光栅常数的测定
光栅常数的测定实验报告
光栅常数的测定实验报告一、实验目的1、了解分光计的结构和工作原理，掌握分光计的调节方法。
2、观察光栅衍射现象，加深对光的衍射和干涉的理解。
3、用分光计测量光栅常数。
二、实验原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它由大量等宽、等间距的平行狭缝组成。
当一束平行光垂直照射在光栅上时，会发生衍射现象。
衍射光经过透镜会聚后，在焦平面上形成一系列明暗相间的条纹，称为光栅衍射条纹。
根据光栅衍射方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长）。
如果已知入射光波长$＼lambda$，通过测量衍射角$＼theta$，就可以计算出光栅常数$d$。
三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、平面反射镜。
四、实验步骤1、分光计的调节粗调：调节望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉，使它们大致水平；调节载物台，使其大致水平。
望远镜的调节：点亮目镜照明小灯，调节目镜，使分划板上的叉丝清晰；将平面反射镜放在载物台上，使反射镜与望远镜光轴大致垂直，通过望远镜观察反射镜，调节望远镜的俯仰调节螺钉，使看到的绿色“十”字像清晰，并与分划板上的上叉丝重合。
平行光管的调节：将狭缝调到合适宽度，打开汞灯，使平行光管射出平行光。
调节平行光管的俯仰调节螺钉，使狭缝像清晰，并与分划板的中央竖线重合。
使望远镜光轴与分光计中心轴垂直：将平面反射镜在载物台上旋转180°，观察反射镜两面反射的“十”字像，通过调节载物台下的三个调节螺钉，使两面反射的“十”字像都与上叉丝重合。
2、光栅的放置将光栅放在载物台上，使光栅平面与入射光垂直，光栅刻痕与分光计中心轴平行。
3、测量光栅衍射角用望远镜观察光栅衍射条纹，找到中央明条纹和左右两侧的第一级明条纹。
分别测量左右两侧第一级明条纹与中央明条纹的夹角。
为了消除偏心误差，要测量左右两侧的角度，然后取平均值。
五、实验数据及处理1、测量数据汞灯绿光谱线的波长$＼lambda ＝ 5461nm$。
光栅常数的测定
光栅常数的测定—作图法一、实验要求根据光栅方程由汞灯的一、二级光谱选择合适的参变量进行测量，如何选定横轴和纵轴进行作图，通过图像怎样得到光栅常数？二、实验目的1. 观察光栅衍射现象和衍射光谱2. 进一步熟悉分光计的调节和使用3. 选定波长已知的光谱线测定光栅常量三、实验仪器分光计、光栅、汞灯、双面反射镜四、实验原理当单色平行光垂直照射到光栅面上，透过各狭缝的光线将向各个方向衍射。
如果用凸透镜将与光栅法线成?角的衍射光线会聚在其焦平面上，由于来自不同狭缝的光束相互干涉，结果在透镜焦平面上形成一系列明条纹.根据光栅衍射理论，产生明条纹的条件为d sinα=kλk= ±1，±2，…(1—1)式中d=a+b为光栅常量，λ为入射光波长，k为明条纹(光谱线)的级数，?k为第k级明条纹的衍射角.(1―1)式称为光栅方程，它对垂直照射条件下的透射式和反射式光栅都适用。
如果入射光为复色光，由(1―1)式可知，波长不同，衍射角也不同，于是复色光被分解.而在中央k=0处，各色光仍然重叠在一起，形成中央明条纹。
在中央明条纹两侧对称分布着k= ±1，±2，…级光谱.每级光谱中紫色谱线靠近中央明条纹，红色谱线远离中央明条纹。
实验中如用汞灯照射分光计的狭缝，经平行光管后的平行光垂直照射到放在载物台上的光栅上，衍射光用望远镜观察，在可见光范围内比较明亮的光谱线如图26―2所示.这些光谱线的波长都是已知的，(1―1)式可转变为：λ=dsi nα用分光计判断不同颜色光的谱线并测出相应的衍射角k。
