光学多道实验报告

光学多道实验报告
光学多道实验报告

微波光学实验 实验报告

近代物理实验报告 指导教师:得分: 实验时间:2009 年11 月23 日,第十三周,周一,第5-8 节 实验者:班级材料0705 学号200767025 姓名童凌炜 同组者:班级材料0705 学号200767007 姓名车宏龙 实验地点:综合楼503 实验条件:室内温度℃,相对湿度%,室内气压 实验题目:微波光学实验 实验仪器:(注明规格和型号) 微波分光仪,反射用金属板,玻璃板,单缝衍射板 实验目的: 1.了解微波分光仪的结构,学会调整并进行试验. 2.验证反射规律 3.利用迈克尔孙干涉仪方法测量微波的波长 4.测量并验证单缝衍射的规律 5.利用模拟晶体考察微波的布拉格衍射并测量晶格数 实验原理简述: 1.反射实验 电磁波在传播过程中如果遇到反射板,必定要发生反射.本实验室以一块金属板作为反射板,来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上时所遵循的反射规律。 2.迈克尔孙干涉实验 在平面波前进的方向上放置一块45°的半透半反射版,在此板的作 用下,将入射波分成两束,一束向A传播,另一束向B传播.由于A,B 两板的全反射作用,两束波将再次回到半透半反板并达到接收装置 处,于是接收装置收到两束频率和振动方向相同而相位不同的相干 波,若两束波相位差为2π的整数倍,则干涉加强;若相位差为π的奇 数倍,则干涉减弱。 3.单缝衍射实验 如图,在狭缝后面出现的颜射波强度并不均匀,中央最强,同时也最 宽,在中央的两侧颜射波强度迅速减小,直至出现颜射波强度的最小 值,即一级极小值,此时衍射角为φ=arcsin(λ/a).然后随着衍射角的增

大衍射波强度也逐渐增大,直至出现一级衍射极大值,此时衍射角为 Φ=arcsin(3/2*λ/a ),随着衍射角度的不断增大会出现第二级衍射极小值,第二级衍射极大值,以此类推。 4. 微波布拉格衍射实验 当X 射线投射到晶体时,将发生晶体表面平面点阵散射和晶体内部平面点阵的散射,散射线相互干涉产生衍射条纹,对于同一层散射线,当满足散射线与晶面见尖叫等于掠射角θ时,在这个方向上的散射线,其光程差为0,于是相干结果产生极大,对于不同层散射线,当他们的光程差等于波长的整数倍时,则在这个方向上的散射线相互加强形成极大,设相邻晶面间距为d,则由他们散射出来的X 射线之间的光程差为CD+BD=2dsin θ,当满足 2dsin θ=K λ,K=1,2,3…时,就产生干涉极大.这就是布拉格公式,其中θ称为掠射角,λ为X 射线波长.利用此公式,可在d 已测时,测定晶面间距;也可在d 已知时,测量波长λ,由公式还可知,只有在 <2d 时,才会产生极大衍射 实验步骤简述: 1. 反射实验 1.1 将微波分光仪发射臂调在主分度盘180°位置,接收臂调为0°位置. 1.2 开启三厘米固态信号发射器电源,这时微安表上将有指示,调节衰减器使微安表指示满刻度. 1.3 将金属板放在分度小平台上,小分度盘调至0°位置,此时金属板法线应与发射臂在同一直线上, 1.4 转动分度小平台,每转动一个角度后,再转动接收臂,使接收臂和发射臂处于金属板的同义词,并使接收指示最大,记下此时接收臂的角度. 1.5 由此,确定反射角,验证反射定律,实验中入射角在允许范围内任取8个数值,测量微波的反射角并记录. 2. 迈克尔孙干涉实验 2.1 将发射臂和接收臂分别置于90°位置,玻璃反射板置于分度小平台上并调在45°位置,将两块金属板分别作为可动反射镜和固定反射镜. 2.2两金属板法线分别在与发射臂接收臂一致,实验时,将可动金属板B 移动到导轨左端,从这里开始使金属板缓慢向右移动,依次记录微安表出现的的极大值时金属板在标尺上的位置. 2.3 若金属板移动距离为L,极大值出现的次数为n+1则,L )2 ( λn ,λ=2L/n 这便是微波的波长,再令金属板反向移动,重复上面操作,最后求出两次所得微波波长的平均值. 3. 单缝衍射实验 3.1 预先调整好单缝衍射板的宽度(70mm),该板固定在支座上,并一起放到分度小平台上,单缝衍射板要和发射喇叭保持垂直, 3.2 然后从衍射角0°开始,在单缝的两侧使衍射角每改变1°,读一次表头读数,并记录.

