确定光轴
关于波片光轴确定的探讨
３ ８・
科 技 论 坛
关于波片光轴确 定的探讨
吴 晓 燕
（、 １聊城大 学， 山东 聊城 ２ ２ ５ ２ 聊城三 中， ５０９ 、 山东 聊城 ２ ２ ０ ） ５ ０ ０ 摘 要： 本文从 理论 与实践两方面， 了波片光轴的确定方法 ， 讨论 并对实验 中存在的问题进 行探讨 。讨论 了波片的作用和光轴确定对 于 使 用 波 片 的 重要 性 ， 而认 识 到 波 片 光 轴 的 确 定在 偏 振 光 实验 中的 意 义 。 从 关键 词 ： 振 光 ； 片 ； 轴 ； 偏 波 光 消光 在光学实验中， 往往涉及到波片的光轴 ， ， 例如 在测量晶体折射率 时， 常用的方法有 ： 最小偏向角法 、 ｖ型棱镜法和激光干涉法等 ， 但这些 方法的前提是给定了晶体的光轴 ； 又如 ， 在一些偏振光实验中， 要判断 左、 右旋椭圆偏振光时， 也需确定波片的光轴。 实验中还经常用到波片光 轴与偏振片主截面的夹角， 各种光学器件的方位角 、 入射光线的角度 、 观 察或记录的角度等， 都与光轴有关。 目前的教材或文章中， 但 有关对波片 光轴位置的确定却很少有明确的指示。 本文根据波片在正交偏振片之间 绕光轴方向旋转—周时两个特定方位将出现消光现象的特性， 来讨论确 定光轴与偏振片 Ｐ的夹角的零位置。
佣
＝
当偏振片处于某一位置时透射光的强度最大 ，由此位置转过 ９。 ， ０ 后 透
ＣＳ（ Ｏ ｎ一 ） ｉ ｓｎ２ ＝ｓｎ２Ｏｄ ｉ
，
ＣＳ＠ ＋ ＝ ， Ｏ ０ 射 光 的强 度为 ０这种 现象 叫做消 光 。若 继续 将偏 振片转 过 ９。透射 光 ， ０， 又 变为最 强 ， 再转过 ９ ￣ 出现消光 ， ０， 又 如此等 等 。 ＆ ＝ｋ — ｒ ）ｋ ，，． ＋ Ｔ Ｏ ２， ＝１ ３一． ｒ ／ ２ 说明偏振片 Ｐ 与 Ｐ 正交 ， 。 中间加入 １ ２波片， ／ 并旋至消光， 此时 １ ／ ２波片光 轴的确 定 ２波片与 Ｐ 平行。则波片转过一角度 ， ， 检偏器 同方向旋转 ２ 可 ， ２ ． 片光轴 的确定 方法 １波
光轴
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副
简称副轴，通过单球面反射镜的曲率中心，但不经过球面通光孔径中心（顶点）的任意一条直线。对薄透镜， 当入射光线所在空间的折射率与出射光线所在空间的折射率相同时，通过光心但不经过折射球面曲率中心的任意 直线都是副光轴。
主
主轴亦称‘主光轴’。通过透镜两个球面中心的直线称之。单球面镜的光轴是通过球面中心，并与镜面垂直 的直线；透镜或共轴光具组的光轴是各透镜球面中心的连线。应该说明，通过光心的任何直线都可称作透镜的光 轴，一般称它们为副光轴。
3、调整平台与平行光管：取下棱镜，调整平台上的平行光管，平行光管焦面上的十字线成像在平行光管焦 面上，使平行光管焦面上的十字线与平行光管的十字线相重合，使平行光管的光轴与平板的平面相平行，此时平 行光管的光轴与平行光管的光轴及平板的平面三者相互平行；
4、测量被测光学系统光轴与平板基面的平行度：将被测光学系统置于平台的平板上，被测光学系统的镜头 对准平行光管，使平行光管焦面上的十字线经被测光学系统形成的图像显示在显示器上，同时显示器的电十字线 图像显示在显示器的中心；当被测光学系统的光轴与平板基面平行，则这两个十字线图像完全重合；当被测光学 系统的光轴与平板基面不平行时，则这两个十字线图像不重合，通过调整平台使平行光管的光轴与被测光学系统 的光轴平行，显示器上显示平行光管焦面上的十字线经被测光学系统形成的图像与电十字丝的图像相重合；之后 取下被测光学系统，此时平行光管的光轴与平行光管的光轴不平行，观察平行光管的十字线与成像在其焦面上的 平行光管的十字图像也不再重合，利用平行光管的读数鼓轮度量出平行光管与平行光管两个光轴偏离的角度，则 完成了光学系统光轴与其安装基面平行度的检验。
辅助工具
辅助工具