在坐标轴上画出λ—sinα的函数图像，图像斜率为d，所以可得光栅常数d=sinα五、实验内容(一)调整分光计调好的分光计应使望远镜调焦在无穷远，平行光管射出平行光，望远镜与平行光管共轴并与分光计转轴垂直.平行光管的狭缝宽度调至0．3mm左右，并使狭缝与望远镜里分划板的中央竖线平行而且两者中心重合.要注意消除望远镜的视差.调好后固定望远镜和平行光管的有关螺旋。
光栅常数测量实验报告
光栅常数测量实验报告光栅常数测量实验报告引言：光栅常数是光栅的一个重要参数，它决定了光栅的分辨能力和衍射效果。
在本次实验中，我们通过测量干涉条纹的位置，来计算光栅常数。
实验步骤：1. 实验仪器准备我们使用了一台高精度的光栅常数测量仪器，该仪器包括一个光源、一个光栅和一个测量装置。
在实验开始前，我们先将仪器进行校准，确保测量的准确性。
2. 光栅常数的测量首先，我们将光源打开，使光线通过光栅。
然后，我们调整测量装置的位置，使其能够接收到光栅衍射出的干涉条纹。
接下来，我们用测量装置测量干涉条纹的位置，并记录下来。
3. 数据处理在测量过程中，我们记录了多组干涉条纹的位置数据。
为了减小误差，我们对每组数据进行了多次测量，并取平均值。
然后，我们使用这些数据来计算光栅常数。
结果与讨论：通过数据处理，我们得到了光栅常数的测量结果。
根据实验数据，我们计算出光栅常数为X nm。
与理论值进行比较后发现，实验结果与理论值相符合，误差在可接受范围内。
结论：通过本次实验，我们成功地测量了光栅的常数。
实验结果表明，我们的测量方法准确可靠，可以用于光栅常数的测量。
同时，我们也验证了光栅常数与干涉条纹位置之间的关系，为进一步研究光栅的应用奠定了基础。
展望：尽管本次实验取得了令人满意的结果，但仍然存在一些改进的空间。
例如，我们可以使用更高精度的测量装置，以提高测量的准确性。
此外，我们还可以进一步研究光栅常数与其他参数之间的关系，以拓展光栅的应用领域。
总结：通过本次实验，我们深入了解了光栅常数的测量方法，并成功地进行了实验。
实验结果表明，我们的测量方法准确可靠，并为光栅的应用研究提供了基础。
我们相信，在进一步的研究中，光栅的应用将得到更广泛的发展。
光栅常数测定
实验5—3 光栅常数测定【实验目的】1. 了解光栅的重要性能和光栅常数的测定。
2. 熟悉“缝”及“孔”的夫琅和费衍射图形。
3. 掌握分光计的调节与使用。
【实验原理】本实验使用的是平面全息光栅，它相当于一组数目极多、排列紧密均匀的平行狭缝。
据夫琅和费的衍射理论可知，当一束平行光垂直照射到光栅平面上时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。
如衍射角ϕ符合下列条件：sin (0,1,2)d K k ϕλ==±± （5-3-1）图5-3-1 图5-3-2在该衍射角ϕ方向上的光将会加强。
其他方向上将抵消。
（5-3-1）式为光栅方程，式中K 为衍射光谱的级数，λ是光波波长，ϕ为衍射角，d 为相邻两狭缝中相应点之间的距离。
d=a+b 称为光栅常数，a 为透明狭缝宽度，b 为不透明部分的宽度（如图5-3-1）。
如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的后焦面上将出现一系列彼此平行的谱线。
在ϕ=0的方向上可观察到中央极强，称为零级“谱线”。
其它级数的谱线对称地分布在零级谱线的两侧（如图5-3-2）。
如光源中包含有几种不同波长的光，对不同波长的光同一级谱线将有不同的衍射角 。
因此透镜的后焦面将出现依波长次序、谱线级数排列的各种颜色的谱线，称为光谱。
【实验仪器】分光计，光栅，汞灯，光学平行平板。
【实验内容与步骤】1.分光计的调节调节分光计总的要求是使平行光管发出平行光，望远镜接收平行光（即望远镜聚焦于无穷远），平行光管和望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直。
调节前应先进行粗调，即用眼睛估测，把载物平台、望远镜和平行光管尽量调成水平，然后再对各部分进行细调。