基础光学实验实验报告

基 础 光 学 实 验 姓名:许达学号:2120903018 应物21班

一.实验仪器 基础光学轨道系统,基础光学组合狭缝及偏振片,红光激光器及光圈支架,光传感器与转动传感器,科学工作室500或750接口,DataStudio软件系统 二.实验目的 1.通过该实验让学生了解并会运用实验器材,同时学会用计算机分析和处理实验数据。 2.通过该实验让学生了解基本的光学现象,并掌握其物理机制。三.实验原理 单缝衍射:当光通过单缝发生衍射,光强极小(暗点)的衍射图案由下式给出asinθ=mλ(m=1,2,3……),其中a是狭缝宽度,θ为衍射角度,λ是光波波长。 双缝干涉:当光通过两个狭缝发生干涉,从中央最大值(亮点)到单侧某极大值的角度由下式给出dsinθ=mλ(m=1,2,3……),其中d是狭缝间距,θ为从中心到第m级最大的夹角,λ是光波波长,m为级数。 光的偏振:通过第一偏振器后偏振电场为E0,以一定的角度β穿过第二偏振器,则场强变化为E0cosβ,由于光强正比于场强的平方,则,第二偏振器透过的光强为I=I0cos2β. 四.实验内容及过程

单缝衍射 单缝衍射光强分布图 如果设单缝与接收屏的距离为s,中央极强到光强极小点的距离为c,且sinθ≈tanθ=c/s,那么可以推得a=smλ/c.又在此次实验中,s=750mm,λ=6.5E(-4)mm,那么推得a=0.4875m/c,又由图可知:当m=1时,c=(88-82)/2=3mm,推得a=0.1625mm; 当m=2时,c=(91-79)/2=6mm,推得a=0.1625mm; 当m=3时,c=(94-76)/2=9mm,推得a=0.1625mm; 当m=4时,c=(96-74)/2=11mm,推得a=0.1773mm; 得到a的平均值0.1662mm,误差E=3.9%。 双缝干涉

用光学多道分析器进行光谱定性分析实验讲义

用光学多通道分析器进行光谱定性分析 每种物质都有其独特的分子和原子结构、运动状态和相应的能级分布,物质运动状态变化时会形成该物质所特有的分子光谱或原子光谱,称特征光谱线。通过光谱观测获取物质内、外信息,就是光谱分析。 根据光谱形成的机理,光谱分析可分为发射光谱分析、吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析等几大类;从分析目的来看,可分为光谱定性分析、光谱半定量分析和光谱定量分析。本实验仅进行光谱定性分析。 实验目的 1.学习使用光学多道分析器; 2.学习光谱定性分析的实验方法; 3.利用氢光谱测量里德堡常数。 实验仪器 WGD—6型光学多道分析器,由光栅单色仪,CCD接收单元,扫描系统,电子放大器,A/D采集单元,计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型,如图1所示。 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0-2mm连续可调,光源发出的光束进入入射狭缝S1,S1位于反射式准光镜M2的焦面上,通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上,衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。 M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm S2 CCD接收单元S3观察窗 M4 转镜转动M4可实现S2和S3之间的转换 实验原理 1.单色仪简介 单色仪是用来从具有复杂光谱组成的光源中,或从连续光谱中分离出“单色光”的仪器。所谓“单色光”是指相对于光源的光谱形成而言,其波长范围极狭窄、以致可以认为只是单一波长的光。 世界各国生产了种种不同类型的单色仪,为了结构设计和使用方便,极大多数单色仪

都采用恒偏向系统,因而仪器的入射狭缝和出射狭缝都可安装在固定不变的位置,只要旋转色散棱镜、光栅或自准直反射镜即可实现波长调节,从出射狭缝射出不同波长的单色装束。 单色仪的基本性能指标 (1)工作波长范围 工作波长范围表明单色仪输出的、能满足工作要求的单色光束所能覆盖的波长范围。 (2)线色散率和光谱分辨率 与仪器配用的色散组件的角色散率与光谱聚焦物镜的焦距决定单色仪的线色散率,通常以线色散率倒数形式给出仪器的色散能力。在棱镜单色仪中,线色散率是随工作波长变化而有明显变化的,所以必须在给出线色散率数值时标明波长数值。 单色仪的光谱分辨率表明该仪器在较严格的工作条件、较窄的狭缝宽度时所能达到的最高分辨率。对于一般性能单色仪,常常不给出具体分辨率数值,而指明仪器可以清晰分辨开的某些元素光谱线(例如钠元素的D光双线);对于高分辨单色仪,则常需给出具体的可分辨波长间隔值。 (3)波长精度和重复性 这两个指针表明单色仪出射光束的真实波长值与仪器指示值之间的偏差,以及多次重复时的重现程度。 单色仪的波长精度和重复性由仪器的波长调节机构或波长扫描机构及波长示数机构的工作精度决定。波长重复性还受到机械传动空间、摩擦力、电子系统噪声等随机因素的影响。 在大多数单色仪中,仪器的波长精度值大致与其分辨率数值相近(但带±号,即容许双向偏差),而波长读数的重复性数值(取若干次重复测定中的最大偏差值)则等于波长精度的绝对值。 (4)杂散光 单色仪的杂散光是指出射光束中所需光谱宽度范围以外其它波长的光辐射量,这种不需要的“杂光”辐射混在所需波带的辐射中输出,不但使出射光束的单色性降低,而且形成光度测定工作中的背景光,降低检测信噪比,甚至“淹没”微弱的有用光辐射信号。 通常,以达到辐射探测器的“杂光”通量与选定的所需波长通量之比作为杂散光强度的度量,实用上以百分数表示。由于散射光强度与波长四次方成反比,所以单色仪的杂散光强度随工作波长范围不同而不同,因此给出杂散光强度时应同时标明波长值。 WGD—6型光学多道分析器规格与主要技术指标: 波长范围300—900nm 焦距 302.5mm 相对孔径 D/F=1/7 分辨率优于0.2nm 波长精度≤±0.4nm 波长重复性 ≤±0.2nm 杂散光 ≤10-3 CCD(电荷耦合器件)接收单元 2048 光谱响应区间 300—900nm 积分时间9档(每档53毫秒) 重量20kg 2.光谱定性分析 光谱定性分析是根据物质的光谱中是否存在某种元素的特征光谱线,以判断该物质中是否含有该元素。

