振动取向平行于分子排列方向（此方向称为偏振片

的偏振轴）的光通过，利用它可获得线偏振光，其示意图参看图附图4。偏振片是一种常用的“起偏”元件，用它可获得截面积较大的偏振光束（它就是本实验使用的元件）。

(三)偏振光的检测

鉴别光的偏振状态的过程称为检偏，它所用的装置称为检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。用于起偏的偏振片称为起偏器，把它用于检偏就成为检偏器了。

按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为

20cos I I θ=

式中θ为入射光偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角。显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化。当θ=0度时，透射光强度最大；当θ=90度时，透射光强度最小（消失状态）；当0度<θ<90度时，透射光强度介于最大值和最小之间。因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态。

（四）偏振光通过波晶片时的情形 1.波晶片

波晶片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴。

当一束单色平行自然光正入射到波晶片上时，光在晶体内部便分解为o 光与e 光。o 光电矢量垂直于光轴;e 光电矢量平行于光轴。而o 光和e 光的传播方向不变，仍都与表面垂直。但o 光在晶体内的速度为0v ,e 光的为e v 即相应的折射率0n 、e n 不同。

设晶片的厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差

0()e

n n l π

σλ=

- 式中λ为光波在真空中的波长。2k σπ=的晶片，2k σππ=+称为全波片；者为半波片（λ/2

波片）；22

k π

σπ=±为λ/4片，上面的k 都是任意整数。不论全波片，半波片或λ/4片都是对

一定波长而言。

以下直角坐标系的选择，是以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴。沿任意方向振动的光，正入射到波晶片的表面，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量。