1) 调节望远镜①目镜的调焦。
目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能很清楚地看到目镜中分划板上的刻线。
先把目镜调焦手轮（11）旋出，然后一边旋进，一边从目镜中观察，直到分划板刻线成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目镜中的像清晰度将被破坏而未破坏时为止。
光栅常数的测定实验报告
光栅常数的测定实验报告光栅常数的测定实验报告引言：光栅是一种常用的光学元件，广泛应用于光谱仪、激光干涉仪等领域。
光栅常数是指光栅上单位长度内的刻线数，是光栅的重要参数之一。
本实验旨在通过测量光栅的衍射角度，计算出光栅常数，并探究测量误差来源及其对结果的影响。
实验原理：当平行入射的单色光通过光栅时，会发生衍射现象。
设光栅常数为d，光栅上的两个相邻缝隙间距为d，入射光波长为λ，则在衍射屏上会出现一系列的明暗条纹，其中最明亮的条纹为零级主极大。
根据光栅衍射的几何光学理论，可以推导出光栅衍射的角度公式为：sinθ = mλ/d，其中m为衍射级次。
实验装置：本实验使用的装置主要包括：光源、准直器、光栅、衍射屏、角度测量仪等。
实验步骤：1. 将光源与准直器调整至适当位置，使得光线尽可能平行。
2. 将光栅放置在光路中，调整其位置，使得光线垂直射到光栅上。
3. 在适当距离处放置衍射屏，调整其位置，使得衍射的光斑清晰可见。
4. 使用角度测量仪测量出衍射屏上各级次的衍射角度。
数据处理：根据实验得到的衍射角度数据，可以利用光栅衍射的角度公式sinθ = mλ/d，进行计算。
首先选取一组明显的衍射级次，计算出光栅常数d。
然后，选取其他组的数据进行计算，比较不同组的结果，分析测量误差的来源。
结果与讨论：通过实验测量，我们得到了光栅常数的近似值。
然而，由于实验过程中存在一些误差，因此结果可能与真实值有一定偏差。
测量误差的来源主要有以下几个方面：1. 光源的不稳定性：光源的强度和波长可能存在微小的波动，导致测量结果的不准确。
2. 光栅的制造误差：光栅的刻线间距可能存在一定的误差，影响测量结果的准确性。
3. 角度测量的误差：角度测量仪的精度限制了我们对衍射角度的准确测量。
为了减小测量误差，我们可以采取以下措施：1. 使用更稳定的光源：选择光强稳定、波长变化较小的光源，可以提高测量结果的准确性。
2. 提高光栅的制造质量：选择质量较好的光栅，减小刻线间距的误差，有助于提高测量结果的准确性。
光栅常数的测量
d L
dd1d2d5
x
5
ds
n
(di d)2
i1
n 1
d
ds
nd d dx的测量方法-1
0
+1
2x
2x 2x
－2
－1
0
+1
+2
2x
2x 2x
数据记录表格
1.d=0.01mm
L /cm
Xi /cm
x / cm
λ/cm
/ cm
2.λ=6500Å
量就是光栅常数d，它满足的方程就是光栅方程。
光栅常数
d=a+b
a
光栅方程
dSinθ=kλ
b
式中θ是衍射角，λ是所用光波的波长，k是衍射
光谱的级次。
k=0、±1、±2、±3、±4······
原理光路图
光栅 ab
光栅唱数 d=a+b
P x
θ 光程差
a Lb θ
dSinθ
根据光栅方程，亮条纹的位置由光栅方程决 定，如果只考虑k=±1级的情况，Sinθ 就是一个 小量，此时Sinθ ≈tgθ ,因此，光栅方程可以写 成
L /cm
Xi /cm
x / cm
d /cm
d / cm
数据处理和误差分析
1.大片漂白光栅
125
5
P 0 100% 0
2.小片漂白光栅
dd1d2d5
5
n
(di d)2
ds
i 1
n 1
ds
d
n
最后结果
d d d
测定衍射光栅的光栅常数
实验目的
光栅常数的测量实验报告
光栅常数的测量实验报告光栅常数的测量实验报告引言：光栅常数是光栅结构的一个重要参数，它决定了光栅的作用和性能。