用zemax设计光学显微镜光学系统设计实验报告

课 程 设 计 光学显微镜设计 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 测量显微镜

根据学号得到自己设计内容的数据要求: 1.目镜放大率10(即焦距25) 2.目镜最后一面到物面距离110 3.对准精度1.2微米 按照实验步骤,先计算好外形尺寸。然后根据数据要求选取目镜与物镜。 我先做物镜。因为这个镜片比较少。按物镜放大率选好物镜后,将参数输入。简单优化,得到比较接近自己要求的物镜。 然后做目镜,同样的做法,这个按照焦距选目镜,将参数输入。将曲率半径设为可变量,调入默认的优化函数进行优化。发现“优化不了”,所有参数均没有变化。而且发现把光源放在“焦点”位置,目镜出射的不是平行光。我百思不得其解。开始认为镜头库的参数可能有问题。最后我问老师,老师解释,那个所谓的“焦点”其实不是焦点,我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。这个目镜是有一定厚度的,不能简单等效成薄透镜。焦点到节点的距离才是焦距。经过老师指点后,我尝试调节光源到目镜第一面的距离,想得到出射平行光,从而找到焦点。但这个寻找是很费力气的,事倍功半。老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。然后用平行光入射,然后可以轻松找到焦点。 但是,按照这个方法,倒着输入参数,把光源放在无限

远的地方(平行光入射),发现光线是发散的。不解。还是按照原来的方法。把光源放在目镜焦点上,尽量使之出射平行光。然后把它与优化好的物镜拼接起来。后来,加入理想透镜(会聚平行光线),加以优化。 还有一个问题,就是选物镜的时候,发现放大倍率符合了自己的需求,但工作距离与共轭距,不符合自己的要求。这个问题在课堂上问过老师,后来经老师指点,通过总体缩放解决。 物镜参数及优化函数

光学多道和氢氘同位素光谱

光学多道和氢氘同位素光谱 【摘要】: 本实验主要利用光学多道分析仪研究氢氘光谱并得到氢氘光谱的能级图。使用已知波长的氦光谱进行定标测量了氢光谱,并在此基础上测量氢氘同位素光谱,修正获得了氢氘光谱的波长值;利用这些测得值计算出了氢氘的里德伯常量分别为H R =109811.87cm -1,= 109840.39cm -1。利用氢氘光谱的波长差计算得出 了电子与质子质量之比为 =1906.84。 关键词: 光学多道分析仪、氢氘光谱,CCD ,光电倍增管 一、实验引言: 光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列。光谱学是研究各种物质的光谱特征,并根据这些特征研究物质结构、物质成分和物质与电磁辐射的相互作用,以及光谱产生和测量方法的科学。 光谱学在物理学各分支学科中都占有重要地位,而且在很多方面有着广泛的应用。在光谱学史上,氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。1885年,巴耳末(J.J.Balmer )发现了可见光区氢光谱线波长的规律。1892年,尤雷(H.C.Urey )等发现氢(H)的同位素氘(D)的光谱,氢氘原子对应的谱线波长存在“同位素位移”。 本实验利用光学多道分析仪,从巴尔末公式出发研究氢氘光谱,了解其谱线特点, 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。 二、实验原理: (一、)在原子体系中,原子的能量状态是量子化的。用1E 和2E 表示不同能级的能量, ε表示跃迁发出光子的能量,h 表示波尔兹曼常量,ν表示光子的频率,对于原子从 低能级到高能级的跃迁我们有:

21h E E εν==-,其中21 E E h ν-= (1) 由于原子能级的分立,频率ν也为分立值,在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”,这些频率由巴耳末公式确定: H 原子: 22121 11H H R n n λ?? =- ??? (2) 其中1n 和2n 为轨道量子数,H R 为氢原子的里德伯常数。当1n =2,2n =3,4,5……时,公式(2)对应氢原子巴耳末系。 同理,D 原子:22121 11D D R n n λ?? =- ??? (3) 其中1n =2,2n =3,4,5……时对应氘原子巴耳末系,D R 为氘原子的里德伯常数。 氢原子和氘原子巴耳末系对应的波长差为: 1 2211112H D H D R R n λλλ-???? ?=-=-- ? ?? ???,n =3,4,5……, (4) 其中p H p e m R R m m ∞ =+,22p D p e m R R m m ∞ =+,R ∞=109737.31cm -1 (5) 由公式(5)可得:1 122p e H p e D m m R m m R ??+= ? ?+? ? (6) 因此: 111 2e H D p e D m R R m m R -=+ (7) 有: 1 2211222e e D D p e p e m m R m m n m m λλ-?? ???= -= ???++? ??? (8) 由于p m >>e m ,所以: 2e D p m m λ λ?≈ (9) 测出对应谱线波长及波长差便可通过公式(9)计算出出电子和质子的质量比。 (二、)仪器

