牛顿望远镜实验报告
牛顿式反射望远镜实验报告
3、构造转折面：移动光标到像平面，按insert在主面与像平面之间插入一个虚构的面，新的面很快会被转换为折叠面。虚构面的作用只是简单地用来安放折叠面。在新的虚构面上输入一个-200.0的厚度值，保持镜面到像平面的总距离为-1000.0.。现在单击“tools”，“add fold mirror”，然后设置“fold surface”为2，单击OK。
**大学学生实验报告
Байду номын сангаас学院
年级、专业、班
姓名
学号
实验课程名称
工程光学综合实验
成绩
实验项目名称
牛顿式反射望远镜
指导老师
一、实验目的
熟悉zemax中非球面镜面的定义与输入方法；
熟悉zemax中三维图形显示；
熟悉zemax中牛顿式望远镜的设计。
二、实验内容
设计一个F/5的牛顿式望远镜，焦距为1000mm。
利用zemax构造一个转折面。
利用zemax软件观察该望远镜三维图形。
三、实验器材
pc机一台
zemax软件
zemax manual一册
四、实验步骤（实验一）
1、运行zemax；
2、输入数据：移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-2000.0。现在在同一个面上输入厚度值-1000.0。光线将往“后方”传递。现在在同一面的“glass”列输入“mirror”，选择“system”，“general”，然后在“通用数据对话框”中输入一个200的孔径值，点击ok。现在打开一个图层窗口，光线显示了第一面到像平面的轨迹，此时像平面在镜面的左边。可以得到标准的点列图。
实验四 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计
实验四 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计一．实验目的学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。
二．实验要求1.掌握设立反射镜、使坐标中断的方法；2.学会使用圆锥系数来优化成像质量；3.学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。
三．实验原理1.牛顿望远镜基本结构：抛物面主反射镜+与光轴成45度的平面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜；2.对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系；3.圆锥系数（conic系数）：见于LDE窗口中每一行的第7列（Conic），这个系数是描述该行所代表的面的曲面函数中的非球面二次曲面系数，决定了该行代表的面的形状，典型值对应的面形状如下：Conic=0 球面；-1<Conic<0 主轴在光轴上的椭球面；Conic=-1 抛物面；Conic<-1 双曲面。
4.ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤：定位置：：在所需要放置反射镜的位置添加一个虚构面（空面），由反射镜要（1） 定位置放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；（2） 添加反射镜：从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置相关合适的参数。
5.鬼像与挡光板：（1） 鬼像：成像系统中一些非设计中的反射光线最终沿着非期望的路径达到像面后，会形成鬼像，影响成像质量。
（2） 为了尽可能消除鬼像的影响，对于那些位于光路范围内的中间器件（尤其是口径小于主光路口径的），例如本例中的平面反射镜，一般需要在其前面加一块挡光板，消除这些器件对光线不需要的反射。
挡光板的口径通常要比被挡元件的口径稍大。
（3） ZEMAX中挡光板的具体实现步骤：定位置：：在所需要放置挡光板的位置添加一个虚构面（空面），由其要放a.定位置置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；设置参数：：将面型surf：type双击后的Aperture中的光圈类型从noneb.设置参数改为所需要的挡光类型（如圆形挡光），设置合理的挡光半径值，以略大于被挡元件半径为宜。
牛顿望远镜实验报告
实验一、牛顿望远镜1.实验目的学习运用ZEMAX综合性的光学仿真软件，将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
通过ZEMAX软件的仿真应用，对牛顿望远镜的原理进行深层次的了解，并加深对牛顿望远镜使用的熟练度。
2.基本原理ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
牛顿反射望远镜采用抛物面镜作为主镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜（平面的对角反射镜），再次改变方向进入目镜焦平面。
目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。