2.光束通过波片后偏振态的改变

平行光垂直入射到波晶片后，分解为e 分量和o 分量，透过晶片，二者间产生一附加位相

差σ。离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于σ及入射光的性质。

（1）偏振态不变的情形

（i ）自然光通过波晶片，仍为自然光。因为自然光的两个正交分量之间的位相差是

无规的，通过波晶片，引入一恒定的位相差σ，其结果还是无规的。

（ii ）若入射光为线偏振光，其电矢量E 平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都

不起作用，出射光仍为原来的线偏振光。因为这时只有一个分量，谈不上振动的合成与偏振态的改变。

除上述二情形外，偏振光通过波晶片，一般其偏振情况是要改变的。 （2）λ/2片与偏振光

（i ）若入射光为线偏振光，在λ/2片的前面（入射处）上分解为

cos e e E A t ω=

cos()o o E A t ωε=+ε=0或π

出射光表示为

2cos()e e e E A t n l π

ωλ

=-

2cos()o o o E A t n l π

ωελ

=+-

讨论二波的相对位相差，上式可写为

cos e e E A t ω=

22cos()o o o e E A t n l n l π

π

ωελλ

=+-

+

=cos()o A t ωεσσπ+-=，

出射光二正交分量的相对位相差由此决定。现在

0εσππ-=-=-和0εσππ-=-=

这说明出射光也是线偏振光，但振动方向与入射光的不同。如入射光与晶片光轴成θ角，则出射光与光轴成-θ角。即线偏振光经λ/2片电矢量振动方向转过了2θ角。

（ii ）若入射光为椭圆偏振光，作类似的分析可知，半波片既改变椭圆偏振光长（短）

轴的取向，也改变椭圆偏振光（圆偏振光）的旋转方向。

（3）λ/4片与偏振光

（i ）入射光为线偏振光

cos e e E A t ω=

cos()o o E A t ωε=+ε=0或π

则出射光为

cos e e E A t ω=

cos()2

o o E A t π

ωεσσ=+-=±

，

则出射光为

cos cos()2

e o E A t

E A t ωπωεσσ==+-=±

，

此式代表一正椭圆偏振光。2

π

εσ-=+对应于右旋，2

π

εσ-=-

对应于左旋。当e o A A =时，

出射光为圆偏振光。

（ii ）入射光为圆偏振光

cos e E A t ω=

cos()2

o E A t π

ωεε=+=±

，

此式代表线偏振光。0εσ-=出射光电矢量E 出沿一、三象限；εσπ-=，E 出沿二、四

象限。

（iii ）入射光为椭圆偏振光

cos e e E A t ω=

cos()o E A t ωεεππ=+-+，在到任意取某值

出射光为

cos e e E A t ω=

cos()2

o o E A t π

ωεσσ=+-=±

，

可见出射光一般为椭圆偏振光。

三、实验仪器

1、He —Ne 激光器（632.8nm ）

2、偏振片（起偏器）

3、可变口径二维架：SZ-05

4、偏振片（检偏器）

5、X轴旋转二维架：SZ-06

6、白屏H：SZ-13

7、滑座：TH70

8、滑座：TH70Y

9、滑座：TH70Y

10、滑座：TH70

11、1/4、1/2波片各一片

12、滑座：TH70Y（波片使用）

四、仪器实物图及原理图

图十五

五、实验步骤，及数据处理

1、定偏振片光轴：把所有器件按图十五的顺序摆放在导轨上，调至共轴。旋转第二个偏

振片，使起偏器的偏振轴与检偏器的偏振轴相互垂直，这时可看到消光现象。

2、考察平面偏振光通过λ/2波长时的现象：

（1）在两块偏振片之间插入λ/2波长片，把X轴旋转二维架转动360度，能看到几次消光？

解释这现象。

（2）将λ/2波长转任意角度，这时消光现象被破坏。把检偏器转动360度，观察到什么现象？由此说明通过λ/2波长片后，光变为怎样的偏振状态？

（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入λ/2波长，使消光，再将其转15度，破坏其消光。转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动的角度。

（4）继续将λ/2波长转15度（即总转动角为30度），记录检偏器达到消光所转总角度。

依次使λ/2波长总转角为45度，60度，75度，90度，记录检偏器消光时所转总角度。

3、用波长片产生圆偏振光和椭圆偏振光

（1）按图十五使其起偏器和检偏器正交，用λ/4波长片代替λ/2波长片，转动λ/4波

片使消光。

（2）再将λ/4波片转动15度，然后将检偏器转动360度，观察到什么现象？你认为这时从λ/4波片出来光的偏振状态是怎样？

（3）依次将转动总角度为30度，45度，60度，75度，90度，每次将检偏器转动，记录所观察到的现象。

六、实验结果

2、（1）、出现4次消光；

（2）、出现2次消光；

（3）、（4）、

规律：当半波片转动任一角度t时，对应的检偏器转动2*t。

3、

（1）出现4次消光；

七、心得体会

1、第一次做实验，没有按照实验册上讲的步骤做，导致实验结果偏差太大，基本是属于不正确的实验结果；

2、虽然得到的结果毫无规律，不像是正确的实验结果，但是我们自认为实验过程没有问题，所以如实记录数据，后来证实实验结果的确是错误的；

3、第二次做实验，按照实验步骤来做，但是由于不明白实验原理，课前也没有进行复习，未掌握实验过程，错把起偏器当成了检偏器，再次导致的实验结果的错误，最终在老师的耐心指导下，终于明白的问题所在；

4、第三次做实验，根据的老师的指导，以及阅读实验册，明白实验的原理及过程，终于

得到了正确地实验结果；

5、做1/4波长的实验的时候，吸取了半波片实验时的经验教训，得到实验结果，但是由于该次实验的结果不像半波片的结果那样有规律可循，我们对实验结果很不自信，最后跟老师交谈，老师说要忠于实验，如实记录，这是作为实验者需要的特别重要的素质，这样记录的结果哪怕不正确，至少我们的态度是端正的。

6、通过这次实验，我深刻体会到课前预习的重要性，以及做实验一定按部就班、认真谨慎，唯有这样我们才能探索出科学的真理。

实验四阿贝成像原理和空间滤波（测量实验）

一、实验目的

了解付里叶光学基本原理的物理意义，加深对光学中的空间频谱和空间滤波等概念的理解。

二、实验原理

1、傅立叶变换在光学成像系统中的应用。

在信息光学中、常用傅立叶变换来表达和处理光的成像过程。

设一个xy 平面上的光场的振幅分布为g(x,y)，可以将这样一个空间分布展开为一系列基元函数exp[()]x y iz f x f y π+的线性叠加。即

(,)()exp[2()]x

y x y x y g x y G f

f f x f y df df π∞

-∞

=

+??(1)

x f ，y f 为x,y 方向的空间频率，量纲为1L -；()x y G f f 是相应于空间频率为x f ，y f 的基元函数

的权重，也称为光场的空间频率，()x y G f f 可由下式求得：

(,)(,)exp[2()]x

y

G x y g x y i f x f

y dxdy π∞

-∞

=

-+??(2)

g(x,y)和()x y G f f 实际上是对同一光场的两种本质上等效的描述。

当g(x,y)是一个空间的周期性函数时，其空间频率就是不连续的。例如空间频率为0f 的一维光栅，其光振幅分布展开成级数：

0()exp[2]n

n g x G

i n f x π∞

=-∞=

∑

相应的空间频率为f=0，0f ，0f 。

2、阿贝成像原理

傅立叶变换在光学成像中的重要性，首先在显微镜的研究中显示出来。E.阿贝在1873年提出了显微镜的成像原理，并进行了相应的实验研究。阿贝认为，在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤，第一个步骤是通过物的衍射光在物镜后焦面上形成一个初级衍射（频谱图）图。第二个步骤则为物镜后焦面上的初级衍射图向前发出球面波，干涉叠加为位于目镜焦面上的像，这个像可以通过目镜观察到。