光学仪器实验报告

常用光电仪器原理及使用 实验报告 班级:11级光信息1班 姓名:姜萌萌 学号:110104060016 指导老师:李炳新

数字存储示波器 一、实验目的 1、熟悉数字存储示波器的使用方法; 2、测量数字存储示波器产生方波的上升时间; 二、实验仪器 数字存储示波器 三、实验步骤 1、产生方波波形 ⑴、打开示波器电源阅读探头警告,然后按下OK。按下“DEFAULT SETUP”按钮,默认的电压探头衰减选项是10X。 ⑵、在P2200探头上将开关设定到10X并将探头连接到示波器的通道1上,然后向右转动将探头锁定到位,将探头端部和基线导线连接到“PROBE COMP”终端上。 ⑶、按下“AUTOSET”按钮,在数秒钟内,看到频率为1KHz 电压为5V峰峰值得方波。按两次CH1BNC按钮删除通道1,

按下CH2BNC按钮显示通道2,重复第二步和第三步。 2、自动测量 ⑴、按下“MUASURE”按钮,查看测量菜单。 ⑵、按下顶部的选项按钮,显示“测量1菜单”。 ⑶、按下“类型”“频率”“值”读书将显示测量结果级更新信息。 ⑷、按下“后退”选项按钮。 ⑸、按下顶部第二个选项按钮;显示“测量2菜单”。 ⑹、按下“类型”“周期”“值”读数将显示测量结果与更新信息。 ⑺、按下“后退”选项按钮。 ⑻、按下中间选项按钮;显示“测量3菜单”。 ⑼、按下“类型”“峰-峰值”“值”读数将显示测量结果与更新信息。 ⑽、按下“后退”选项按钮。 ⑾、按下底部倒数第二个按钮;显示“测量4菜单”。⑿、按下“类型”“上升时间”“值”读数将显示测量结果与更新信息。

LCR测试仪 一、实验目的 1、熟悉LCR测试仪的使用方法; 2、了解LCR测试仪的工作原理; 3、精确测量一些电阻,电感,电容的值; 二、实验仪器 LCR测试仪,电阻,电容,电感等元件 三、LCR测试原理 根据待测元器件实际使用的条件和组合上的差别,LCR 测量仪有两种检测模式,串联模式和并联模式。串联模式以检测元器件Z为基础,并联模式以检测元器件的导纳Y为基础,当用户将测出流过待测元件的电流I,数字电压表将测出待测元件两端的电压V,数字鉴相器将测出电压V和电流I 之间的相位角 。检测结果被储存在仪器内部微型计算机的

多道光谱仪测光谱并光谱分析实验报告

近代物理实验实验报告 实验课题:使用光学多道测量光谱与光谱分析 班级:物理学061 姓名:任军培 学号:06180130 指导老师:方允樟 2008年11月21日

一、摘要: 本实验通过使用光学多道测量光谱了解和学会使用光学多道分析仪,并学会了通过光学多道分析仪分析氢、氮、氦、氖等光谱。测量了氢光谱的巴尔末系中Hα、Hβ,Hγ,Hδ四种谱线的波长和里德伯常数。 二、关键词:光学多道分析器里德伯常数光谱 三、引言:常用的光谱涉及的波段从X射线,紫外线,可见光,红外线,微波到射频波段。所以光谱技术是研究物质微观结构的重要手段,它被广泛地应用于医学,生物,化学,地质考古,冶金等许多场所。光谱实验的数据为了解原子、分子和晶体等精细结构提供了重要依据。而光学多通道分析器是用平面光栅衍射的方法获得多级衍射光的仪器,用它可对给定波长范围的单色光进行光谱分析,与单缝,双缝衍射相比,平面光栅衍射具有衍射本领大,衍射光线亮,分辨率高等特点。因而在特征谱线分析中有着广泛的应用。本实验通过测量各种气体灯光的原子在可见光波段的发射光谱使大家了解光谱与微观结构(能级)间的联系和学习光谱测量的基本方法。 四、正文: 1、实验原理 衍射包括单缝衍射,双缝衍射和光栅衍射。它们都可用来测量光波的波长,但由于单缝衍射,双缝衍射在各级衍射的分辨率与亮度存在矛盾,而光栅正好解决了两者间的矛盾,所以实验中大多采用平面光栅来做实验。光栅一般分两类,一类是透射式(见图1),另一类是反射式(见图2)。透射式光栅是在一块平面透明的玻璃板上刻上平行,等间距又等宽的直痕,刻痕部分不透光,两刻痕间能透光,相当于狭缝。相邻刻痕间的距离d称为光栅常数。反射式光栅是在镀有金属层的表面上刻划斜的平行等间距刻痕,斜面能反射光。本实验用反射式平面光栅。 图1平面透射光栅图2平面反射光栅 利用现代电子技术和计算机技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道分析与检测系统的基本框图如图3所示。 图3光学多通道分析与检测系统的基本框图

傅里叶光学实验报告

实验原理:(略) 实验仪器: 光具座、氦氖激光器、白色像屏、作为物的一维、二维光栅、白色像屏、傅立叶透镜、小透镜 实验内容与数据分析 1.测小透镜的焦距f 1 (付里叶透镜f 2=45.0CM ) 光路:激光器→望远镜(倒置)(出射应是平行光)→小透镜→屏 操作及测量方法:打开氦氖激光器,在光具座上依次放上扩束镜,小透镜和光屏,调节各光学元件的相对位置是激光沿其主轴方向射入,将小透镜固定,调节光屏的前后位置,观察光斑的会聚情况,当屏上亮斑达到最小时,即屏处于小透镜的焦点位置,测量出此时屏与小透镜的距离,即为小透镜的焦距。 112.1913.2011.67 12.3533 f cm ++= = 0.7780cm σ= = 1.320.5929 p A p t t cm μ=== 0.68P = 0.0210.00673 B p B p t k cm C μ?==?= 0.68P = 0.59cm μ== 0.68P = 1(12.350.59)f cm =± 0.68P =

