三棱镜折射和衍射光栅特性
三棱镜光学原理及应用 ppt课件
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PRA正/NRA负的测定
PRA:指集合不变,在看近处物体时,用负球镜刺 激所产生的调节 NRA:指集合不变,在看近处物体时,用正球镜刺 激所产生的调节
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NRA负的测定方法: 1.被测眼完全矫正 2.调节瞳距,双眼去遮盖 3.用近用视力表,放于眼前33CM处 4.选择最好视力的上行视标 5.加正球镜,每次加+0.25D,到看物体模糊 且持续模糊,此时所加正球镜度数和即为 NRA的值
A
B
C
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3
三、三棱镜的光学特性
Base
三棱镜可以使物体看起来向顶端移动(像与物相对位置)
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4
此时，只能看到镜片中的像向上（顶端）移动， 而不能再看到物
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5
四、三棱镜度
1cm 1cm
1m
Base 普林蒂斯定度法: 1米远的物体的像产生1厘米直线距离的移动定为1 个棱镜度，用1 表示
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3、抑制与异常网膜对应检查
例：4Δ试验（略）
4、眼球震颤的三棱镜治疗
三棱镜加强集合矫正法：利用集合来抑制眼球震颤和提高视力 同向三棱镜矫正法：配戴尖端向慢相或中间带方向来抑制眼球震颤
组合三棱镜法
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5、双眼视功能异常的矫正与训练
水平缓解棱镜：Sheard法则、Percival法则、1：1法则
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三棱镜的光学原理
底 尖
光通过三棱镜向底部屈折
由于光具有粒子和波的特性，当光穿过三 棱镜时，光在底部走行距离比在尖部的长， 而光作为粒子穿过三棱镜比穿过空气要慢， 所以穿过底部的光比穿过尖部的光所用时 间长，因而使光线通过三棱镜时向底部屈 折。
三棱镜的原理及应用
• 掌握“三棱镜镜片的验配方法” • 了解三棱镜的其他应用，提高自身专业技
术水平
一、三棱镜的结构
由三个平面两两相交所围成的透明柱体
A BDC
AA`B`B、AA`C`C------ 折射面
A`
------ 主棱、顶端
θ
θ
------ 顶尖角
BB`C`C ------ 基底 \ 底
例2、主觉、他觉斜视角检查异常网膜对应 原理：通过前述方法检查主、他觉斜视角，如两者相差大于 4Δ为异常网膜对应
5、眼球震颤的三棱镜治疗
➢ 三棱镜加强集合矫正法：
在双眼前同时添加10~20ΔBO棱镜（具体度数以试片效果为准），强迫 双眼内转，利用集合来抑制眼球震颤和提高视力。
➢ 同向三棱镜矫正法：配戴尖端向慢相或中间带方向来抑制眼球震颤、 消除代偿性头位。
（2）他觉斜视角：通过交替遮盖观察被遮盖眼眼球运动 方向判断斜视性质，外斜加BI棱镜，内斜加BO棱镜，至 再次遮盖眼球不动为止，所加棱镜度即为斜视度
例： 1、马氏杆加三棱镜度法测斜视角 2、交替遮盖加三棱镜法测斜视角
例1：Maddox dots（马氏杆）加三棱镜法测斜视角
使用:
检查水平向斜视时,使用水平向马氏杆 检查垂直向斜视时,使用垂直向马氏杆 检查旋转斜视时,使用双马氏杆
作用：1、因眼镜光学中心偏离瞳孔中心会造成额外的棱镜 效应，引起戴镜不适。
2、如果患者需要配戴三棱镜，在镜片够移心的情况 下可以通过人为地将光心偏离瞳孔中心产生需要 棱镜效果。