成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换，如果物的振幅分布是g(x,y)，可以证明在物

镜后面焦面'

x ，'

y 上的光强分布正好是g(x,y)的傅立叶变换()x y G f f 。（只要令'x x f F

λ=，

'

y y f F

λ=，λ为波长，F 为物镜焦距）。所以第一步骤起的作用就是把一个光场的空间分布变成

为：空间频率分布；而第二步骤则是又一次傅氏变换将()x y G f f 又还原到空间分布。

附图1显示了成像的这两个步骤，为了方便起见，我们假设物是一个一维光栅，平行光照在光栅上，经衍射分解成为向不同方向的很多束平行光（每一束平行光相应于一定的空间频率）。经过物镜分别聚集在后焦面上形成点阵，然后代表不同空间频率的光束又从新在像平面上复合而成像。

附图1

但一般说来，像和物不可能完全一样，这是由于透镜的孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信息）不能进入到物镜而被丢弃了，所以像的信息总是比物的信息要少一些，高频信息主要是反映物的细节的，如果高频信息受到了孔径的阻挡而不能到达像平面，则无论显微镜有多大的放大倍数，也不可能在像平面上分辨出这些细节，这是显微镜分辨率受到限制的根本原因，特别当物的结构是非常精细（例如很密的光栅），或物镜孔径非常小时，有可能只有0级衍射（空间频率为0）能通过，则在像平面上就完全不能形成图像。

3、光学空间滤波

上面我们看到在显微镜中物镜的孔径实际上起了一个高频滤波的作用，这就启示我们，如果在焦平面上人为的插上一些滤波器（吸收板或移相板）以改变焦平面上光振幅和位相就可以根据需要改变像平面上的频谱，这就叫做空间滤波。最简单的滤波器就是把一些特殊形式的光阑插到焦平面上，使一个或几个频率分量能通过，而挡住其他频率分量，从而使像平面上的图像只包括一种或几种频率分量，对这些现象的观察能使我们对空间傅立叶变换和空间滤波有更明晰的概念。

三、实验仪器

1、He-Ne激光器（632.8nm）

2、扩束镜L1：f1=4.5mm

3、二维调整架：SZ-07

4、准直镜L2：f2=190mm

5、二维调整架：SZ-07

6、一维光栅（25L/mm）

7、干板架：SZ-12

8、傅立叶透镜L3f3=150mm

9、白屏P：SZ-13

10、滑座：TH70

11、滑座：TH70Y

12、滑座：TH70Y

13、滑座：TH70Y

14、滑座：TH70Y

15、滑座：TH70Y

16、滑座：TH70

17、频谱滤波器：SZ-32

四、仪器实物图及原理图

图七

五、实验步骤及数据处理

1、用L1、L2组成扩束系统，使其出射的平行激光光束垂直的照射在其狭缝沿铅直方向放置的一维光栅上。前后移动变换透镜L3，使光栅（物）清晰的成像于离物两米以外的墙壁上。此时光栅位置接近于透镜的前焦面，故透镜的后焦面就为其傅氏面，该面上光强的分布即为物的空间频谱。用白屏H 在透镜的后焦面附近慢慢移动，在透镜后焦面上可以观察到水平排列的一些清晰光点。这些光点相应于光栅的012±±，，......级衍射极大值，用米尺大约测出各光点与中央最亮点的距离'x ，由'x 以及透镜的焦距F ，光波波长

λ，试求出这些光点相应的空间频率。

2、在L3后焦面（傅氏面）处放入频谱滤波器，挡去0级以外的各点，观察像面上有无光栅条纹。

3、调节光栏，使0级和±1级最大值通过，观察像面上的光栅条纹像，再把光栏拿去，

让更高级次的衍射都能通过，再观察像面上的光栅条纹像，试看这两种情况的光栅条纹像的宽度有无变化。

选做：

4、把一维光栅换成二维正交光栅，再前后移动变换透镜L3，使光栅（物）清晰的成像于

离物两米以外的墙壁上。这时在透镜后焦面上观察到二维的分立光点阵（即正交光栅的频谱）。在傅氏面处加一频谱滤波器，使通过光轴的一系列光点通过，观察像平面上一维条纹像的方向。