2.利用弗朗和费衍射测光栅的的光栅常数 光路:激光器→光栅→屏(此光路满足远场近似) 在屏上会观察到间距相等的k 级衍射图样,用锥子扎孔或用笔描点,测出衍射图样的间距,再根据sin d k θλ=测出光栅常数d (1)利用夫琅和费衍射测一维光栅常数; 衍射图样见原始数据; 数据列表: sin || i k Lk d x λλ θ= ≈ 取第一组数据进行分析: 2105 13 43.0910******* 4.00106.810d m ----????==?? 210 523 43.0910******* 3.871014.110d m ----????==?? 2105 33 43.0910******* 3.95106.910d m ----????==?? 210 543 43.0910******* 4.191013.010 d m ----????==?? 554.00 3.87 3.95 4.19 10 4.0025104 d m m --+++= ?=? 61.3610d m σ-=? 忽略b 类不确定度:

光学基础学习报告

光学基础学习报告 一、教学内容: 光电镜头是用来作为光电接收器(CCD,CMOS )的光学传感器元件。 光学特性参数: 1、 焦距EFL (学名f ’) 是指主面到相应焦点的距离(如图1.1) 图1.1 每个镜片都有前后两个主面-前主面和后主面(放大率为1的共轭面)。相应的也有两个焦点-前焦和后焦。 凸透镜:双凸;平凸;正弯月(如图1.1) 图1.2 凹透镜:双凹;平凹;负弯月 图 1.3

折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。 薄透镜:)]1()1[()1('12 1R R n f -?-== Φ Φ—透镜光焦距; f ’—焦距; n —折射率; R 1,R 2-两球面曲率半径 厚透镜:2 1221)1()]1()1[()1('1R nR d n R R n f -+ -?-==Φ d -中心厚度 干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值,从而来确定所用材料。 A 、 EFL 增加,TOTR (光学总长)增加;要降低TOTR 就必须降低EFL ,但EFL 降低, 像高就要降低 B 、 EFL 与某些象差相关 C 、 EFL 上升将使F/NO 增大 D 、 EFL ,FOV (视场角)和IMA (像高)三者间有关系 tanFOV ?=EFL IMA -铁三角关系 EFL 的增大(减小)会使像高变大(小),为了保持像高,就必须要增大(减小)FOV ,然而FOV 的增大会使得REL (相对照度)的数值增大。 2、 BFL 后焦距(学名后截距) 图2.1 3、 F 数(F/NO ) D f NO F '/= f ’-FEL D 入-入瞳直径 入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像,反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关,F/NO ↑,则MTF ↑;反之下降 B 、 与景深相关,F/NO ↑,则景深↑,反之下降 C 、 与象差相关,F/NO ↑,则象差↓,反之增加 D 、 与光通量相关,F/NO ↑,则光通量↓,反之增加 对于光电镜头,F/NO 最大在2.8~3.5之间(经验值)允许有±5%的误差,在物方有照

凃逍羽 用光学多道分析器研究氢原子光谱

用光学多道分析器研究氢原子光谱 凃逍羽 武汉大学 物理科学与技术学院 物理学基地1班 学号:2011301020019 摘要:使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中H αH βH γH δ波长,并利用所测的波长拟合计算出氢 原子的里德伯常量。 关键词:光学多道分析器 氢原子光谱 巴尔末系 里德伯常量 the Study of Hydrogen Atomic Spectrum with Optical Multichannel Analyzer Tu Xiaoyu Wuhan University Physical science and technology academy Basic physicsclass 2011301020019 Abstract: By using the OMA, this article will measure out the wavelength of H αH βH γH δ in the Balmer spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogen atom by using the wavelength above. Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant 0.引言: 下图为氢原子的能级图.根据玻尔理论,氢原子的能级公式为: (34-1) 式中称为约化质量,m e 为电子质量,M 为原子核质量.氢原子的等于1836.15。 电子从高能级跃迁到低能级时,发射的光子能量h ν为两能级间的能量差 如以波数 表示,则上式为 ()() ()()E m E n T n T m hc σ-= =- 221 1H R n m ??=- ??? 式中R H 称为氢原子的里德伯常数,单位是m -1 ,T(n)称为光谱项,它与能级E(n)是对应的.从R H 可得氢原子各能级的能量 式 中 - 4 .-1 h=eV s m s c ? ?= ?? 从能级图可知,从3≥m 至2n =的跃迁.光子波长位于可见光区.其光谱符合规律