例1：R：+5.00DS，L:+6.00DS,瞳距60mm，光学中心距离68mm ，光学中心水平互差相等，问眼平视看远时所感受到的棱镜 效应？差异棱镜度多大？
三棱镜折射率的测定
三棱镜折射率的测定
《三棱镜折射率的测定》
三棱镜是一种特殊的光学元件，它的折射率是衡量其性能的重要指标。
因此，测定三棱镜折射率是非常重要的。
测定三棱镜折射率的方法有很多种，其中最常用的是根据经典光学原理，利用空腔法、衍射法、折射法和线阵法等方法来测量三棱镜的折射率。
空腔法是一种简单的方法，它可以测量三棱镜的折射率。
它的原理是将三棱镜放入一个完全封闭的空腔中，然后用一个激光照射三棱镜，用一个探头测量激光照射后三棱镜反射出来的光强度，从而计算出三棱镜的折射率。
衍射法是一种常用的测量三棱镜折射率的方法，它的原理是将三棱镜放在一个衍射仪中，用激光照射三棱镜，然后用衍射仪测量三棱镜反射出来的光强度，从而计算出三棱镜的折射率。
折射法是一种常用的测量三棱镜折射率的方法，它的原理是将三棱镜放在一个折射仪中，用激光照射三棱镜，然后用折射仪测量三棱镜反射出来的光强度，从而计算出三棱镜的折射率。
线阵法是一种常用的测量三棱镜折射率的方法，它的原理是将三棱镜放在一个线阵仪中，用激光照射三棱镜，然后用线阵仪测量三棱镜反射出来的光强度，从而计算出三棱镜的折射率。
测定三棱镜折射率是一项重要的任务，可以采用空腔法、衍射法、折射法和线阵法等方法来测量三棱镜的折射率，以便获得更准确的测量结果。
光学中的色散与衍射现象分析
光学中的色散与衍射现象分析光学作为一门研究光和光学现象的科学，包含着丰富的现象和理论。
其中，色散与衍射是两个重要的现象，在光学研究和应用中起着重要的作用。
一、色散现象的分析色散是指光在通过透明介质时，不同波长的光的折射率不同而产生的偏离现象。
光的频率与波长存在着确定的关系，因此波长不同的光在经过透明介质时会按不同的角度发生折射，并且分离成不同的颜色。
色散现象的最常见例子就是光在经过三棱镜时的折射和分散。
根据光的折射定律和菲涅尔公式，可以计算出不同波长的光在介质中的折射角，并得出各个波长光的折射率。
从而在观察到一束经过三棱镜的白光时，可以看到白光分解成七个颜色，即红橙黄绿青蓝紫七种颜色，这就是色散现象。
色散现象不仅在自然界中普遍存在，还被广泛应用于光学仪器和光学技术中。
例如，在光谱仪中，利用色散原理可以将光分解成各个波长的成分，实现精确的光谱测量和分析。
而在光纤通信中，利用光纤中光信号在不同波长下的传播速度不同，可以实现波分复用技术，提高光信号传输的带宽和效率。
二、衍射现象的分析衍射是指光通过一个孔或者绕过一个物体时，出现偏离直线传播的现象。
在衍射过程中，光束被散射成若干个新的次级波，这些次级波沿不同的方向传播，并在干涉区域形成明暗相间的衍射图样。
衍射现象的经典实验是夫琅和费衍射，它利用一个狭缝让光通过，观察到狭缝后的干涉图样。
实验结果显示，在适当的条件下，光通过狭缝后会形成一系列的明暗条纹，这就是衍射现象的直观表现。
衍射现象是光的波动性质的重要表现，它揭示了光是一种波动性质的电磁辐射。
而且，衍射现象的研究推动了现代光学的发展和应用，例如在显微镜和望远镜中，衍射效应决定了成像的分辨率和清晰度；在激光和光存储技术中，衍射光栅可以实现光的精确操控和信息记录。
总结起来，光学中的色散与衍射现象是两个重要且相互关联的现象。
色散描述了光在介质中波长不同而折射率不同的特性，而衍射则揭示了光的波动性质和干涉现象。
物理光学 衍射光栅
光栅面法线
d
R1
斜入射时光栅方程
i
R2
＝d (sin sin i) m
光线位于光栅法线异侧
光栅面法线
i
d
R1
R2 ＝d (sin sin i) m
光线位于光栅法线同侧
2、光栅的色散本领(衡量物理量)
d sin m
由光栅方程可知波长 λ 越小，衍射角 θ 越小。因此， 随着级次的增高，会出现不同级次的光谱线重叠现象。
解决的方法是：衍射的极大方向变换到高级谱线上
——闪耀光栅
光栅面法线与刻划面 法线分开，使光强度
栅面法线
的分布发生改变。
g
i
衍射面
g
1、光强度分布最大的 方向满足反射定律：
=
a d