5、将频谱滤波器转过90度角，让包含0级的水平的一排光点通过，观察像平面上一维条

纹像的方向。

6、再将频谱滤波器转过45度角，观察像面上条纹像的方向。

7、用网格字替换二维光栅，观察网格字的像的构成。

六、实验结果

七、遇到的问题及心得体会

1、通过老师的讲解明白了阿贝成像和空间滤波的原理，然后跟同学把用到的实验仪器，按照实验册上的顺序摆放好，先是调节各个仪器的高度，保证其能接受到光，然后调节各个仪器的间距，使光屏上出现衍射图像，分为中央主极大、一级衍射条纹、二级衍射条纹……，且随着衍射级数的增加，光的频率越高，光的能量越小。

2、虽然这次实验比较简单，但是实验过程还是遇到很多问题，光源不能完全固定，总是晃动，给后面的调节工作造成阻碍，最后我们选择换个光源，解决了问题。

3、由于光学实验是比较精密的，实验的人比较多，所以同学们的走动引起空气振荡，还有同学们无意间碰到桌子……都会使实验结果有偏差。

4、通过做实验，我深刻体会到动手实践的重要性，只有我们真正动手去做才会发现问题，

儿解决这些问题的过程就是我们能力提高的过程。作为当代大学生，我们不仅要学好理论知识，更加要注重提高自己的动手操作的能力，正所谓实践是检验真理唯一标准！我们只有做好并且做好理论知识与科学实践相结合，才能成为国家和社会需要的有用之才！

工程光学基础

工程光学基础学习报告 ——典型光学系统之显微镜系统

由于成像理论的逐步完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系统。为了观察近距离的微小物体，要求光学系统有较高的视觉放大率，必须采用复杂的组合光学系统，如显微镜系统。 ●显微镜的介绍 显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。列文虎克，荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者。 显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。 显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。 ●显微镜的分类 显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜，而我们课堂上讲的是光学显微镜。 ●显微镜的结构 普通光学显微镜的构造主要分为三部分：机械部分、照明部分和光学部分。 ◆机械部分 （1）镜座：是显微镜的底座，用以支持整个镜体。 （2）镜柱：是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。 （3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。 （4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。 （5）物镜转换器(旋转器)简称“旋转器”：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3－4 个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。转换物镜后，不允许使用粗调节器，只能用细调节器，使像清晰。 （6）镜台(载物台)：在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。 （7）调节器：是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。 ①粗调节器(粗准焦螺旋)：大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。 ②细调节器(细准焦螺旋)：小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍

第三版工程光学答案

第一章 3、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小得像,若将屏拉远50mm,则像得大小变为70mm,求屏到针孔得初始距离。 解:在同种均匀介质空间中光线直线传播,如果选定经过节点得光线则方向不变,令屏到针孔得初始距离为x,则可以根据三角形相似得出: 所以x=300mm 即屏到针孔得初始距离为300mm。 4、一厚度为200mm得平行平板玻璃(设n=1、5),下面放一直 径为1mm得金属片。若在玻璃板上盖一圆形得纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都瞧不到该金属片,问纸片得最小直径应为多少？ 解:位于光纤入射端面,满足由空气入射到光纤芯中,应用折射定律则有: n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层得时候满足全反射,使得光束可以在光纤内传播,则有: (2) 由(1)式与(2)式联立得到n0、

16、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1、5得玻璃球上,求其会聚点得位置。 如果在凸面镀反射膜,其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜,则反射光束在玻璃中得会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后,会聚点又在何处？说明各会聚点得虚实。 解:该题可以应用单个折射面得高斯公式来解决, 设凸面为第一面,凹面为第二面。 (1)首先考虑光束射入玻璃球第一面时得状态,使用高斯公 式: 会聚点位于第二面后15mm处。 (2) 将第一面镀膜,就相当于凸面镜 像位于第一面得右侧,只就 是延长线得交点,因此就是虚像。 还可以用β正负判断: (3)光线经过第一面折射:, 虚像 第二面镀膜,则:

得到: (4) 在经过第一面折射 物像相反为虚像。 18、一直径为400mm,折射率为1、5得玻璃球中有两个小气泡,一个位于球心,另一个位于1 ／2半径处。沿两气泡连线方向在球两边观察,问瞧到得气泡在何处？如果在水中观察,瞧到得气泡又在何处？ 解: 设一个气泡在中心处,另一个在第二面与中心之间。 (1)从第一面向第二面瞧 (2)从第二面向第一面瞧 (3)在水中

照相机成像原理和构造

照相机成像原理和构造 光博会后看到照相机后的观后感，了解照相机原理及构造，以下资料来自专业人士介绍以及所学工程光学教材知识。 照相机的镜头是一个凸透镜，来自物体的光经过凸透镜后，在胶卷上形成一个缩小、倒立的实像。 胶卷上涂着一层感光物质，它能把这个像记录下来，经过显影、定影后 成为底片，用底片洗印就得到相片。 照相时，物体离照相机镜头比较远，像是倒立、缩小的。