光轴清晰可见带双十字线的窥管的外直径同目镜接口直径，管的一端加盖，盖的正中心挖2mm直径的圆孔， 管的另一端用白色棉线对称地拉上双十字线，两线间距3～4mm。管长用如下方法确定：从目镜调焦筒中放入窥管 （窥孔在外），窥孔一端与目镜调焦筒外端口平齐，双十字线一端距副镜20～30mm。
菲涅尔双棱镜干涉测波长
（17-1）
明纹条件
=
= 0 , 1, 2 , … …
（17-2）
如图（17-2）所示，设 S1 和 S2 是双棱镜所产生的两相干虚光源，其间距为 ，屏幕到
S1S2 平面的距离为 D，若屏上的 P0 点到 S1 和 S2 的距离相等，则 S1 和 S2 发出的光波到 P0
的光程也相等，因而在 P0 点相互加强而形成中央明条纹。
图 17-1 双棱镜干涉光路
现在讨论屏上干涉条纹的分布情况，分别从相干光源 S1 和 S2 发出来的光相遇时，若它 们之间的光程差 恰等于半波长（/2）的奇数倍，则两光波叠加后为光强极小值；若 恰 等于波长 的整数倍，两光波叠加后得光强极大值。即
暗纹条件
= （2 －1） / 2
= 1, 2 ,……
ห้องสมุดไป่ตู้（17-5）
（17-6）
于是 对暗条纹也可得到同样结果。利用式（17-7）可以测量光波波长。
（17-7）
Pk+1
S1 a S2 δ
Pk xk
xk+1
P0
D
图 17-2 条纹间距与光程差及其它几何之关系
仪器介绍
测微目镜是利用螺旋测微原理测量成像于其分划板上的像大小的仪器，旋动鼓轮，通 过传动丝杆可推动活动分划板左右移动。活动分划板上刻有双线和叉丝，其移动方向垂直 于目镜的光轴，固定分划板上刻有毫米标度线。测微器鼓轮刻有 100 分格，每转一圈，活 动分划板移动 1 毫米。其读数方法与螺旋测微计相似，双线或者叉丝交点位置的毫米数由 固定分划板上读出，毫米以下的读数由测微器鼓轮上读出，最小分度值为 0.01mm。
1．调节目镜，使叉丝和固定分划板的毫米标度线均在目镜视野中最清楚。 2．被测量的像应在叉丝平面上。移动眼睛看叉丝和物像有无相对移动，即消除视差。 3．测量时转动鼓轮推动分划板，使叉丝的交点或双线依次与被测像两端重合，得到首 尾两个读数，其差值即为被测像之尺寸。 4．测量时应注意使鼓轮沿一个方向转动，中途不能反转，以避免空程差。移动活动分 划板的同时，一定要注意观察叉丝位置，不能使它移出毫米标度线的范围之外。
光轴的名词解释
光轴的名词解释光轴是物理学和光学学科中一个重要的概念，它在光学系统的设计和分析中起着至关重要的作用。
在此文章中，我们将通过对光轴的解释来了解它的概念、应用和意义。
一、光轴的概念光轴是指通过光学系统中心的一条虚拟直线。
在理想光学系统中，光线会沿着光轴直线传播，这条直线通常与光学系统的主光学轴对齐，并且通过光学系统的中心对称。
光轴的存在和使用是为了简化光学系统的分析和设计，它可以作为一个基准线来确定光线的传播路径和光学元件的位置。
二、光轴的应用1. 光学系统分析在光学系统的分析中，光轴被用来确定光线的传播路径和光线在光学系统内的相对位置。
通过确定光轴和确定光线入射和出射的角度，可以计算和预测光线在光学系统内的传播和折射规律，从而帮助我们理解光学器件的工作原理。
2. 光学器件设计在光学器件的设计中，光轴有助于确定光学元件的位置和方向，从而确保光线的传播和聚焦效果。
通过保持光学元件相对于光轴的位置和旋转角度，可以实现对光线的控制和调整，从而实现光学器件的特定功能和性能。
3. 光学成像系统在光学成像系统中，光轴被用来确定成像平面和焦平面的位置。
光线会沿着光轴在成像系统内传播，在达到成像平面时会形成清晰的图像。
通过调整光学元件的位置和角度，可以使光线在光学系统内准确地聚焦到成像平面上，从而获得清晰和准确的图像。
三、光轴的意义光轴作为光学系统中的基准线，具有重要的意义和应用。
它可以帮助我们理解和分析光学系统的工作原理，为光学器件的设计和优化提供基础。
通过光轴的使用，我们可以更好地控制光线的传输和聚集，实现对光学系统的高效和精确的控制。
