工程光学实验指导书解析
工程光学实验1—6指导书
实验一 放大率法测量焦距和截距 Measurement Of Focus And Intercept一、实验目的:1．通过对透镜的焦距和截距测量熟悉焦距仪的测量原理及测量方法，掌握基本的实验技能。
2．了解焦距仪的结构及平行光臂的使用，学会螺旋丝杠式测微目镜读数方法。
3．掌握校正显微镜放大率的方法。
二、实验要求：基本理论：理想光学系统的共线成像理论。
基本知识：了解焦距仪的结构，平行光管的使用，理想光学系统焦点、焦平面、主平面、焦 距和截距的概念。
基本技能：学会在焦距仪上进行同轴等高调节。
学会使用螺旋丝杠式测微目镜及读数方法。
三、实验内容及测量原理：焦距和截距是光学系统重要的特性参数，就几何光学来说，焦距是光学系统的特征值。
只要知道焦距和焦点的位置，就能完全确定任何位置上的物体经过该光学系统所成像的位置、大小、正倒和虚实。
1．焦距的测量原理：光学系统的主点到焦点的距离称为焦距。
物方焦距、像方焦距分别用f 、'f 表示。
放大率法测量焦距是利用平行光管物镜焦面上分化板的一对刻线在被测透镜焦面上成像的比例关系，求出被测透镜焦距的大小。
如平行光管分化板上一对刻线间距为y ,经被测透镜成的像为'y ,平行光管物镜和被测透镜焦距分别为'0f 和'f ,由图一可看出它们的关系如下： 0f y tg -=ω '''f y tg -=ω∵'ωω= ∴''0f y f y -=- 即yy f f ''0'∙-= 式中f0'、y 为已知，f'与y'成正比。
这样只要测出y',即可求出被测透镜焦距。
图一2．焦距的测量：光学系统的最后一个表面顶点到像方焦点的距离为后焦距，用lp'表示。
很显然，对于一个光学系统知道了焦距和截距的大小，就可确定焦点和主点的位置。
图二在测量截距的同时，可以进行透镜截距'F l的测量。
工程光学实验指导书
工程光学实验指导书厦门工学院电子信息工程系2014.9目录实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 (3)实验二聚光镜的建立 (6)实验三导光管建立 (8)实验四液晶背光模组建立 (15)实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模一、实验目的1. 熟悉tracepro基本功能。
2. 熟悉建模及表面属性、材料定义方法。
二、球形反光碗设计球形反光碗是使用耐热玻璃（例如：PYREX）压制成型，其内部经高光洁度抛光处理并涂镀反光膜，可将投影灯的后部光能有效地反射至前方，提高投影灯光能利用率。
球形反光碗实物图形如下：球形反光碗设计步骤：1．打开TracePro3.24→新建名为球形反光碗的文件，或使用CtrL+N2．点击→，选择Conic类型，形状为球形（Spherical）,厚度（Thickness）输入4mm，反光碗高(length)为18mm,孔大小为0,半径(radius)为33mm, 起点坐标值和旋转坐标值保持默认，输入结果为图1.1图框所示：图1.14．点击Insert，使用工具栏图标区缩小图形后，点击下拉菜单View →Render进行渲染以后，反光碗实体模型如图1.2：图1.25．使用工具栏图标区箭头工具，在图形区完全选中反光碗，或点中导航选项卡中“模型树”Object 1，单击鼠标右键，在弹出下拉菜单中选择进行材料属性设置，在材料目录（Catalog）中选择IR,克斯（PYREX）耐热玻璃，运用（Apply）此属性，吸收、透过和折射率将显示如图1.3：注：PYREX相关知识：PYREX玻璃是美国康宁玻璃公司(CORNING)研究人员薛利文(Sullivan)1915年发明的，并取得发明专利。
这种玻璃在美国叫“派莱克斯”(PYREX)玻璃，PYREX是美国康宁公司产品的一个商标。
派莱克斯玻璃专利失效以后，这种玻璃被各国广泛采用。
70多年来，很多专家学者都想研究一种新的玻璃，超过派莱克斯玻璃的性能，都没有成功。
工程光学实验报告讲诉
工程光学实验报告最小偏向角法测棱镜折射率1.测量原理从几何光学可知，棱镜的玻璃折射率n与棱镜顶角A及最小偏向角之间有如下的关系：在不同波长的单色光照明下，在分光仪上测得A和，即可利用上式求得不同波长的玻璃折射率。