由于光学系统的原理，牛顿望远镜的成像是一个倒像，倒像并不影响天文观测，因此牛顿反射望远镜是天文学使用的最佳选择。
通过正像镜等附加镜头，可以将图像校正过来，但会降低成像质量。
3.系统结构一个1000mm F/5的望远镜，这暗指需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm的孔径。
光阑面的曲率半径列Radius，输入-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值Thickness-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递.“Glass”列输入“MIRROR”,输入一个200的孔径值. ZEMAX使用的缺省值是波长550，视场角0.光源为无穷远处。
4.像质分析该牛顿望远镜系统需要在前面设置一个面挡板，挡住一部分回散的光（该挡板的直径要适宜）。
标准点列图Spot Diagram。
光线密度有一个依据视场数目，规定的波长数目和可利用的内存的最大值。
列在曲线上的每个视场点的GEO点尺寸是参考点（参考点可以是主波长的主光线，所有被追寻的光线的重心。
牛顿光环实验报告
1. 观察和分析等厚干涉现象，即牛顿环的形成原理；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 学会使用读数显微镜进行测距。
二、实验原理牛顿环实验是光学中经典的干涉实验，主要用于观察等厚干涉现象，并利用干涉条纹测量透镜的曲率半径。
实验原理如下：在一块平面玻璃上放置一个焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面接触，接触点附近形成一层空气膜。
当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样，称为牛顿环。
根据干涉原理，当两束相干光的光程差为波长的整数倍时，发生相长干涉，形成明环；光程差为半波长的奇数倍时，发生相消干涉，形成暗环。
根据牛顿环的干涉条件，可得出以下公式：对于明环：2d = kλ + λ/2对于暗环：2d = (2k + 1)λ/2其中，d为空气膜的厚度，k为暗环或明环的级数，λ为入射光的波长。
当已知入射光波长和第k级暗环的半径rk时，可以计算出透镜的曲率半径R。
根据实验数据，可推导出以下公式：R = 4DmDn / (m^2 - n^2)其中，Dm和Dn分别为相邻暗环或明环的直径，m和n为对应的级数。
三、实验仪器1. JCD3型读数显微镜2. 牛顿环3. 钠光灯4. 凸透镜（包括三爪式透镜夹和固定滑座）1. 调整测量装置按照光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。
调整时注意以下几点：（1）调节450玻片，使显微镜视场中亮度最大，基本上满足入射光垂直于透镜的要求。
（2）因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。
（3）调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止。
往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。
（4）牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用酒精清洗，确保接触良好。
2. 测量牛顿环（1）使用读数显微镜测量相邻暗环或明环的直径Dm和Dn。
实验二 牛顿望远镜 zemax
实验名称：牛顿望远镜一.实验要求：系统焦距为1000mm ，F number为F/5，初始表面曲率半径为2000mm，Wavelength选用0.550um，field angel为0；合理设计结构，分别使反射面为球面和抛物面，比较两结构像差的不同；利用fold mirror在不改变像距前提下改善成像位置，使其离开光轴。
二.实验步骤：1：初始数据设置选择波长为0.550um；入瞳孔径为200，视场角为0。
2：镜头数据设置在STO上的Radius项中键入-2000 mm;在thickness中键入-1000，在Glass 项中键入MIRROR。
之后查看点列图与像差。
3：更改反射面在STO的Conic项键入-1，将反射面改为抛物面，查看点列图与像差。
4：改变成像位置先将STO的thickness改为-800，然后在其后插入面2，将其thickness设置为-200，然后Tools中的Add Fold Mirror，并将角度设置为45°，查看3D视图。
三.实验结果：图1反射镜为球面时的LDE图2 反射镜为球面时的视图图3 反射镜为球面时的像差图4 反射镜为球面时的点列图图5 反射镜为抛物面时的像差图6 反射镜为抛物面时的点列图图7 添加fold mirror 后的IDEZEMAX功能与用途：返回快速查看使用mirrors，conic constants，coordinate breaks，three dimensional layouts，obscuration。
使用conic constants常量更改面的形状，0为默认球面，1为抛物面等等。
