幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)講義

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1、實(shí)驗(yàn)一光學(xué)實(shí)驗(yàn)主要儀器、光路調(diào)整與技巧一、引言不論光學(xué)系統(tǒng)如何復(fù)雜，精密，它們都是由一些通用性很強(qiáng)的光學(xué)元器件組成，因此掌握一些常用的光學(xué)元器件的結(jié)構(gòu)和性能，特點(diǎn)和使用方法，對安排試驗(yàn)光路系統(tǒng)時(shí)正確的選擇光學(xué)元器件，正確的使用光學(xué)元器件有重要的作用二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展鈱W(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)儀器概述:光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器主要含：激光光源，光學(xué)元件，觀察屏或信息記錄介質(zhì)1．激光光源標(biāo)有安培表和電壓表激光器即Laser(LightAmplificationbystimulatedemiss

2、ionofradiation)，原意是利用受激輻射實(shí)現(xiàn)光的放大．然而實(shí)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(shí)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(dǎo)體激光器,紅寶石激光器本套實(shí)驗(yàn)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(gè)別實(shí)驗(yàn)中還會(huì)用到白光點(diǎn)光源。2．用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)的元件一

3、般包括：防震平臺(tái)、分束鏡、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)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(tái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)需要一個(gè)穩(wěn)定的工作平臺(tái)。特別是對于全息圖制作實(shí)驗(yàn)，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?yàn)檎駝?dòng)導(dǎo)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(dòng)變化小于十分之一波長。影響穩(wěn)定性的因素有震動(dòng)、空氣流和熱變化等。震動(dòng)的主要影響來自地基的震動(dòng)，如果記錄系統(tǒng)部件的機(jī)構(gòu)有松動(dòng)就會(huì)把震動(dòng)放大，所以必須對工作臺(tái)采取減震措施。專用全息氣浮工作臺(tái)是最好的減震臺(tái)。簡單的減震方法可用砂箱、微塑料、氣墊（用汽車、飛機(jī)輪

4、子的內(nèi)胎）和重1000～2000kg的鑄鐵或花崗巖，并應(yīng)安裝一個(gè)隔離罩。如果不用隔離罩，記錄全息圖時(shí)室內(nèi)不要通風(fēng)，工作人員不要大聲講話和距工作臺(tái)遠(yuǎn)一些。（2）光學(xué)元件①分束鏡：分束鏡是光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)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(shí)驗(yàn)中可產(chǎn)生兩束有一定夾角的相干波，在全息制作實(shí)驗(yàn)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(kuò)束器（擴(kuò)束鏡）：因激光束的發(fā)散角很小，需要用一個(gè)擴(kuò)束鏡以加大光束的發(fā)散角。通常可用20倍、40倍的顯微物

5、鏡或焦距很短的單片正透鏡或負(fù)透鏡。本實(shí)驗(yàn)方案中，擴(kuò)束鏡采用40倍的顯微物鏡。③凸透鏡：準(zhǔn)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(shí)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(shí)，要選用沒有缺陷和污臟的透鏡（因?yàn)樗鼈儠?huì)使觀察或記錄圖像產(chǎn)生噪聲）。④反射鏡：當(dāng)光入射到普通反射鏡的玻璃基版上時(shí)，要先經(jīng)過折射再反射，反射光的損失很大。同時(shí)玻璃片基的兩面會(huì)因多次反射引入雜散光。所以光學(xué)實(shí)驗(yàn)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

6、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(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要遇到用一個(gè)或多個(gè)透鏡成像，為了獲得較好的像，必須使各個(gè)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(kuò)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(xué)元件共軸，達(dá)到共軸能保證近軸光線的條件成立。一般分為兩步進(jìn)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(dòng)白屏的方法先使激光光束與臺(tái)

7、面平行，再將透明物、擴(kuò)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(tái)面平行且共軸，光斑也最大限度得到利用。第二步細(xì)調(diào)，即移動(dòng)透鏡，當(dāng)兩次成像中心重合即達(dá)到共軸，若不重合，須視情況，針對性地調(diào)節(jié)各光學(xué)元件，直至兩次成像的中心重合。如果系統(tǒng)有兩個(gè)以上的透鏡，先加入一個(gè)透鏡調(diào)節(jié)共軸，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(kuò)束鏡，準(zhǔn)直鏡共軸。激光器擴(kuò)束鏡準(zhǔn)直鏡圖1-2共軸調(diào)節(jié)示意圖（2）粗調(diào)，把準(zhǔn)直

8、鏡放到一定位置使擴(kuò)束鏡處于準(zhǔn)直鏡的前焦面上，然后在準(zhǔn)直鏡后放一擋板，不斷前后縱向移動(dòng)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(dòng)準(zhǔn)直鏡的位置，再前后移動(dòng)擋板，觀察