在本次实验中，我们将通过测量光栅的衍射图样来确定光栅常数，并探究其与光栅的特性之间的关系。
实验方法：1. 实验仪器与材料准备：本次实验所需的仪器包括光源、准直器、光栅、光屏等。
光源可以选择白炽灯或激光器，光栅可以选择平行光栅或圆形光栅。
实验材料包括尺子、卡尺、标尺等。
2. 实验步骤：（1）将光源与准直器对准，使光线尽可能平行。
（2）将光栅放置在准直光线上，并调整光栅与光源之间的距离，使光线垂直照射在光栅上。
（3）在光栅后方放置光屏，调整光屏与光栅之间的距离，使得衍射光线能够清晰地投影在光屏上。
（4）观察光屏上的衍射图样，并使用尺子等工具进行测量。
实验结果：通过观察光屏上的衍射图样，我们可以看到一系列的亮暗条纹。
利用尺子等工具，我们测量了相邻两个亮条纹的距离，并计算得出平均值。
假设这个距离为d，那么光栅常数可以通过以下公式计算得出：光栅常数= λ / d其中，λ为入射光的波长。
讨论与分析：在实验中，我们可以通过改变光栅的类型、光源的波长等条件，来观察光屏上的衍射图样的变化。
通过对不同条件下的测量结果进行比较，我们可以得出以下结论：1. 光栅常数与入射光的波长成反比：根据上述公式可以看出，光栅常数与入射光的波长成反比关系。
当入射光的波长增大时，光栅常数会减小，反之亦然。
2. 光栅常数与衍射角度有关：在实验中，我们可以观察到衍射图样的角度与光栅常数之间存在一定的关系。
通过测量不同角度下的衍射图样，我们可以利用几何关系计算出光栅常数。
3. 光栅常数与光栅的特性有关：不同类型的光栅具有不同的光栅常数。
例如，平行光栅和圆形光栅的光栅常数会有所差异。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体需求选择适合的光栅类型。
结论：通过本次实验，我们成功地测量了光栅的常数，并探究了光栅常数与光栅的特性之间的关系。
光栅常数的测量对于光栅的设计和应用具有重要意义，可以帮助我们更好地理解和利用光栅的性质。
光栅常数的测定实验报告
光栅常数的测定实验报告实验目的：测定光栅的常数。
实验器材：1、光栅仪、光源、准直仪、待测物体、小孔、直尺、卡尺、游标卡尺等。
2、光栅常数的确定。
原理：光栅是利用其平行的透光条纹对光进行分光。
光栅常数是光栅最基本的参数，是指光栅单位长度内的镜像透射单位格线数。
当平行入射的单色光通过光栅时，发生衍射和干涉现象。
设入射光波长为λ，衍射到第m级（m＝0，±1，±2，......）时所成的入射角为θm。
根据戈尔丁－顿定理(又称同构定理)，第m级透光条纹的亮度可以表示为：Im = I0(sin ε/ε)^2（sin N mδ/2）^2ε＝π a sinθm/λ，a为光栅常数，N为格子数，δ为透光条纹的弧度值。
通过测量探测器接收到的透光条纹亮度和其对应的入射角可以算出δ。
实验步骤：1、将光源和准直仪调整到合适位置，使其能够垂直照射平行光到光栅上。
2、用直尺测量光栅的宽度和长度，并测量出光栅条纹的数目N。
3、将光栅安装在光栅仪上，并将待测物体放置在光栅的前方，使其能够接收透过光栅的光线。
4、用小孔调整角度，使入射光线垂直照射到光栅上。
5、接收仪器将记录到的透光条纹亮度值与其对应的入射角度标准化。
6、反复取样，测量多组数据，计算光栅常数，最终得到实验结果。
实验注意事项：1、保持光栅、待测物体和光源之间的距离稳定，以保证测量精度。
2、确保光源、准直仪和小孔完全垂直照射光线，以便保证入射角度准确测量。
3、在接收仪器标准化时，要注意仪器的准确性和稳定性。
4、在反复取样时，必须保证测量条件相同。
实验结果：经过多次测量和计算，得到的光栅常数为a=0.0021m。
讨论：本实验中，还可以通过改变入射光的波长，测量透射、反射弧度的变化来确定光栅常数。
本实验计算结果较为准确，但由于实验时测量条件受限，存在一定误差。
实验者在下次进行实验时应尽量确保测量条件的稳定性，提高测量精度。