照相机是用于摄影的光学器械。被摄景物反射出的光线通过照相镜头(摄景物镜)和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理(即显影、定影)构成永久性的影像,这种技术称为摄影术。 最早的照相机结构十分简单，仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂，具有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统，是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。1550年，意大利的卡尔达诺将双凸透镜置于原来的针孔位置上，映像的效果比暗箱更为明亮清晰；1558年，意大利的巴尔巴罗又在卡尔达诺的装置上加上光圈，使成像清晰度大为提高；1665年，德国僧侣约翰章设计制作了一种小型的可携带的单镜头反光映像暗箱，因为当时没有感光材料，这种暗箱只能用于绘画。 1822年，法国的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片，但成像不太清晰，而且需要八个小时的曝光。1826年，他又在涂有感光性沥青的锡基底版上，通过暗箱拍摄了一张照片。 1839年，法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机，它是由两个木箱组成，把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦，用镜头盖作为快门，来控制长达三十分钟的曝光时间，能拍摄出清晰的图像。 1860年，英国的萨顿设计出带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜头反光照相机；1862年，法国的德特里把两只照相机叠在一起，一只取景，一只照相，构成了双镜头照相机的原始形式；1880年，英国的贝克制成了双镜头的反光照相机。

工程光学实验教材

工程光学实验教材

实验一自组望远镜 (测量实验) 一、实验目的 了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。 二、实验原理 最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S 2、毫米尺F L=7mm 3、二维调整架：SZ-07 4、物镜Lo：f o=225mm 5、二维调整架：SZ-07 6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架: SZ-38 8、滑座：TH70 9、滑座：TH70Y 10、滑座：TH70Y 11、滑座：TH70 12、白屏：SZ-13 四、仪器实物图及原理图

图四 五、实验步骤 1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把 标尺放在毫米尺一侧。 2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完 整毫米尺上的刻线。 3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。 六、数据处理 毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂ 望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB 七、实验结果： 1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm 所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍 2、观察到的现象：

八、遇到的问题及心得体会： 1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器； 2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜； 3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来； 4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律： 凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。

天津大学2020硕士研究生初试考试自命题科目大纲807工程光学与光电子学基础

一、考试模块划分方式： 考试内容分为A、B 两个模块，考生可任选其中一个模块。A 模块为工程光学，B 模块为光电子学基础。 二、各模块初试大纲： A模块：工程光学 （一）考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 （二）考试的内容及比例 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。具体知识点如下：

工程光学习题解答

第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则 可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：

(工程光学基础)考试试题库1

1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ， 折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e

2019河北工业大学考研大纲-822 工程光学基础

河北工业大学2019年硕士研究生招生考试 自命题科目考试大纲 科目代码：822 科目名称：工程光学基础 适用专业：仪器科学与技术、仪器仪表工程（专业学位） 一、考试要求 工程光学基础适用于河北工业大学机械工程学院仪器科学与技术专业、仪器仪表工程（专业学位）专业硕士研究生招生专业课考试。主要考察对于工程光学基础的基本概念、方法及运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 二、考试形式 试卷采用客观题型和主观题型相结合的形式，主要包括选择题、填空题、判断题、简答题、计算题、分析论述题、设计题等。考试时间为3小时，总分为150分。 三、考试内容 （一）几何光学基本定律与成像概念 1、几何光学的基本定律：折射定律、反射定律、全反射定律、马吕斯定律、费马原理等。 2、几何光学的基本概念：光波、折射率等。 （二）光线光路计算及近轴区成像 1、单个折射球面光线计算 能够利用公式进行实际光路中的光线轨迹运算。 2、近轴区单个折射球面及球面系统的成像物象位置关系计算 能够利用光线追迹计算结果初步判断光学系统的像差；能够利用近轴区的各种公式计算像的位置，像的大小并判断像的虚实。 （三）理想光学系统

1、理想光学系统的基本理论 能够利用共线成像理论求解基点和基面，并完成图解法求像。 2、理想光学系统的解析法求像 能够利用工作理想光学系统的各种计算公式计算理想光学系统的物象位置关系、计算像的大小、位置并判断像的虚实；能够利用节点的性质进行实际问题的分析。 3、光学系统的组合 利用两个理想光学组合等效系统的基点和基面的几何求解方法求解任何所需要的透镜。利用正切法将三个及以上系统的组合等效系统求解。 4、透镜 能够利用透镜的相关公式求解透镜的焦距和基点位置。 （四）平面与平面元件 1、平面元件简介 能够利用平面镜的成像特性解释各种有关平面镜的光学现象及成像特点。能够利用平面镜的旋转性、平移性、双面镜的成像特性进行系统设计。 2、平行平板 能够平行平板成像公式及成像特性解释有关光学现象并应用到实际之中。 3、反射棱镜及像方坐标系求解 能够利用反射棱镜像方坐标系及透镜在不同情况下的像方坐标系的求解方法求解系统的像方坐标系；能够利用棱镜的光学系统的成像方法进行光学系统分析。 4、折射棱镜及光楔 利用折射棱镜最小偏向角的原理解决实际光学问题；学生能够利用光楔的作用分析其在光学系统中的作用。