然而，需要注意的是，实际光学系统中，由于折射、散射和干涉等现象的存在，光线通常不完全沿着光轴传播。
因此，在实际应用中，光轴仅用作近似和简化的工具，光线的真实传播路径需要通过更复杂的光学分析方法来描述和计算。
四、总结光轴作为光学系统中的基准线，具有重要的应用和意义。
它用于确定光学元件的位置和方向、分析光学系统的工作原理，并在光学器件的设计和光学成像系统中发挥着至关重要的作用。
光轴调整方法范文
光轴调整方法范文
一、光轴调整的基本原理
光轴调整是指通过改变镜头或投影机的位置来达到器件正确的焦距，
使光线以正确的方向发出和接收。
光学轴向调整的目的是使镜头与投影机
之间的光线距离最近，以达到最佳焦距和图像质量的要求。
在调整光轴时，需要考虑光轴调整的方向和距离，以达到调整的最佳效果。
二、光轴调整的基本方法
（一）平行调整法
平行调整法是最常见的调整方法。
根据光轴的距离和方向，采用多次
调整的方法，最终使光轴的方向和距离相较于基准轴线成平行关系，即调
整在水平面上完成。
（二）主动定位法
主动定位法是一种调整稳定性较高，但复杂度较大的调整方法。
首先
需要标定和定位，然后再进行镜头调整，以达到最佳焦距的要求。
（三）粗调法
主要是在精调法之前进行的一种调整方法，利用滑动调节器或者调节
螺丝的方法，使光线的距离和方向接近最佳焦距的要求。
粗调法可以最大
限度的减少精调的工作量和误差，提高精调的准确性。
三、光轴调整的注意事项
（一）调整前应先检查镜头以及投影机的状态，确定它们能够正确工作。
（二）调整时，应注意防止产生振动，以免影响图像的质量。
（三）调整时。
星点法校准光轴
星点法校准光轴
星点法校准光轴是一种常用的光学校准方法，它可以帮助我们精确地确定光学系统的光轴位置，从而提高光学系统的精度和稳定性。
我们需要了解什么是光轴。
光轴是指光线通过光学系统时所经过的中心轴线，也就是光线的主要传播方向。
在光学系统中，光轴的位置非常重要，因为它决定了光线的传播方向和光学系统的成像质量。
然而，由于光学系统的制造和安装过程中存在一定的误差，光轴的位置可能会发生偏移，导致成像质量下降。
因此，我们需要采用一些方法来校准光轴，以确保光学系统的精度和稳定性。
星点法校准光轴就是一种常用的方法。
它的原理是利用星点的位置来确定光轴的位置。
具体来说，我们需要在光学系统的视场中选择一些明亮的星点，并记录它们在视场中的位置。
然后，我们可以通过计算这些星点的位置关系，来确定光轴的位置。
在实际操作中，我们可以使用一些专门的仪器来进行星点法校准光轴。
例如，可以使用星散仪或星镜来观测星点，并记录它们的位置。
然后，我们可以使用计算机等工具来处理这些数据，以确定光轴的位置。
需要注意的是，星点法校准光轴需要在夜晚进行，因为只有在夜晚才能观测到星点。
此外，我们还需要选择一些明亮的星点，并确保它们的位置准确无误，以保证校准的精度和可靠性。
星点法校准光轴是一种常用的光学校准方法，它可以帮助我们精确地确定光学系统的光轴位置，从而提高光学系统的精度和稳定性。
在实际应用中，我们需要注意选择合适的星点，并使用专门的仪器和工具来进行校准。
自准直仪原理
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和调整光学系统的仪器，它能够精确地确定光学系统的光轴位置和方向。
在现代光学领域，自准直仪被广泛应用于望远镜、显微镜、激光器等光学系统的制造和校准过程中。
本文将介绍自准直仪的原理及其工作原理。
自准直仪的原理是基于光学干涉原理的。
光学干涉是指两束或多束光波相互叠加，形成明暗条纹的现象。
自准直仪利用这一原理，通过光波的干涉来测量光学系统的光轴位置和方向。
当光线与光学系统的光轴重合时，干涉条纹将保持稳定，而当光线偏离光轴时，干涉条纹将产生移动。
通过测量干涉条纹的移动情况，就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪通常由光源、分束器、透镜、干涉仪和检测器等部件组成。