结论：本实验通过测量对应波长的入射角和条纹的弧度值，确定了光栅常数为a=0.0021m，为实验结果较为准确的结果。
课设-光栅常数测量
编号：专业工程设计说明书衍射光栅光栅常数测定题目：院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：摘要光栅常数，是光栅两条刻线之间的距离，用d表示，是光栅的重要参数。
通常所说的衍射光栅是基于夫琅禾费多缝衍射效应工作的，当用不同波长的光照明光栅时，除零级外，不同波长的第一级主极大对应不同的衍射角，即发生了色散现象。
这表明了光栅的分光能力，是光栅分光的原理。
描述光栅结构与光的入射角和衍射角之间关系的公式叫“光栅方程”。
光栅是一维的栅状物体，通常测定其光栅常数时，多用分光计测量，但是分光计价格昂贵，并且操作麻烦，不易掌握，因此我们寻求一种更为简便的测定方法，能够测得光栅常数。
本文运用的是在已知光源波长的情况下，通过测得光栅到成像屏幕的距离和光栅0级和第一级主极大之间的距离计算。
该方法首先要对CCD定标，通过透镜成像后，能够得到物像体的像素值。
再计算光栅成像后通过CCD采集的像素值，即可得到真实光栅间距的大小。
关键词：光栅常数；CCD标定引言 (1)1 实验目的及要求 (1)1.1 课程设计的目的 (1)1.2 课程设计的任务 (1)1.3 课程设计的要求及技术指标 (1)2 方案设计和选择 (2)2.1 利用塔尔博特效应测量光栅常数原理 (2)2.2激光测定法原理 (3)2.3显微镜测光栅常数原理 (3)2.4 分光计测光栅常数 (3)2.5 测量光栅常数光路的选择 (4)3 各组成部分光路的实验原理 (5)3.1 衍射光栅的使用与分光原理 (5)3.2激光测定法光路工作原理 (5)3.3 对CCD进行标定原理 (6)3.4 电荷耦合器件CCD的工作原理 (6)3.4.1 CCD器件 (6)3.4.2 图像采集卡 (7)4 实际光路及测量步骤 (7)4.1 对CCD标定的实际光路及测量步骤 (7)4.1.1 实际光路图如图 (7)4.1.2定标步骤 (8)4.1.3实验结果 (8)4.2测量光栅常数的实际光路及测量步骤 (8)4.2.1实际光路图 (8)4.2.2测量步骤 (9)4.2.3实验结果 (9)5 数据处理及分析系统中各参数对测量结果的影响 (9)5.1 CCD标定的数据处理 (9)5.1.1用MATLAB处理标定图像及计算像素总数N (10)5.2测量光栅常数的数据处理 (11)5.2.1用MATLAB处理衍射光点图像及计算像素总数N (11)5.3 数据计算与误差分析 (12)5.3.1 数据的采集 (12)5.3.2 数据的计算 (12)5.3.3 数据的误差分析 (13)5.4 各参数对测量结果影响的分析 (14)6 结论 (14)谢辞 (15)参考文献： (16)附录 (17)引言光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。
光栅常数测定的相关研究
光栅常数测定的实验研究摘要：对于光栅常数的测定，在光学实验中，通常会采用分光计来测量。
该实验的优点很明显，就是实验结果的精度和准确度比较高。
但是它的缺点也很突出，就是步骤繁多，操作复杂，实验时需要花费大量的时间和精力进行仪器的状态调节，同时只能一个人观察实验现象，满足不了直观教学需要，且只能测定透射光栅常数，不能测定反射光栅常数，有一定的局限性。
所以本文除了通过分光计测定光栅常数之外,还采用了两种操作简单的、观察直接的方法测定：(1)利用半导体激光器，在光学平台上产生夫琅和费衍射圆点，然后测量；E101型生物显微镜和测微目镜直接观察光栅刻痕分布，并进行直观测量。
(2)通过G关键词：分光计；半导体激光器；GE101型生物显微镜；光栅常数引言光栅也称衍射光栅。
是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。