2.实验仪器设备①分光仪：利用光的反射、折射、衍射和干涉原理进行角度测量的仪器。
它主要由下列几个部分组成：自准直望远镜，平行光管，载物台，度盘和游标盘。
望远镜通过支臂与度盘固定在一起，组成仪器的照准部。
它与游标盘和棱镜台可分别绕度盘的垂直轴旋转，转过的角度由游标盘和度盘读出（游标精度为1’，度盘每格值为30’），每次读数要在对径方向上二个游标上读数，然后取其平均值，这样可消除度盘的偏心误差，且要在度盘的三个不同位置上读数，以消除度盘的刻度误差，轴的晃动误差等，仪器上各运动部分备有锁紧、微动和调整装置的螺钉。
②光源：a.用钠光灯作照明光源测量D光折射率，钠光谱线λ=0.6328μ。
b.自准直望远镜照明光源为6.3伏白炽灯及变压器。
3.实验步骤第一步：调整：①接上光源b；②目镜调焦；③望远镜调焦，用自准直法将目镜分划板正确地调焦在物镜焦面上，即使望远镜物镜对无穷远调焦；a.粗调望远镜光轴，使其位置适中（通过上、下、左、右调节螺钉）；b.棱镜台上放一平行平板玻璃，工作面正对望远镜，观察目镜分划板上十字丝与反射回来的像是否同时清晰，若不同时清晰，则移动目镜镜管，直至同时清晰为目。
④使望远镜瞄准轴与度盘轴相互垂直；当用平行平板使望远镜调焦无穷远时，则锁紧螺钉6，使棱镜台与游标盘连在一起，通过目镜观察分划板上十字丝和其反射像水平线是否精确对称，若不对称则用半修法校正（即不对称量由望远镜和棱镜台各负责校正一半），它可通过调整螺钉达到，然后将棱镜台连同游标盘带平行平板转过去180度，再重复上述步骤校正偏差，通过反复进行，逐次趋近，直到平行平板无论哪一个面正对望远镜，十字线和反射回来的像都对称为止，这说明望远镜瞄准轴与度盘旋转轴已垂直，以后的工作过程中，不允许再调节望远镜的调节螺旋。
工程光学基础实验指导书
哈尔滨理工大学实验指导书课程名称：工程光学基础学院：测控技术与通信工程学院系部专业：测控技术及仪器１实验一：放大镜、显微镜和望远镜光路并搭及视角放大率的测量实验类型：综合型适用专业：测控技术及仪器一、实验目的：通过光路拼搭，将理想光学系统平面成像、实际光组的光束限制等理论结合起来，形成的综合实验，掌握放大镜、显微镜和望远镜的工作原理及光路特点，并通过视角放大率估测，加深对视角放大率的理解。
二、实验内容：分别拼搭放大镜、显微镜和望远镜的光路及视角放大率的估测。
三、实验用设备仪器及材料：简易光具座、光源、透镜、像屏、玻璃刻线板等。
四、实验方法及步骤：1、放大镜：（1）、玻璃刻线板和正透镜放好，移动正透镜，使玻璃刻线板放在距正透镜一倍焦距以内靠近焦点处，则正透镜起放大镜作用，可观察到玻璃刻线板的放大正立的虚像。
（2）、测量视角放大率：在刻线板旁再放上另一块刻线相同的玻璃刻线板并使它距人眼250mm，两眼同时观察，右眼通过放大镜观察放大的像g1’,左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1’的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则放大镜的视角放大率就是 m / n。
（3）、理论放大镜的视角放大率为250 / f放。
2、显微镜：（1）、将刻线板g1,正透镜L1 放置在光具座上，刻线板g1放在L1的一倍焦距到两倍焦距之间的地方,使g1成一个放大倒立的实像g1’。
然后将正透镜L2 放置好,并使g1’在L2 的物方一倍焦距以内,放大镜L2使g1’再放大到g1”。
这样就构成了一个显微镜。
(2)、测量视角放大率：显微镜的视角放大率与放大镜的测量方法相同。
右眼通过显微镜观察放大的像g1”左眼直接观察另一刻线板g2，若放大像g1”的n个刻线值正好与g2上的m个刻线值相当，则显微镜的视角放大率就是m / n。
２(3)、根据公式得到显微镜理论的视角放大率为：△ / f1 * 250 / f2’３、望远镜：(1)、开普勒式望远镜：用长焦距的正透镜L1和短焦距的正透镜L2构成，当L1的像方焦点和L2的物方焦点重合时就组成开普勒式望远镜。
工程光学实验1—6指导书.