实验总结：返回快速查看本次试验学习了牛顿望远镜的设计，通过更改点阵图的显示方式来观察实验结果，以及像差的校正过程：通过更改反射面的形状。
牛顿的棱镜实验报告
1. 了解牛顿的棱镜实验原理，掌握实验操作步骤。
2. 通过实验验证白光是由多种颜色的光混合而成的。
3. 探究不同颜色的光在棱镜中的折射率差异。
二、实验原理牛顿的棱镜实验揭示了白光是由多种颜色的光混合而成的。
实验原理如下：1. 白光通过棱镜时，会发生折射，不同颜色的光折射率不同，导致折射角度不同。
2. 由于不同颜色的光折射角度不同，光在棱镜内部发生色散，从而形成彩色光带。
3. 通过观察彩色光带的分布，可以验证白光是由多种颜色的光混合而成的。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：三棱镜、白光光源、屏幕、直尺、游标卡尺。
2. 实验材料：白色纸片、黑色纸片。
四、实验步骤1. 将三棱镜竖直放置在白光光源与屏幕之间。
2. 调整三棱镜与白光光源的距离，使白光垂直照射到三棱镜上。
3. 观察屏幕上的彩色光带，记录光带的颜色顺序。
4. 使用直尺测量彩色光带的宽度，计算不同颜色光的宽度。
5. 使用游标卡尺测量三棱镜的长度，计算不同颜色光的折射率。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，白光经过三棱镜后，屏幕上出现了一条红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色光带。
2. 通过测量，发现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的宽度依次减小，说明不同颜色的光在棱镜中的折射率不同。
3. 根据折射率公式，计算得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次减小。
1. 牛顿的棱镜实验验证了白光是由多种颜色的光混合而成的。
2. 不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，导致光在棱镜内部发生色散，形成彩色光带。
3. 本实验结果与牛顿的棱镜实验原理相符，验证了白光的色散现象。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意调整三棱镜与白光光源的距离，使白光垂直照射到三棱镜上。
2. 观察彩色光带时，注意记录光带的颜色顺序和宽度。
3. 使用游标卡尺测量三棱镜的长度时，确保测量准确。
八、实验总结牛顿的棱镜实验揭示了白光的色散现象，为光谱学的发展奠定了基础。
通过本次实验，我们了解了实验原理、操作步骤和注意事项，验证了白光是由多种颜色的光混合而成的，加深了对光的本质认识。
牛顿反射式望远镜的结构原理
牛顿反射式望远镜的结构原理1. 初识牛顿反射式望远镜嘿，小伙伴们！今天咱们聊聊一个超级有趣的天文工具——牛顿反射式望远镜。
你们有没有想过，咋样才能看到那些遥远星星的细节呢？就像在远处窥视一场星星的派对一样！牛顿反射式望远镜就是这么神奇的家伙，它把牛顿的科学智慧打包成了一个能让你大开眼界的设备。
说实话，它的工作原理还挺简单的，但却充满了智慧。
1.1 牛顿的奇思妙想说到牛顿，大家脑子里是不是会浮现出那个坐在苹果树下的人？对，没错，就是他！他那颗天才的脑袋不仅发明了微积分，还在光学上大显神威。
牛顿观察到白光其实是由不同颜色的光混合而成的，这给了他灵感，发明了反射式望远镜。
简直是“千里眼”加“顺风耳”，把宇宙的秘密暴露在我们面前。
1.2 结构小揭秘好啦，回到正题，这个牛顿反射式望远镜到底是咋运作的呢？它主要由几个部分构成：主镜、次镜和一个用来观察的目镜。
主镜是望远镜的“心脏”，它是一个大圆盘，表面像是抹了一层镜子。
这个主镜负责接收光线，像个超级大“接收器”一样，把光线集中到一个点上。
然后，光线还会通过一个小小的次镜反射到望远镜的一边，最后通过目镜展示给你，哇哦，这简直像是在夜空中开了一扇窗。
2. 细节探秘2.1 主镜的秘密主镜，顾名思义，是反射式望远镜的主角。
它不仅大，还得有超高的质量。
你要知道，这个镜子可不是随随便便的玩意儿，它得经过精密打磨，表面得像镜子一样平滑。
否则，就会影响光线的聚焦，搞得整个观星体验都大打折扣。
大家可以想象一下，如果主镜上有颗小灰尘，那就像给眼睛上了个“污点”，什么都看不清楚啦！2.2 次镜的妙用接下来，咱们聊聊次镜。
虽然它的体积小，但作用可大了！次镜就是那个调皮的小家伙，它把从主镜来的光线“分流”到旁边的目镜。
你可以把它想象成一个转弯的路标，让光线不会直接撞到望远镜的管子里。
这样一来，光线就能顺利地传到目镜，呈现出清晰的图像。
简单来说，次镜就是光线的“搬运工”，它不但要稳，还要准，才能确保你看到的图像清晰又亮丽。
牛顿的实验报告
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环的等厚干涉现象。
2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径。
3. 理解光的干涉原理及其在光学测量中的应用。
二、实验原理牛顿环实验是一种经典的等厚干涉实验，通过观察和分析牛顿环，可以了解光的干涉现象。
实验装置由一块平面玻璃和一块曲率半径较大的凸透镜组成。