2、衍射级次应由光栅方程决定
由 ＝d (sin sin i) m, 知衍射零级方向为 = i
3、光栅闪耀角 g 的控制
光谱的不重叠区可由 m( ) (m 1)
得到：
m
由于光栅使用的光谱级m很小，所以它的自由 光谱范围比较大，而F-P标准具只能在很窄 的光谱区使用。
2. 自由光谱的范围（能测量的最大波长差）
当e e 时， 2 , 正好两组条纹重合,
2h
此时有m 1 2 m1
当 2 ，将无法判断是否越级。
1.93h cos2 S
m
cos2 1, 2h m, 有
1
2
A＝ 0.97mS
m
0.97s称为标准具的有效光束数， 记为N，A＝mN。
由于标准具精细度 S 极大，因此标准具的分辨本领 是很高的。如
h
5mm, S
30(R
0.9),
ch3-6衍射光栅
三、闪耀光栅
透射光栅的缺点：平面式光栅的零级谱无色散，但该级却具有最大的能量。仅 有很少部分光能量分布于高级次条纹上。 闪耀光栅：由一组锯齿状刻槽构成的反射式光栅。 1910年伍德（W. Wood)最先成功刻制了闪耀光栅。
刻槽平面 θb d 光栅平面
闪耀光栅的结构
闪耀光栅的特点：可将单槽衍射的0级与槽间干涉的0级在空间错开，从而把光 能量转移并集中到所需要的某一级光谱上。 闪耀角：刻槽面法线与光栅面法线之间的夹角，以θb表示。
§3—6衍射光栅
• • • • 衍射光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：具有周期性空间结构或光学结构的衍射屏。 可以具有反射或透射结构； 可以按不同的透射或反射率分为黑白光栅、正弦光栅等； 对于光栅的每一个单元，按衍射分析；不同的单元之间，按干涉分析。
黑白光栅
正弦光栅
光栅的特征参数
光栅常数（周期）：相邻栅线的间距，即空间周期的长度，以d 表示 光栅频率：光栅常数的倒数1/d，以 f0 表示
平行光斜入射：
d (sin θ ± sin θ 0 ) = mλ
m=0, ±1, ±2 ···
符号规则： 入射光与衍射光在光栅法线同侧，取+； 入射光与衍射光在光栅法线异侧，取-。
相邻单元间总的光程差
θ0
d
θ
θ0
= ∆ d (sin θ ± sin θ 0 )
N元干涉因子取得主极大的条件
θ
= ∆ d (sin θ ± sin = θ0 ) j = 0, ±1, ±2,...
相邻衍射单元间的光程差 相邻衍射单元间的相位差
d sin θ ∆L =
∆ϕ = k ∆L = 2π
λ
d sin θ
R
2 Nβ
理解光学现象中的衍射图样与衍射光栅
理解光学现象中的衍射图样与衍射光栅光学是一门研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科。
在光学中，衍射是一种重要的现象，它描述了当光通过一个孔或者遇到一个障碍物时，光的传播方向会发生改变，并形成一定的图样。
衍射图样是衍射现象的可见表现，而衍射光栅则是一种常用的实验工具，用于研究光的衍射现象。
衍射图样是光通过一个孔或者遇到一个障碍物后所形成的图案。
这种图样的形状和大小与光的波长、孔的大小和形状以及光的入射角度等因素有关。
常见的衍射图样有圆形衍射图样、方形衍射图样和多孔衍射图样等。
这些图样在光学实验和应用中起着重要的作用。
衍射光栅是一种特殊的光学元件，它是由一系列平行的透明或不透明条纹组成的。
当光通过衍射光栅时，会发生衍射现象，形成一系列亮暗相间的光斑，这些光斑的位置和强度与光的波长和衍射光栅的结构有关。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、光学测量仪器和光通信等领域。
理解光学现象中的衍射图样与衍射光栅需要掌握一定的光学知识和实验技巧。
首先，我们需要了解光的波动性质，即光是一种电磁波，具有波长和频率。
其次，我们需要了解衍射现象的基本原理，即当光通过一个孔或者遇到一个障碍物时，光的传播方向会发生改变，形成衍射图样。
最后，我们需要了解衍射光栅的结构和工作原理，以及如何通过实验观察和分析衍射图样。
在实际应用中，衍射图样和衍射光栅具有重要的意义。