实验一 放大率法测量焦距和截距 Measurement Of Focus And Intercept一、实验目的:1．通过对透镜的焦距和截距测量熟悉焦距仪的测量原理及测量方法，掌握基本的实验技能。
2．了解焦距仪的结构及平行光臂的使用，学会螺旋丝杠式测微目镜读数方法。
3．掌握校正显微镜放大率的方法。
二、实验要求：基本理论：理想光学系统的共线成像理论。
基本知识：了解焦距仪的结构，平行光管的使用，理想光学系统焦点、焦平面、主平面、焦 距和截距的概念。
基本技能：学会在焦距仪上进行同轴等高调节。
学会使用螺旋丝杠式测微目镜及读数方法。
三、实验内容及测量原理：焦距和截距是光学系统重要的特性参数，就几何光学来说，焦距是光学系统的特征值。
只要知道焦距和焦点的位置，就能完全确定任何位置上的物体经过该光学系统所成像的位置、大小、正倒和虚实。
1．焦距的测量原理：光学系统的主点到焦点的距离称为焦距。
物方焦距、像方焦距分别用f 、'f 表示。
放大率法测量焦距是利用平行光管物镜焦面上分化板的一对刻线在被测透镜焦面上成像的比例关系，求出被测透镜焦距的大小。
如平行光管分化板上一对刻线间距为y ,经被测透镜成的像为'y ,平行光管物镜和被测透镜焦距分别为'0f 和'f ,由图一可看出它们的关系如下： 0f y tg -=ω '''f y tg -=ω∵'ωω= ∴''0f y f y -=- 即yy f f ''0'∙-= 式中f0'、y 为已知，f'与y'成正比。
这样只要测出y',即可求出被测透镜焦距。
图一2．焦距的测量：光学系统的最后一个表面顶点到像方焦点的距离为后焦距，用lp'表示。
很显然，对于一个光学系统知道了焦距和截距的大小，就可确定焦点和主点的位置。
图二在测量截距的同时，可以进行透镜截距'F l的测量。
工程光学实验指导
实验一物镜焦距、截距的测定一、实验目的掌握用定焦距平行光管法测量光学系统焦距、截距的方法二、实验内容掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的照相物镜、望远物镜和显微物镜的象方焦距和截距、物方焦距和截距。
三、实验原理测量焦距的方法很多，其中的定焦距平行光管法、（即放大率法）测量范围大，测量精度高，相对误差一般在1％以下，是目前常用的方法，其测量原理如图1－1。
图1－1焦距截距的测定原理图其中O 是平行光管物镜，L 是被测透镜，y0 是位于平行光管物镜焦平面上的一对刻线的间隔距离。
y0 经过平行光管物镜后成像在无限远处，再经过被测透镜L 后，在它的焦平面上得到y0 的像y`。
这种方法的原理就是通过测量像y`的大小，然后计算出被测透镜的焦距。
从图1－1 看出下面两个关系式，用作图成像的方法很容易得出：w=w`（1－1）这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式，其中f0`是平行光管物镜的焦距，是已知的。
Y0 是位于平行光管物镜焦平面处的分划板上的一对刻线的间隔距离，它的大小也是事先已知的。
Y`是这对刻线y0 经过被测透镜后所成的像，如果能测量出此像y`的大小，那么就很容易用公式（1－1）计算出被测透镜的焦距f`。
利用本公式及方法，可以测量正负透镜、望远物镜、照相物镜、放映物镜，各种目镜的焦距。
应当注意要正确选择测量显微镜的物镜，使之与被测光学系统相匹配。
如测负焦距系统使要选择长工作距的显微物镜。
这是因显微物镜的倍率不同，故（1－1）式变化如下（1－2）式中：β――――――测量显微镜放大倍数四、实验设备焦距仪、待测物镜（照相物镜、照相物镜、显微物镜）焦距仪结构示意如图1－2，它包括一个平行光管、一个透镜夹持器、一个带有目镜的读数显微镜和把它们连在一起的一根带有长度刻尺的导轨组成。
图1－2焦距仪结构示意图1.平行光管、2.透镜夹持器、3.测微目镜组成1．平行光管本实验采用的平行光管物镜的焦距为550mm。
工程光学1实验指导书(2014修改)
实验仪器简介一、光具座1、仪器结构及测量原理光具座结构如图1－1所示，它由平行光管（1）、透镜夹持器（2）、测量显微镜（3）及带有刻度尺的导轨（4）组成。
图1—1 光具座结构示意图（1）平行光管常用的平行光管物镜焦距有550mm、1000mm和2000mm等。
在平行光管物镜物方焦平面上有一可更换的分划板，分划板经平行光管成像为一无限远物体，作为测量标记。
常用的分划板有图1－2所示的用于测量焦距用的玻罗板，图1—3所示的检测光学系统分辨率的鉴别率板和检验成像质量的星点板等。
图1—2 玻罗板图1—3 分辨率板（2）测量显微镜测量显微镜是用来测量经被测物镜所成的像（或物体）大小的。
它由物镜和测微目镜组成，物镜是可以更换的（根据被测物的大小可以更换不同放大倍率的物镜）。
测微目镜是用来读取测量数值的，其结构如图1—4所示。