典型光学系统试验

\ 本科实验报告 课程名称:应用光学实验姓名:韩希 学部:信息学部系:信息工程专业:光电 学号:3110104741 指导教师:蒋凌颖 实验报告

课程名称: 应用光学实验 指导老师 成绩:__________________ 实验名称:典型光学系统实验 实验类型: 同组学生姓名: 蒋宇超、陈晓斌 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 深入理解显微镜系统、望远镜系统光学特性及基本公式; 掌握显微镜系统、望远镜系统光学特性的测量原理和方法。 二、实验内容和原理 (1)望远镜特性的测定 测定望远镜的入瞳直径D 、出瞳直径D ’和出瞳距错误!未找到引用源。;测定望远镜的视觉放大率Γ;测定望远镜的物方视场角错误!未找到引用源。,像方视场角错误!未找到引用源。;测定望远镜的最小分辨角φ。 对于望远镜系统来说,任意位置物体的放大率是常数,此值由物镜焦距错误!未找到引用源。和目镜焦距错误!未找到引用源。确定,其视觉放大率可表示为 (2) 显微镜视场及显微物镜放大率的测定 显微物镜的放大率是指横向放大率 式中 y ——标准玻璃刻尺上一对刻线的距离(物)(格值0.01mm ); y ′——由测微目镜所刻得的像高。 (3)显微物镜数值孔径的测定 显微物镜的数值孔径为错误!未找到引用源。,其中n 为物方介质的折射率,u 为物方半孔径角。若在空气中n=1,则错误!未找到引用源。。 数值孔径通常用数值孔径计来测定,数值孔径计的结构如图5示,其主要元件是一块不太厚的玻璃半圆柱体,沿直径方向的侧面是与上表面成45度角的斜面,从侧面入射的光线在斜面上全反射,上表面上有两组刻度沿圆周排列。其外圈刻度为数值孔径(即角度的正弦值), 专业: 光电信息工程 姓名: 韩希 学号: 3110104741 日期:2013年6月15日 地点:紫金港东四605

傅立叶光学实验报告

实验报告 陈杨 PB05210097 物理二班 实验题目: 傅里叶光学实验 实验目的: 加深对傅里叶光学中的一些基本概念与理论的理解,验证阿贝成像理论,理解透镜成像过程,掌握光学信息处理的实质,进一步了解透镜孔径对分辨率的影响。 实验原理: 1、傅里叶光学变换 二维傅里叶变换为:??+-=?=dxdy vy ux i y x f v u F )](2exp[),()}y ,x (f {),(π ( 1 ) 1()[(,)]x y g x F a f f -=, ''x y x f f y f f λλ??=????????=???? 复杂的二维傅里叶变换可以用透镜来实现,叫光学傅里叶变换。 2、阿贝成像原理 由于物面与透镜的前焦平面不重合,根据傅立叶光 学的理论可以知换(频谱),不过只有一个位相因子 的差别,对于一般情况的滤波处理可以不考虑。这个光路的优道在透镜的后焦平面上得到的不就是物函数的严格的傅立叶变点就是光路简单,就是显微镜物镜成像的情况—可以得到很大的象以便于观察,这正就是阿贝当时要改进显微镜的分辨本领时所用的光路。

3、空间滤波 根据以上讨论:透镜的成像过程可瞧作就是两次傅里叶变换,即从空间函数(,)g x y 变为频谱函数(,)x y a f f ,再变回到空间函数(,)g x y ,如果在频谱面上放一不同结构的光阑,以提取某些频段的信息,则必然使像上发生相应的变化,这样的图像处理称空间滤波。 实验内容: 1、测小透镜的焦距f1 (付里叶透镜f2=45、0CM)、 光路:直角三棱镜→望远镜(倒置)(出射应就是平行光)→小透镜→屏。(思考:如何测焦距?) 夫琅与费衍射: 光路:直角三棱镜→光栅→墙上布屏(此光路满足远场近似) (1)利用夫琅与费衍射测一维光栅常数; 光栅方程:dsin θ=k λ 其中,k=0,±1, ±2, ±3,… 请自己选择待测量的量与求光栅常数的方法。(卷尺可向老师索要) 记录一维光栅的衍射图样、可瞧到哪些级?记录 0级、±1级、±2级光斑的位置; (2)记录二维光栅的衍射图样、 3、观察并记录下述傅立叶频谱面上不同滤波条件的图样或特征; 光路:直角三棱镜→光栅→小透镜→滤波模板(位于空间频谱面上)→墙上屏 思考:空间频谱面在距小透镜多远处?图样应就是何样? (1)一维光栅:(滤波模板自制,一定要注意戴眼镜保护;可用一张纸,一根

光学实验报告 (一步彩虹全息)

光学设计性实验报告(一步彩虹全息) 姓名: 学号: 学院:物理学院

一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图,探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项,指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词:一步彩虹全息;狭缝;再现 1 光学实验必须要严密,尽可能地减少实验所产生的误差; 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上,在引入一束与之相干的参考光束,即成像面全息图,它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化,其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像(或物)位于全息图平面上,再现像也位于全息图上,只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下,会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像,使观察者通过狭缝像来看物体的像,以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连