例如，通过观察衍射图样的形状和大小，我们可以了解光的波长和入射角度等参数，从而实现光的测量和分析。
同时，衍射光栅也可以用于光的分光和光的调制等技术，广泛应用于光学通信和光学信息处理等领域。
总之，理解光学现象中的衍射图样与衍射光栅是光学学习和研究的重要内容。
通过掌握光学知识和实验技巧，我们可以深入理解光的传播和反射等现象，进一步应用于实际应用中。
衍射图样和衍射光栅在光学实验和应用中起着重要的作用，对于推动光学科学的发展和应用具有重要意义。
光栅
光栅衍射【摘 要】本实验通过研究光栅的衍射规律，测定光栅常数为33406A ，相对不 确定度为0.06%；测得紫光波长为4040.7A ，相对不确定度为0.12%;测得光栅的角色散率为 1D =2.77〓10-5A -1; 2D =6.93〓10-5A -1【关键词】分光计、平面透射光栅、衍射、光栅常数、角色散率、分辨本领 【实验原理】1．光栅衍射原理及光栅方程 平面透射光栅是一排密集、均匀而又平行的狭缝。
设a 为透明狭缝的宽度，b 为黑条纹的宽度，b a d +=称为光栅常数。
如图1有一束平行光与光栅G 的法线成角度i 入射于光栅产生衍射，从B 点作BC 垂直于入射线CA ，作BD 垂直于衍射线AD ，AD 与光栅法线所成夹角为θ，如果在这个方向上由于光振动的加强而在F 处产生了一个明条纹，则光程差（CA+AD ）必等于波长的整倍数，即：()λθk i d =±sin sin（1）入射光和衍射光线都在光栅法线的同侧时，上式等号左边括号内取正号，两者分别在法线两侧时取负号。
实验时要求光线垂直入射，即0=i ，则上式变成 λθk d k =sin （2）式中k 为衍射光谱级次，k =0，〒1，〒2，…，k θ为第k 级谱线的衍射角，可用分光计测出衍射角k θ，从已知波长可测出光栅常数d ，反过来如果已知光栅常数则可测出波长λ。
衍射光栅的基本特性可用它的角色散D 和分辩本领R 来表征。
2．光栅的角色散率由光栅方程（1）对λ微分，可得光栅的角色散θλθθcos d k d d D =≡（3）角色散率D 是光栅、棱镜等分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色光谱线之间的角距离。
3．光栅的分辨本领设波长为λ和λλd +的不同光波，经光栅衍射形成的两条谱线刚刚能分开，则分辨本领R 为λλd R =（4）根据瑞利判据，两条谱线恰能被分辨的条件是：其中一条谱线强度的极大值和另一条谱线强度的第一极小值重合，由此可推出分辨本领 kN R = （5）（问：设光栅N =4000，对一级光谱在波长为5900A 附近，它刚能辨认的两谱线的波长差为多少？）答：λλd kN R == 所以，400015900⨯==kNd λλ=1.475AG【实验内容】 1．将分光计调整为待测状态；2．光栅位置的调节①光栅刻线与分光计主轴平行； ②光栅平面与平行光管垂直。
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分光计调节要求
“三垂直” 是指载物台平面、望远镜的主光轴、 平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。
“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜能看到清 晰的叉丝像；望远镜对无穷远聚焦，即平面镜返回清 晰的绿十字像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远 镜中看到清晰的狭缝的像。
目镜套 筒锁定
目镜调 焦手轮
3324 3320 3323 3323 3324 3324 3321 3322
实验数据处理
光栅常数 d 3323nm
光栅宽度 l 45mm
狭缝数目 N＝ l ＝ 45mm 1.35104 d 3323nm
光栅的角色散率为
理＝
d d
k d cos
1 d
3.01105 rad
/m
(k 1时)
实＝