图1—4 测微目镜结构图测微目镜由目镜（1）、固定分划板（2）、活动分划板（3）和测微读数鼓轮（4）四部分组成。
测量原理是：读数鼓轮每旋转一圈（即测微螺杆移动一个螺距）活动分划板上刻线移动量为固定分划板刻线的一个格。
测量时，首先旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体起始位置，由活动分划板双刻线在固定分划板刻线位置读取毫米数（整数），再从读数鼓轮读取小数，然后再次旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体终止位置，继续读取数据，两次读数之差即为被测物体大小。
2、仪器技术指标（1）550mm光具座①平行光管物镜名义焦距ƒ′＝550 mm通光口径D＝ 55 mm相对孔径 1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板十字线分划板鉴别率板Ⅱ号、Ⅲ号③测量显微镜物镜：1倍测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm（2）GJZ—1型光具座①平行光管物镜名义焦距ƒ′＝1000 mm 实测焦距ƒ′＝997.47 mm 通光口径D＝100 mm相对孔径 1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板刻度范围±20′，格值10″鉴别率板1、2、3、4、5号③测量显微镜物镜： 1 倍NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.005 mm被测物镜最大口径Φ80 mm被测物镜焦距范围±500 mm（3）CXW—1型光具座①平行光管物镜（复消色差）名义焦距ƒ′＝2000 mm 实测焦距ƒ′＝1973.9 mm 通光口径D＝150 mm相对孔径1:13.3②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20、40mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板刻度范围±20′，格值10″鉴别率板1、2、3、4、5号③测量显微镜物镜：0.25倍NA = 0.0150.5倍NA = 0.031 倍NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜偏摆角度± 40°测量显微镜横向移动量25 mm 测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜高度升降范围± 5 mm被测物镜最大口径Φ130 mm被测物镜焦距范围±1200 mm3、仪器调整与操作（1）根据测量项目选择平行光管物镜物方焦平面上分划板。
工程光学实验教材
试验一自组望远镜 (测量试验)一、试验目旳理解望远镜旳基本原理和构造, 并掌握其调整、使用和测量它旳放大率旳措施。
二、试验原理最简朴旳望远镜是由一片长焦距旳凸透镜作为物镜, 用一短焦距旳凸透镜作为目镜组合而成。
远处旳物通过物镜在其后焦面附近成一缩小旳倒立实像, 物镜旳像方焦平面与目镜旳物方焦平面重叠。
而目镜起一放大镜旳作用, 把这个倒立旳实像再放大成一种正立旳像, 如图五所示。
三、试验仪器1.带有毛玻璃旳白炽灯光源S2.毫米尺F L=7mm3.二维调整架: SZ-074.物镜Lo: fo=225mm5.二维调整架: SZ-076、测微目镜Le: （去掉其物镜头旳读数显微镜）7、读数显微镜架: SZ-388、滑座: TH709、滑座: TH70Y10、滑座: TH70Y11.滑座: TH7012、白屏: SZ-13四、仪器实物图及原理图图四五、试验环节1、把所有器件按图四旳次序摆放在导轨上, 毫米尺竖直放置, 靠拢后目测调至共轴, 把标尺放在毫米尺一侧。
把F和Le旳间距调至最大, 沿导轨前后移动Lo, 使一只眼睛通过Le看到清晰旳完整毫米尺上旳刻线。
再用另一只眼睛看标尺, 读出测微目镜看到旳像在标尺上旳尺寸。
六、数据处理毫米尺尺寸AB；像在标尺上旳尺寸A＂B＂望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB七、试验成果:1.数据: 毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上旳尺寸A＇＇B＇＇＝101cm因此, 望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍2、观测到旳现象:八、碰到旳问题及心得体会:1.开始试验时, 由于各个仪器旳间距摆放不合理, 导致得不到想要旳试验成果, 最终看了试验册, 重新摆放仪器；2.移动透镜旳速度过快, 使得我们看不到试验现象, 也就没法构成望远镜, 最终通过老师旳指导, 我们缓慢移动透镜；3.由于不懂得会看到什么样旳试验现象, 以至于我们看到了微小旳现象, 认为不是我们想要旳试验成果, 再次导致没有做出来；4、最终在老师旳一再指导下, 我们终于自构成功望远镜, 且通过观测我们得到规律：凸透镜成像规律: 物距不小于二倍焦距时成缩小实像。