光源发出的光线经过分束器分成两束，一束直射到光学系统上，另一束经过透镜成为平行光，然后通过干涉仪和检测器进行干涉条纹的测量。
当光学系统的光轴与平行光的方向重合时，干涉条纹将保持稳定，检测器将输出零信号；而当光学系统的光轴偏离平行光的方向时，干涉条纹将产生移动，检测器将输出相应的信号。
通过测量检测器的输出信号，就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪的工作原理是基于干涉测量技术的，它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在光学系统的制造和校准过程中，自准直仪起着至关重要的作用，它能够帮助工程师们快速准确地调整光学系统，确保光学系统的性能达到设计要求。
同时，自准直仪还具有测量精度高、操作简便等优点，因此在光学制造和校准领域得到了广泛的应用。
总之，自准直仪是一种基于光学干涉原理的测量仪器，它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在现代光学制造和校准领域，自准直仪发挥着重要作用，为光学系统的制造和校准提供了有力的技术支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解自准直仪的原理及其工作原理，进一步推动光学技术的发展和应用。
四分一波片的光轴
四分一波片的光轴
四分一波片是一种光学元件，用于将入射光线分成两束光，其中一束光与入射光线垂直，另一束光与入射光线呈45度角。
四分一波片的光轴是指该元件中两束光线的分离方向。
在实际应用中，四分一波片通常被用来控制光束的方向和偏振状态。
例如，在激光系统中，四分一波片可以用来将激光束分为两束光，其中一束光作为输出光束，另一束光则用于调节激光器的工作状态。
此外，在光学测量和光学成像等领域中，四分一波片也有着广泛的应用。
为了确保四分一波片的正常工作，需要正确地确定其光轴方向。
一般来说，可以通过以下几种方法来确定四分一波片的光轴：
1. 使用偏振干涉仪进行测量：将偏振干涉仪调整到干涉状态，然后将四分之一波片放置在样品位置上，观察干涉条纹的变化。
当四分之一波片的光轴方向与干涉仪的光轴方向平行时，干涉条纹的明暗变化不明显，条纹间距变大；而当四分之一波片的光轴方向与干涉仪的光轴方向垂直时，干涉条纹的明暗变化非常明显，条纹间距变小。
通过这种方法可以准确地确定四分一波片的光轴方向。
2. 使用光源和反射镜进行测量：将光源和反射镜放置在适当位置上，使得光线经过四分之一波片后发生反射并再次经过四分之一波片。
然后观察反射光线的方向和偏振状态。
如果反射光
线的方向和偏振状态符合预期，则说明四分之一波片的光轴方向正确。
四分一波片的光轴是该元件中两束光线的分离方向，可以通过多种方法进行测量和确定。
正确地确定四分一波片的光轴对于保证其正常工作非常重要。
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参考文献
《利用白光干涉谱测定云母片的快慢轴》刘 佳 《利用分光计测定波片的光轴》薛永白 《关于波片光轴确定的讨论》吴晓燕
方法
2ne = pλ • 对同一级暗条纹，转动后折射率增大， • n2 ＞ n1，光在介质中的传播速度减小，因 此，被检测光轴为慢轴．相反，若暗条纹 向蓝光方向移动，相应波长变小，折射率 减小，光在介质的中传播速度增大，则被 检测光轴为快轴．
实验结果
• 并没有看到衍射级，只看到了连续谱 • 转动偏振片的时候，谱线会发生移动，仅 此，假设也符合，文献的方法，也可以判 定。
方法：
• 整分光计后, 将石英制成的波片垂直置于载 物平台中心处, 使He - Ne 激光( 632. 8nm) 光束沿分光计的观测平面 入射到波片上, 在入射光路上插入偏振片 得到振动方向在入射面内的线偏振光, 光 信号通过硅光电池转变为电信号, 由检流计 检测.