102 100 (579.0 577.0)nm
2 2nm
3105 rad
/m
光栅的分辨本领为
1.35104
R
k
N
2.70
104
(k 1时) (k 2时)
由R＝
，当＝577nm时，m
＝
in
R
0.043nm
2nm
两条黄色谱线可以分辨。
光栅的色散曲线
衍射角（度）
光栅的色散曲线 (1＃光栅，d=3323nm)
兰
304º37´ 124º39´ 274º11´ 94º15´
15º12´
2级
绿
308º35´ 128º38´ 270º14´ 90º15´
19º11´
黄1
309º45´ 129º46´ 269º4´ 89º7´
20º20´
黄2
309º48´ 129º51´ 269º0´ 89º4´
20º24´
d (cm)
d sin k
（k 0，1， 2, ）
光栅的角色散率和分辨本领
光栅方程 d sin k （k 0，1， 2,）
光栅的角色散率为： d k 1 d d cos d
光栅的分辨本领为：
R
(k 1时)
R kN
瑞利判据
仪器简介
望远镜 载物盘 刻度盘
平行 光管
灯源
光源 控制
读数 照明
实验目的
1、掌握用极限法测固体折射率的原理和方法。 2、用光栅观察水银灯光谱，并测出衍射角与
波长的关系。 3、了解光栅的主要特性。 4、进一步熟悉分光计的调节方法。 (难点)
测 固 体 折 射 率 的 原 理 图
n 1 cos A sin 2 sin A
汞灯光谱的衍射角与波长关系原理图
调节载物台水平 ： 重新放置双面镜
（与原位置成90°），调节平面镜前 面的螺钉（即载物台下面刚才没调节 的螺钉）使十字像与上方叉丝重合。
三棱镜的 放置方法
光路布置
A
钠光灯
3 2 1
B 毛玻璃
法线方向
暗视场
1
2
3 亮视场
C
极限方向
平行光管
光栅
B2
B1
B3 平台
望远镜
狭缝宽 窄调节
狭缝清晰度调节
望远镜
光源
望远镜仰 角调节Biblioteka 望远镜转动微调螺钉望远镜水平调节螺钉
载物台
游标盘
游标盘 止动
载物台 调平螺 钉
刻
度
盘
刻度盘锁定 (另侧望远镜止动)
平面反射镜 的放置方法
调整
调整
阿贝式自准直望远镜
用各半调节法将绿十字像调至与上方叉丝重 合（如图2），反复调节，使两面的十字像 均与上叉丝重合 注意：此步以后望远镜水平 调节螺丝不可再动！
波长（nm） 435.8
颜色
兰
546.1 绿
577.0 黄1
579.0 黄2
黄二
黄一 绿光
读数方法
游标窗口
游标盘 主刻度盘
233º13΄
实验数据处理
光栅编号：1＃
光栅宽度 l 45mm
谱线
角位置 左
角位置 右
1 2
0级
289º25´ 109º27´
435.8nm（兰） 296º56´ 117º0´ 281º52´ 101º56´
用极限法测固体的折射
衍射光栅及其特性
一、引言
分光计是一种能精确测量角度的光学仪 器。利用它可以测量光在棱镜或晶体中的 反射角、折射角、衍射角，而一些光学量， 如光波波长、折射率、光栅常数等可以通 过测量有关角度来确定，所以分光计是一 种比较常用的仪器。分光计的基本部件和 调节原理与其它一些光学仪器如摄谱仪、 单色仪等有很多相似之处，是这一类仪器 的典型。
载物台
平行光 管调平 螺钉
平行光管
刻
度 盘
刻度盘锁定 (另侧望远镜止动)
分光计调整完毕的仪器状态
狭缝 叉丝
十字像
调节平行光管主光轴与分光计主轴垂直
松开平行光管锁紧螺钉，将平行光管旋 转90度，使狭缝像变成水平，然后调节 水平调节螺钉，使狭缝的像与测量用叉 丝水平线重合．
本实验中观察到的汞灯谱线
20 15
10 5 400
K=2 K=1
450
500
550
600
波长
光学棱镜的色散曲线
7º32´
1 级 546.1nm（绿） 298º53´ 118º55´ 279º56´ 99º58´
9º28´
577.0nm（黄 1） 299º24´ 119º26´ 279º24´ 99º26´
10º0´
579.0nm（黄 2） 299º27´ 119º29´ 279º22´ 99º25´
10º2´