工程光学(1)_实验讲义
实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。
2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能；2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。
3.实验原理光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。
常用光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。
光学实验中常用的光源可分为以下几类：1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。
白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。
热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。
2）热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。
实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：、），汞灯（主要谱线：、、、、、、、）3）激光光源v1.0 可编辑可修改激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写： LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。
激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。
它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。
①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。
04031277工程光学实验指导书
04031277⼯程光学实验指导书《⼯程光学》实验指导书周建民编著华东交通⼤学机电⼯程学院实验⼀透镜焦距的测量透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的⼀个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(⼤⼩、虚实、倒⽴)。
对于薄透镜焦距测量的准确度，主要取决于透镜光⼼及焦点(像点)定位的准确度。
本实验在光具座上采⽤⼏种不同⽅法分别测定凸、凹2种薄透镜的焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，⽐较各种测量⽅法的优缺点，为今后正确使⽤光学仪器打下良好的基础。
⼀、实验⽬的1、学会测量凸透镜、凹透镜焦距的⼏种⽅法。
2、掌握简单光路的分析和光学元件同轴等⾼的调节⽅法。
3、熟悉光学实验的操作规则。
⼆、实验仪器⼯程光学实验系统（光源、物、凸透镜、凹透镜、光屏、光具座、卷尺）三、实验原理在近轴光线的条件下，薄透镜成像的⾼斯公式为1=+''l f l f (1-1) 当将薄透镜置于空⽓中时，则⾼斯公式为f l l '=-'111 (1-2) （1-1）、(1-2)式中, f ′为像⽅焦距；f 为物⽅焦距；l ′为像距；l 为物距。
式中的各线距均从透镜中⼼(光⼼)量起，与光线进⾏⽅向⼀致为正，反之为负，如图1-1所⽰。
图1-1 透镜成像符号意义图若在实验中分别测出物距l 和像距l ′，即可⽤式(1-2)求出该透镜的焦距f′。
但应注意：测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。
对于凸透镜焦距的测量，除⽤上述物像公式法测量之外，还可⽤以下⼏种⽅法。
1.粗略估测法以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点(或像)，此时，l →∞，l ′≈f ′，即该点(或像)可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼(光⼼)的距离，即为凸透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。