当单色光垂直照射到这两个表面之间形成的空气薄膜上时，由于空气膜厚度不同，反射光的光程差也不同，从而产生干涉现象。
在牛顿环实验中，明暗相间的同心圆环称为牛顿环。
根据干涉原理，当两束相干光的光程差为整数倍的波长时，形成明环；当光程差为半整数倍的波长时，形成暗环。
设空气膜厚度为d，入射光的波长为λ，则两束相干光的光程差为2d。
根据干涉条件，可得到以下公式：- 明环：2d = kλ，其中k为整数。
- 暗环：2d = (2k+1)λ/2，其中k为整数。
通过测量牛顿环的半径，可以计算出透镜的曲率半径。
根据公式：\[ R = \frac{4}{(m-n)(m+n)} \]其中，R为透镜的曲率半径，m和n分别为相邻的明环和暗环的级数。
三、实验仪器1. 牛顿环实验装置：包括平面玻璃、凸透镜、光源、显微镜等。
2. 读数显微镜：用于测量牛顿环的半径。
3. 钠光灯：提供单色光源。
四、实验步骤1. 将牛顿环实验装置放置在平稳的工作台上。
2. 调节光源，使光线垂直照射到牛顿环装置上。
3. 调节显微镜，使显微镜视场中亮度最大，并观察到清晰的干涉条纹。
4. 选择相邻的明环和暗环，测量它们的半径。
5. 计算透镜的曲率半径。
五、实验数据及结果假设测量到的相邻明环和暗环的半径分别为r1和r2，则透镜的曲率半径R为：\[ R = \frac{4}{(m-n)(m+n)} \]其中，m和n分别为相邻的明环和暗环的级数。
六、实验分析通过实验，我们观察到牛顿环的干涉条纹为明暗相间的同心圆环，符合等厚干涉的规律。
根据实验数据，计算得到的透镜曲率半径与理论值基本一致，说明实验结果可靠。
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实验一、牛顿望远镜
1.实验目的
学习运用ZEMAX综合性的光学仿真软件，将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
通过ZEMAX软件的仿真应用，对牛顿望远镜的原理进行深层次的了解，并加深对牛顿望远镜使用的熟练度。
2.基本原理
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
牛顿反射望远镜采用抛物面镜作为主镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜（平面的对角反射镜），再次改变方向进入目镜焦平面。
目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。
由于光学系统的原理，牛顿望远镜的成像是一个倒像，倒像并不影响天文观测，因此牛顿反射望远镜是天文学使用的最佳选择。
通过正像镜等附加镜头，可以将图像校正过来，但会降低成像质量。
3.系统结构
一个1000mm F/5的望远镜，这暗指需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm的孔径。
光阑面的曲率半径列Radius，输入
-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值Thickness-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递.“Glass”列输入“MIRROR”,输入一个200的孔径值. ZEMAX使用的缺省值是波长550，视场角0.光源为无穷远处。
4.像质分析
该牛顿望远镜系统需要在前面设置一个面挡板，挡住一部分回散的光（该挡板的直径要适宜）。
标准点列图Spot Diagram。
光线密度有一个依据视场数目，规定的波长数目和可利用的内存的最大值。
列在曲线上的每个视场点的GEO点尺寸是参考点（参考点可以是主波长的主光线，所有被追寻的光线的重心。
或点集的中点）到距离参考点最远的光线的距离。
GEO点尺寸是包含了所有光线交点的以参考点为中心的圆的半径。
RMS点尺寸是径向尺寸的均方根。
先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根。
点列图的RMS 尺寸取决于每一根光线，因而他给出光线扩散的粗略概念。
本实验中RMS : 77.6um
定义抛射面
我们原先所输入的2000这个曲率半径只是定义了一个球形，我们需要一个锥形常量-1来定义抛物线。
目的：显示作为光瞳坐标函数的光线像差。
横向特性曲线是用光线光瞳的y坐标的函数表示的横向光线像差的x 或y分量。
缺省选项是画出像差的y分量曲线。
但是由于横向像差是矢量，他不能完整的描述像差。
绘图的数据时光线坐标和主光线坐标之差。
另外，像差曲线仅仅表示了通过光瞳的两个切面的状况，而不是整个光瞳。
这个高像质的图象所处的位置并不好。
由于像处在入射光路的光程中，图象无法接收。
这通常在主镜面后安放一个转折光线用的反射面来调整，反射镜面以45度的角度倾斜，将像从光轴上往外转出来。
为了使用转折面，我们首先必须定下它该安放在哪儿。
由于入射的光束为200mm宽，我们所需要的像平面至少要离开光轴100mm。
我们选择200mm，因此折叠镜面必须距主反射面有800mm。
另外一些图：
5.系统优化
优化后图
目的：通过调整后截距对光学系统快速调焦。
选择编辑》优化函数。
弹出窗口选择工具》默认优化函数弹出窗口执行最终优化。