方法：
• 通过转动波片和载物平 台, 测出反射光最 弱时的最小及最大的布儒斯特角, 这 时, 波片光轴的方向就是垂直于入射面的 方向, 测出反射光 最弱时的最大的布儒斯特角 。
实验图片
实验三 确定波片的快慢轴
• 器材：分光计、偏振片（已知透 振方向）、检流计、光电池 • 原理：通过偏振片得到线偏光， 当入射光以布儒斯特角入 射，反射几乎消光。只有入 射面和o轴、e轴平行时出现。 这样我就可以得到两个布儒斯特 角θ1、θ2.对应于，晶体的两个 折射率ne、no， 负晶体ne<no. 反过来就可以确定光轴了
方法
• 以自准直望远镜目镜中十字叉丝为参照物，与谱 线中级数为Po的暗条纹重合，转动偏振片90°过 程中，会观察到暗条纹发生移动，原因是偏振片 旋转过程中，经过云母片的光程由2n1 e 变为2n2 e，导致光程差发生变化． • 设e为片的厚度 • 记转动前暗纹对应的折射率为n1， • 叉丝对应位置条纹的波长为λ1; • 转动90°后云母片的折射率为n2， • 叉丝对应位置条纹的波长为λ2;
实验图片
（预实验）实验一 确定偏振片的透振方向
• （1）布儒斯特角法判定偏振片的透振动方 向 • （2）对着白光的反射光旋转，偏振片，确 定。
实验图片
（预实验）实验二 确定波片可能的快慢轴
• 器材：偏振片、光具座、He-Ne激光器，光屏 • 原理：线偏振光的干涉
• 方法：转动波片，标记下它发生消光时的方向， • 消光时的方向对应于它的o光轴或e光轴方向。
理论回顾
• 双折射
光束入射到各向异性的晶体，分解为两束 光而沿不同方向折射的现象。它们为振动 方向互相垂直的线偏振光。光在非均质体 中传播时，其传播速度和折射率值随振动 方向不同而改变，其折射率值不止一个。 光波入射非均质体，除特殊方向以外，都 要发生双折射，分解成振动方向互相垂直， 传播速度不同，折射率不等的两种偏振光， 此现象称为双折射。
理论回顾
• 光轴 当光线从某个特殊的方向通过非均质晶体 时，不发生双折射现象。这个特殊方向就 是晶体的光轴。 • 云母片 双轴负晶体，光轴与器表面平行， ve>vo,ne<no, e光方向为快轴，o光方向为慢轴。
实验总体思路
• 先确定波片的快慢轴（o光方向、e光方向） • 再根据快慢轴确定光轴
（预实验）实验一 确认He-Ne激光器的偏振方向不随时间变化 • 器材：光电池、偏振片、检流计 • 原理：马吕斯定律 • E=Eocosα，α为入射偏振光与透 振方向的夹角。 • 方法：安置及调节好各仪器后，将激光器 的光通过，打到光电池上，接到检流计上。 • 结果：检流计示数稳定，说明激光器的出 射偏振光平均偏振方向不会转动，在偏振 片上的透射投影稳定，可以用以进行实验。
质疑
• 对文献的理论质疑： 两个光先各自衍射，再在人眼处干涉。
• 用白光难以满足相干条件: 改进利用He-Ne激光器实验。
进一步实验
• 利用He-Ne激光器实验 • 问题：看不到衍射条纹。 • 可能的原因，反射光太弱， • 入射角度太大。
Байду номын сангаас
实验图片
下一步计划
• 对探索实验：加强理论上的分析。 进一步改进探索实验。 • 分析实验三：改进方案，找个更强的激光 器。 找到快慢轴和双轴晶体光轴联系的理论。
确定波片光轴的实验方法
指导老师：戴瑞 汇报人：林楚 成员：李莫愁、张赢今、梁泽晨、 陈祥、程雯、薛雨涵
课题回顾
• 目的： • 掌握不同偏振态的光通过波片后偏振态的 变化； • 探讨确定波片光轴的实验方法； • 要求： • 会用布儒斯特定律确定偏振片的透振方向； • 设计实验方案，画光路图确定波片光轴方 向；
实验结果
实验结果：最大，检流计只偏 两格，光强太小，无法进行实 验。
实验图片
（探索性）实验四
• 器材：光栅、白炽灯、分光计、偏振片 • 文献上提到原理： 利用白光干涉谱测定云母片的快慢轴 将云母片的0°和90°光轴方向分别放置于垂直 和平行方向，反射光经平行光管照射在衍射光栅， 光程差和衍射条纹级次有如下关系。