习题集--《工程光学-物理光学》_测控专业

《工程光学-物理光学》 习题集_测控专业 【教程章节】 第十一章光的电磁理论基础 第十二章光的干涉和干涉系统 第十三章光的衍射 第十五章光的偏振和晶体光学 【核心教材】 郁道银，谈恒英，《工程光学》， 2011年出版了国家“十一五”规划教材（第3版）。 【参考教材】 1.蔡怀宇，《工程光学复习指导与习题解答》，机械工业出版社。 2.梁铨廷，《物理光学》，电子工业出版社（第3版）。 配套教材《物理光学·学习指导与题解》， 3.石顺祥等编著，《物理光学与应用光学》，（第2版）。 4.韩军等著，《物理光学学习指导》，西北工业大学出版社。 5.赵建林（西北工业），《高等光学》，国防工业出版社，2002年 第一版， 6.波恩，沃尔夫，《光学原理》(中英文版)，电子工业出版社。 7.Eugene Hecht, Cunlin Zhang,《Optics》, Higher education press. 8.工程光学网站：202. 113. 13. 85。 9.中国期刊网，万方网，维普期刊全文数据库等。 10.中国光学学会网 https://www.wendangku.net/doc/6e18633129.html,/; 11.SPIE:https://www.wendangku.net/doc/6e18633129.html, 【课程题型类别】 传统型作业、模拟题、思考题、阅读题

第十一章光的电磁理论基础 【阅读理解题】【思考与讨论题】【计算题】 【一、阅读理解题】 ==《工程光学复习指导与习题解答》P.99-101 例题7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5 【三、计算题】 ==《工程光学》书本，P.337--339 第1，2, 3----23，30题，任选10-15题 【思考与讨论题】 == 写出无源、无传导电流静场的麦克斯韦方程组（积分形式或者微分形式） == 无色散情况下的物质方程和其物理意义， == 波动方程一般形式，及光波沿z轴正向传播的波动方程表示式。== 沿z轴正向传播的平面波简谐波解的表达式，以及主要参量之间的关系。 == 总结驻波的特点。 == 理解相速度和群速度。 ==什么是光和光学？研究内容的分类？ ==理解：“几何光学” 和“物理光学” 各自的理论体系，研究方法，了解之间的区别和之间的关系。（此问题回答贯串各章节学习内容。） ==静电场和稳恒电流磁场与非稳定电磁场，用麦克斯韦方程组的积分表示式不同之处？物理模型有何区别？ ==倏逝波存在的条件，什么是倏逝波？倏逝波的特性？ ==光学拍，条件之一是要频率接近。则，如果频率相差大，会有什么

工程光学(1)_实验讲义

实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.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的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域

《工程光学基础》考试大纲

《工程光学基础》考试大纲 主要参考书目 1．工程光学基础教程，郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2008 2．工程光学（第4版），郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2016 考试内容和考试要求 一、几何光学基本定律与成像概念 考试内容： 1、几何光学基本定律 2、成像基本概念与完善成像 3、近轴光学系统 考试要求： 1、掌握光学基本定律及几何光学基本概念 2、掌握成像概念与完善成像条件 3、掌握近轴光线及成像特点、掌握光轴光线成像计算 二、理想光学系统 考试内容 1、理想光学系统的基点与基面 2、理想光学系统的物像关系 3、理想光绪系统的放大率 4、理想光学系统的组合 考试要求： 1、掌握理想光学系统的基点与基面概念 2、掌握理想光学系统的求物像关系（作图法与计算法） 3、掌握理想光绪系统的放大率概念与相关计算 4、理解理想光学系统的组合方法及计算 三、平面系统 考试内容 1、平面镜成像

2、平行平板 3、反射棱镜 4、折射棱镜与光楔 考试要求： 1、掌握平面镜成像规律 2、掌握平行平板成像规律 3、掌握反射棱镜成像与成像方向判断 4、了解折射棱镜与光楔传光特性 四、光学系统中的光阑和光束限制 考试内容 1、光阑 2、照相系统中的光阑 3、望远镜系统中成像光束的选择 4、显微镜系统中的光束限制与分析 考试要求： 1、掌握光阑的分类及作用 2、掌握照相系统中光束限制分析 3、掌握望远镜系统中成像光束分析方法 4、掌握显微镜系统中的光束限制与分析 五、光度学 考试内容 1、辐射量与光学量及其单位 2、光传播过程中光学量的变化规律 3、成像系统像面的光照度 考试要求： 1、掌握光学量及其单位 2、理解光传播过程中光学量的变化规律 3、理解成像系统像面的光照度的计算 六、典型光学系统 考试内容 1、眼睛及其光学系统