SLL光学多道

光学多道与氢、氘同位素光谱 实验日期:2013/12/27指导老师:王海燕 【摘要】本实验利用光学多道分析仪,通过已知波长的氦、氖光谱进行定标测量了氢光谱,并测量氢氘同位素光谱,得到氢氘光谱的波长值;利用这些测得值计算出了氢氘的里德伯常量分别为11R ,10967144.4210970060.R 73H D m m --==,得到了氢氘光谱的各光谱项;除此之外,还通过计算得出 了电子与质子质量之比为45.3210e p m m -=?,与理论值45.4510-?相比误差为2.35%。 关键词:光学多道分析、CCD 光电探测器、光电倍增管、氢氘光谱 一、 引言 光谱学在原子分子物理、天文物理、等离子体物理、激光物理和材料物理等物理学科中占有极为重要的地位。在整个光谱学史中,氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。在1885年,瑞士物理学家巴耳末就发现了巴耳末公式,即可见光区氢光谱谱线波长的规律。1892年美国物理学家尤雷等发现氢的同位素氘的光谱。氢原子和氘原子的核外都只有一个电子,故光谱极为相似,但由于原子核质量的不同波长也有所差别,这种差别就称为“同位素位移”。 本实验利用光学多道分析仪研究氢的同位素光谱,了解氢氘原子谱线的特点,学习光学多道分析仪的使用方法及基本的光谱学技术。 二、 原理 在量子化的原子体系中,原子的能量状态为一系列分立的值,每一个能量状态称原子的一个能级。能量最低的状态称为原子的基态,高于基态的其余各能级称为原子的激发态。处于高能级的原子,总是会自发跃迁到低能级,并发射出光子。设光子能量为ε,频率为υ,高能级为2E ,低能级为1E ,则: 21 21,E E h E E h ευυ-==-= (1) 由于原子能级的分立,所以当原子由高能级向低能级跃迁时,会发出一些特定频率的光,这些光在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”。这些频率由巴耳末公式确定。对H 原子有: 22121 11H H R n n λ?? =- ??? (2) 式中H R 是H 原子的里德伯常量。当122,3,4,5n n ==时,光谱大部分位于可见光区,对应线系 为巴耳末系,即: 22111,3,4,52H H R n n λ??=-= ??? (3) 与H 类似,D 的巴耳末系的公式为:

显微镜系统设计实验报告

光学系统设计实验报告 设计题目:测量显微镜光学系统 专业班级:光信息08-1班 学生姓名: 学号: 指导老师:

一实验目的 1.了解光学系统设计的基本步骤,学会基本外形尺寸的计算。 2.熟悉ZEMAX软件的操作,了解操作要领,学会应用基本的相差 评价函数并进行优化。 二、实验器材 ZEMAX软件、相关实验指导书 三、设计要求 1)设计说明书和镜头文件。镜头文件包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件。 2)部分技术参数选择: ①目镜放大率10 ②沿光轴,目镜最后一面到物面沿光轴的几何距离280毫米 ③对工件实边缘的对准精度为2.2微米 ④其它参数自定 3)其他要求 ①视场大小自定,尽可能大些,一般达到商用仪器的一半。 ②可以不加棱镜。如加棱镜,折转角大小自定。棱镜可以按照等效玻璃板处理。 ③可以对物镜和目镜进行整体优化或独立优化。 ④可以加上CCD。 四、具体设计 1.系统结构设计思路 1)系统结构框图

物体经物镜所成的放大的实像与分划板重合,两者一同经目镜成一放大的虚像。棱镜的型式为斯米特屋脊棱镜,它能使系统成正像,并且使光路转折45°角,以便于观察和瞄准(此处可以不加设计)。为避免景深影响瞄准精度,物镜系统采用物方远心光路,即孔径光阑位于物镜像方焦面上。 (图1 显微镜系统结构图) 2)等效光路原理图

(图2 显微镜无光轴偏转的等效光路图) 2.外形尺寸计算 1)首先绘出光学系统的等效光路原理图。如图所示,首先将棱镜作为等效空气平板处理。 2)求实际放大率。系统的有效放大率由系统的瞄准精度决定。用米字形虚线瞄准被测件轮廓,得系统有效放大率 由于工具显微镜一般要求有较大的工作距和物方线视场,又要求共轭距不能太长,因而工具显微镜的实际放大率和物镜的放大率均不宜过大。取实际放大率为 3)求数值孔径 4)求物镜和目镜的放大率 目镜的放大率 物镜的放大率 5)求目镜的焦距 ? -=Γ30102.02 .21.500055 .061.061.0 nsinU ≈??===δλk NA 3 -=ΓΓ =e β?=Γ10e mm f e e 25250 =Γ= '? ≥?=≥ Γ222 .21.55 .725.72δk

光学实验报告

建筑物理 ——光学实验报告 实验一:材料的光反射比、透射比测量实验二:采光系数测量 实验三:室内照明实测 实验小组成员: 指导老师: 日星期二3月12年2013日期: 实验一、材料的光反射比和光透射比测量