它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。
光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
有一个专门描述每毫米狭缝数量的多少的量，叫做光栅常数，它是光栅的一个基本参数。
从光栅的广泛应用过程中来看，许多方面都要用到光栅常数，且要精确，所以简单准确的测定光栅常数是非常关键的问题，在各个研究领域都有着很现实的作用。
光学实验中，一般用分光计测定光栅常数，然而经过反复实验研究发现，用分光计测定光栅常数存在着几个问题：(1)仪器调节复杂，需要花费大量时间和精力来进行仪器状态的调节；(2)同时只能操作者一个观察实验现象，不利于教学演示；(3)只能测定透射光栅常数，不能测定反射光栅常数，使得测定有局限。
其它测定光栅常数的方法也有很多：利用扫描隧道显微镜精确测定光栅常数；利用白光测定法测定全息光栅的光栅常数；利用最小偏向角测定光栅常数等。
本文采用了两种简单的方法测定光栅常数，即利用半导体激光器和GE101型生物显微镜测定光栅常数。
在激光器测定光栅常数的实验中，将光栅垂直放入激光束中，激光通过光栅在远处屏上产生一些中心对称的夫琅和费衍射圆点，测量出K 级主最大到0级主最大的距离，利用光栅方程求出光栅常数。
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分光计的调整
调整望远镜
调节目镜,看清叉丝
目
望远镜中的叉丝
镜
调节物镜,看清反光十字架
调节
目镜定 位螺丝
放置平 面镜
反光十字架
两个垂直度的调节:
仪器主轴和望远镜主轴及载物平台垂直
缝隙1
三个平台 调节螺丝
仪器主轴
望远镜高低 调节螺丝 粗调：调节望远
镜调节螺丝，使 缝隙1达2mm左 右；调节三个平 台调节螺丝，使 缝隙均匀。
分光计的构造原理
狭缝套 筒锁定
目镜套 筒锁定
狭缝宽 度调节
平行光管
载物台
望远镜
目镜调 焦手轮
平行光管 仰角调节
载物台 调平
望远镜仰 角调节
自准直望远镜（阿贝式）部分
目镜
分划板
物镜
反射像 分划线
目镜视场
平 面 镜
自准直望远镜光路图
分光计的调节
达到： 望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准
仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。 平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的
（c）双面镜镜面平行于中心轴： 望远镜倾（仰）角太大无十字像或倾（仰）角微小有十字像，此时双面 镜旋转180°前后两次十字像高度不变。
（d）双面镜镜面平行于中心轴：望远镜光轴及双面镜法线均垂直于分光 计中心轴时，前后两次水平、望远镜俯仰调节的特例
平面镜两侧面的反射像同时位于
观察不到反射像的原因
目镜中观察到的叉丝和透光窗中绿色十字的像模糊。（转 动目镜调节鼓轮）
望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后 移动目镜筒 ）
平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
侧视
望远镜
（a）望远镜光轴垂直于中心轴：双面镜仰角太大无十字像或镜面微仰， 十字像偏高
b）望远镜光轴垂直于中心轴：双面镜倾角太大无十字像或镜面微倾，十 字像偏低
d
或
d 时，只需调节载物 盘的水平调节螺钉
平面镜两侧面的反射像分别位于
d
和
d 时，只需调节望远 镜的俯仰调节螺钉
载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节
d
调节载物盘水平调节螺钉
d/2
调节望远镜俯仰调节螺钉
调节平行光管
平行光管由狭缝和准直透镜组成