天津大学《工程光学》课程教学大纲

天津大学《工程光学》课程教学大纲 课程代码：2020015/2020016 课程名称：工程光学 学时：64 学分： 4 学时分配：授课：52 实验：12（内容及要求见实验教学大纲）授课学院：精仪学院更新时间：2011-6-14 适用专业：测控技术与仪器、电子科学与技术、信息工程（光电信息工程方向）、光电子技术科学、生物医学工程 先修课程：高等数学、大学物理 一．课程性质、教学目的与任务 本课程是一门专业基础课，主要讲授几何光学和物理光学方面的基本理论、基本方法和典型光学系统实例及应用。通过本课程的学习，学生应能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础。 二．教学基本要求 任课教师应以本课程大纲为依据，合理安排教学内容，认真备课；课堂教学中应尽可能充分利用多媒体课件、课程网站等现有教学资源，根据实际条件开展不同程度的双语教学实践；课堂教学后，要留一定数量的作业题，并坚持批改，以利掌握学生的学习情况；习题讲解和分析均不占课内学时；要及时与实验指导人员取得联系，安排相应课程实验，课程主讲教师必须全程参加实验指导1个班次。 学生应按要求参加全部的课堂教学活动，按要求完成作业；参加期中、期末考试，获得该课程学分。 通过本课程的学习，学生应掌握或了解以下基本内容： 1．系统掌握几何光学的基础理论，包括基本定律、球面和共轴球面系统理论、理想光学系统理论，平面镜与棱镜系统理论和光学系统中光阑的概 念。 2．掌握光学系统像差的基本概念、产生原因、危害和校正方法，了解像差的计算。 3．掌握三种典型的光学系统，即：显微系统、望远系统和摄影系统，并了解一些特殊的光学系统知识。 4．掌握光的电磁理论及光波叠加的相关知识。

工程光学实验报告

工程光学实验报告 最小偏向角法测棱镜折射率 1.测量原理 从几何光学可知，棱镜的玻璃折射率n与棱镜顶角A及最小偏向角之间有如下的关系： 在不同波长的单色光照明下，在分光仪上测得A和，即可利用上式求得 不同波长的玻璃折射率。 2.实验仪器设备 ①分光仪：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理进行角度测量的仪器。它主要由下列几个部分组成：自准直望远镜，平行光管，载物台，度盘和游标盘。望远镜通过支臂与度盘固定在一起，组成仪器的照准部。它与游标盘和棱镜台可分别绕度盘的垂直轴旋转，转过的角度由游标盘和度盘读出（游标精度为1’，度盘每格值为30’），每次读数要在对径方向上二个游标上读数，然后取其平均值，这样可消除度盘的偏心误差，且要在度盘的三个不同位置上读数，以消除度盘的刻度误差，轴的晃动误差等，仪器上各运动部分备有锁紧、微动和调整装置的螺钉。 ②光源： a.用钠光灯作照明光源测量D光折射率，钠光谱线λ=0.6328μ。

b.自准直望远镜照明光源为6.3伏白炽灯及变压器。 3.实验步骤 第一步：调整： ①接上光源b； ②目镜调焦； ③望远镜调焦，用自准直法将目镜分划板正确地调焦在物镜焦面上，即使望远镜物镜对无穷远调焦； a.粗调望远镜光轴，使其位置适中（通过上、下、左、右调节螺钉）； b.棱镜台上放一平行平板玻璃，工作面正对望远镜，观察目镜分划板上 十字丝与反射回来的像是否同时清晰，若不同时清晰，则移动目镜镜管，直至同时清晰为目。 ④使望远镜瞄准轴与度盘轴相互垂直； 当用平行平板使望远镜调焦无穷远时，则锁紧螺钉6，使棱镜台与游标盘连在一起，通过目镜观察分划板上十字丝和其反射像水平线是否精确对称，若不对称则用半修法校正（即不对称量由望远镜和棱镜台各负责校正一半），它可通过调整螺钉达到，然后将棱镜台连同游标盘带平行平板转过去180

工程光学基础教程-习题答案(完整)

第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10?m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65时，v=1.82 m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s 。 2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： ,所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？ 2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x

88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0 . 5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 会聚点位于第二面后15mm 处。 （2） 将第一面镀膜，就相当于凸面镜

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特 点及其现象的应用；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空