一、实验目的与要求 室内表面的反射性能和采光口中窗玻璃的透光性能都会直接或间接的影响室内光环境的好坏,因此,在试验现场采光实测时,有必要对室内各表面材料的光反射比,采光口中透光材料的过透射比进行实测。 通过实验,了解材料的光学性质,对光反射比、透射比有一巨象的数值概念,掌握测量方法和注意事项。 二、实验原理和试验方法 (一)、光反射比的实验原理、测量内容和测量方法 光反射比测量方法分为直接测量方法和间接测量法,直接测量法是指用样板比较和光反射比仪直接得出光反射比;间接法是通过被测表面的照度和亮度得出漫反射面的光反射比。下面是间接测量法。 1.实验原理 (1)用照度计测量: P是投射到某一材料表面反射出来的光通量与被该光源的光通量的比值,根据光反射比的定义:光反射比即: φφP=P/因为测量时将使用同一照度计,其受光面积相等, 且,所以对于定向反射的表面,我们可以用上述代入式,整理后得: P=EE P/对于均匀扩散材料也可以近似的用上述式。 可知只要测出材料表面入射光照度E和材料反射光照度Ep,即可计算出其反射比。 (2)用照度计和亮度计测量 用照度计和亮度计分别测量被测表面的照度E和亮度L后按下式计算 πL/EP= 2;被测表面的亮度,cd/m式中:L---E—被测表面的照度,lx 。 2.测量内容 要求测量室内桌面、墙面、墙裙、黑板、地面的光反射比。每种材料面随机取3个点测量3次,然后取其平均值。 3.测量方法 ①将照度计电源(POWER)开关拨至“ON”,检查电池,如果仪器显示窗出现“BATT”字样,则需要换电池; ②将光接收器盖取下,将其光敏表面放在待测处,再将量程(RANGE)开关拨至适当位置,例如,拨在×1挡,测量的仪器显示值乘以量程因子即为测量结果。另有一种自动量程照度计,数字显示中的小数点随照度的大小不同而自动移位,只需将所显示的数字乘以量程因子即为测量结果(单位:lx)。有的照度计为自动量程,直接读取照度计数字即为测量结果。 ③在稳定光源下,将光接收器背面紧贴被测表面,测其入射照度E;然后将光接收器感光面对准被测表面的同一位置,逐渐平移光接收器平行离开测点,照度值逐渐增大并趋于稳定(约300mm左右),读;ρ,即可计算出光反射比Ep取反射照度值 ④测量时尽量缩短入射照度和反光照度间的时间间隔,并尽可能的保持周围光环境的一致性。

光学全息照相实验报告

光学全息照相实验报告

实验II 光学全息照相 光学全息照相是利用光波的干涉现象,以干涉条纹的形式,把被摄物表面光波的振幅和位相信息记录下来,它是记录光波全部信息的一种有效手段。这种物理思想早在1948年伽柏(D.Gabor)即就已提出来了,但直到1960年,随着激光器的出现,获得了单色性和相干性极好的光源时,才使光学全息照相技术的研究和应用得到迅速地发展。光学全息照相在精密计量、无损检测、遥感测控、信息存储和处理、生物医学等方面的应用日益广泛,另外还相应出现了微波全息,X光全息和超声全息等新技术,全息技术已发展成为科学技术上的一个新领域。 本实验通过对三维物体进行全息照相并再现其立体图像,了解全息照相的基本原理及特点,学习拍摄方法和操作技术,为进一步学习和开拓应用这一技术奠定基础。 实验目的

了解光学全息照相的基本原理和主要特点; 学习静态光学全息照相的实验技术; 观察和分析全息全图的成像特性。 仪器用具 全息台、He —Ne 激光器及电源、分束镜、全反射镜、扩束透镜、曝光定时器、全息感光底版等。 基本原理 全息照片的拍摄 全息照相是利用光的干涉原理将光波的振幅和相位信息同时记录在感光板上的过程.相干光波可以是平面波也可以是球面波,现以平面波为例说明全息照片拍摄的原理。如图1所示,一列波函数为t i ae y πυ21=、振幅为a 、频率为υ、波长为λ 的平面单色光波作为参考光垂直入射到感光板上。另一列同频率、波函数为t i r T t i Be be y πυλπ222==??? ??-的相 干平面单色光波从物体出发,称为物光,以入射角θ同时入射到感光板上,物光与参考光产生干涉,在感光板上形成的光强分布为 ax ab b a I cos 222++= (1)

WGD-6型_光学多道分析器_说明书

.规格与主要技术指标 波长范围焦距相对孔径分辨率波长精度波长重复性杂散光 300 -900nm D/F =1/7 优于0.2nm <± 0.2nm < 0.1 nm < 10- 3 302.5mm CCD电荷耦合器件)接收单元 光谱响应区间300 - 900nm 积分时间1 - 88 档 重量20kg 2048.基本原理

S3 1512-1光学原理團 Ml:反射饥M2:准光■铳、M3:物孤测牟持镜、G:平面衍射光涮、 51:入射探鮭“ 52:CCD接收检置、S3:观察窗〔或出射験缝、 WGD-6型光学多道分析器,由光栅单色仪,CCD接收单元,扫描系统,电子放大器,A/D采集单元,计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C— T型,如图2-1 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0- 2mn连续可调,光源发出的光 束进入入射狭缝S1、S1位于反射式准光镜M2的焦面上,通过S1射入的光束经M2 反射成平行光束投向平面光栅G上,衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。 M2 M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm 二块滤光片工作区间白片320 —500nm 黄片500 —900nm 三?安装 3.1开箱 打开仪器的包装后,请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收,如发 现与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。仪器的齐套性见装箱单

3.2安装场地 该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命,在选择仪器安装场地时应注意以下几点: 1.环境温度20± 5C 2.净化湿度<65% 3.无强振动源、无强电磁场干扰。 4.室内保持清洁、无腐蚀性气体。 5.仪器应放置在坚固的平台上。 6.仪器放置处不可长时间受阳光照射。 7.室内应具备稳压电源装置对仪器供电,装有地线,保证仪器接地良好。 3.3安装方法 圏斗2联线示盍图 WGD-型光学多道分析器,系精密仪器。因此仪器安装的场合应满足安装环境的要求。工作台必须平稳。系统联线示意图如图3-2: 3.3.1准备

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