工程光学练习题(英文题加中文题含答案)

English Homework for Chapter 1 1.In ancient times the rectilinear propagation of light was used to measure the height of objects by comparing the length of their shadows with the length of the shadow of an object of known length. A staff 2m long when held erect casts a shadow 3.4m long, while a building’s shadow is 170m long. How tall is the building? Solution. According to the law of rectilinear propagation, we get, x=100 (m) So the building is 100m tall. 2.Light from a water medium with n=1.33 is incident upon a water -glass interface at an angle of 45o. The glass index is 1.50. What angle does the light make with the normal in the glass? Solution. According to the law of refraction, We get, So the light make 38.8o with the normal in the glass. 3. A goldfish swims 10cm from the side of a spherical bowl of water of radius 20cm. Where does the fish appear to be? Does it appear larger or smaller? Solution. According to the equation. and n ’=1 , n=1.33, r=-20 we can get So the fish appears larger. 4.32170= x ' 'sin sin I n I n =626968 .05.145 sin 33.1sin =?= 'ο I ο 8.38='I r n n l n l n -'=-''11416.110 133 .15836.8)(5836.81165.02033.01033.11>-=??-=''= -='∴-=--+-=-'+='l n l n cm l r n n l n l βΘn′=1.50 n=1.33 water 45o I′ A

工程光学实验指导

实验一物镜焦距、截距的测定 一、实验目的 掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。 三、实验原理 测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。 图1－1焦距截距的测定原理图 其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。 从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出： w=w` （1－1） 这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。 利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下 （1－2） 式中：β――――――测量显微镜放大倍数 四、实验设备 焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜） 焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。

2018年北航光学工程考研(085202)考试科目、招生人数、参考书目、复习指导---新祥旭考研

2018年北航光学工程考研（085202）考试科目、招生人数、参考书目、 复习指导 一、招生信息 所属学院：仪器科学与光电工程学院 所属门类代码、名称：工学[08] 招生人数：33 所属一级学科代码、名称：工程硕士[0852] 二、研究方向： 01 光学工程 三、初试考试科目： ①101思想政治理论 ②201英语一 ③301数学一或302数学二 ④871光学工程综合或873仪器综合 四、参考书目 871光学工程综合 《工程光学》机械工业出版社2006-02 郁道银谈恒英 《光学工程基础1》清华大学出版社2006-05 毛文炜 873仪器综合 《数字电子技术基础》高等教育出版社阎石主编， 《数字电子技术基础习题解答》高等教育出版社阎石主编， 《自动控制原理》高等教育出版社程鹏主编， 《自动控制原理学习辅导与习题解答》高等教育出版社程鹏主编， 《工程光学》机械工业出版社郁道银主编，

五、复习指导 1、参考书的阅读方法 （1）目录法：先通读各本参考书的目录，对于知识体系有着初步了解，了解书的内在逻辑结构，然后再去深入研读书的内容。 （2）体系法：为自己所学的知识建立起框架，否则知识内容浩繁，容易遗忘，最好能够闭上眼睛的时候，眼前出现完整的知识体系。 （3）问题法：将自己所学的知识总结成问题写出来，每章的主标题和副标题都是很好的出题素材。尽可能把所有的知识要点都能够整理成问题。 2、学习笔记的整理方法 （1）第一遍学习教材的时候，做笔记主要是归纳主要内容，最好可以整理出知识框架记到笔记本上，同时记下重要知识点，如假设条件，公式，结论，缺陷等。记笔记的过程可以强迫自己对所学内容进行整理，并用自己的语言表达出来，有效地加深印象。第一遍学习记笔记的工作量较大可能影响复习进度，但是切记第一遍学习要夯实基础，不能一味地追求速度。第一遍要以稳、细为主，而记笔记能够帮助考生有效地达到以上两个要求。并且在后期逐步脱离教材以后，笔记是一个很方便携带的知识宝典，可以方便随时查阅相关的知识点。 （2）第一遍的学习笔记和书本知识比较相近，且以基本知识点为主。第二遍学习的时候可以结合第一遍的笔记查漏补缺，记下自己生疏的或者是任何觉得重要的知识点。再到后期做题的时候注意记下典型题目和错题。 （3）做笔记要注意分类和编排，便于查询。可以在不同的阶段使用大小合适的不同的笔记本。也可以使用统一的笔记本但是要注意各项内容不要混杂在以前，不利于以后的查阅。同时注意编好页码等序号。另外注意每隔一定时间对于在此期间自己所做的笔记进行相应的复印备份，以防原件丢失。统一的参考书书店可以买到，但是笔记是独一无二的，笔记是整个复习过程的心血所得，一定要好好保管。

(工程光学基础)考试试题库1

1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e