由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。
2.⾃准法如图1-2所⽰（略），在待测透镜L 的⼀侧放置被光源照明的1字形物屏AB ，在另⼀侧放⼀平⾯反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物屏AB 上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。
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前言本课程的实验环节其设计思想是与课堂教学相结合，除了进一步巩固和深化学生基础知识之外，以更开放、更灵活的方式培养学生动手能力、合作精神和对工程技术问题的思考方式，形成开放式创新思维。
通过实验，进一步加深对几何光学的基本现象、概念、原理与定律的理解，了解和熟悉有关光学仪器及装置的结构、原理及使用，掌握基本的实验方法和技能，学会用实验的方法分析一些光学现象。
实验是工程光学课程体系的重要一环。
实验环节的目标是：使学生能够比较牢固地建立研究意识、工程意识、分工合作的工作方式，培养独立自主地分析和解决问题的能力。
本实验教学环节采用模块化实验组合，学生可以小组为单位进行实验，力求培养学生的自主学习与创新能力和团队协作精神。
基本要求：要求实验前做好预习，理解每个实验的原理、步骤；实验时正确操作仪器，认真观察各种实验现象，仔细记录、分析数据；实验结束后及时做好实验报告。
主要内容：模块一光组的成像特性 (2)模块二光组的焦距测量 (6)模块三典型光学系统设计及特性测量 (8)附录 (11)思考题 (16)模块一光组的成像特性实验目的1.验证物像位置关系，深入了解透镜成像特性。
2.掌握望远镜、显微镜、复合透镜的组合方法。
3.观察光线在棱镜中传播的情况，并了解各种棱镜的成像特性，熟悉各种棱镜的结构。
※透镜成像特性1. 实验仪器及设备指标、透镜架、透镜、成像屏、光具座、照明系统。
图1 透镜成像特性实验装置2.实验原理l和l’分别表示物像距，f’为光组的焦距，则当光组处于空气中时，有：（1）可知，对于具有一定焦距的光组，其像的位置随物体位置的变化而变化，而其相应的横向放大率可表示如下：（2）3.实验内容与步骤取一正透镜使物体（指标）位于①②③④；取一负透镜使物体位于①②③④。
分别记录物体经透镜所成像的大小、正倒及位置。
※光组组合1. 实验仪器及设备六只正透镜、二只负透镜、光具座、一只平行光管、平面反射镜、投影屏。
在平行光管物镜的物方焦平面上置一块带指标的分划板，分划板通过物镜成像于无穷远，即可在实验室条件下提供“无穷远物体”。
图2 光组组合实验装置2.实验内容①组合4倍的开普勒望远镜，目镜焦距50mm。
②组合4倍的伽利略望远镜，目镜焦距-50mm。
③组合一显微镜，放大倍率为15倍，目镜焦距为50mm，物镜的共轭距为180mm。
④有限焦距物镜与望远镜的组合（开普勒望远镜）。
⑤二块正、负透镜在间距不变的条件下交换它们的前后位置，分别构成二组组合物镜(）。
⑥观察二个正透镜的组合焦距随间隔的变化规律。
3.实验步骤①用一块焦距为200mm的正透镜，放在十字物体前，取一块平面反射镜置于透镜前，这时在十字物体旁有一反射像，然后改变透镜和物体之间距离直至反射像清晰，并且物像大小相等，这说明物体已位于透镜的焦平面上，射出平行光，这就在实验室条件下提供了“无穷远物体”，这种方法叫自准直法。
②组合4倍的开普勒望远镜，先计算出当时物镜的焦距，然后用自准直法使物镜的像方焦点和目镜的物方焦点相重合，即为开氏望远镜。
③有限焦距物镜与望远镜的组合（开普勒望远镜），在以上组成的开普勒望远镜系统前、后放一块已知焦距的透镜，然后分析放在前后位置的不同情况。
④组合4倍的伽利略望远镜，先计算出当时物镜的焦距，用一任何焦距的正透镜放在平行光管前，先在光屏上成一清晰的像，然后将组合的伽利略望远镜系统放在平行光管和透镜之间，并改变系统之间距，直至在光屏上又出现清晰像，此时即为伽利略望远镜。
⑤分离正、负透镜的组合。
计算一下的两块透镜，在相距多少间距时组合的焦距为正，才能成实像，或用实验方法改变二透镜之间距，直至在光屏上成像，然后记下此时二透镜的间距，再交换二组组合物镜的前后位置，使间距不变，观察这时有何现象。
⑥取二个任意焦距的正透镜，然后观察二个正透镜的组合焦距随间隔的变化规律。
⑦组合放大率为15倍的显微镜系统。
由目镜焦距为50mm，先计算出目镜的放大率，再算出物镜的放大率，然后考虑当共轭距为180mm时应选用多少焦距的透镜作为物镜，先在物体前放置光屏，使其间距为180mm，再在其间放置作为物镜的透镜，移动透镜，使在光屏上成一清晰像，然后在光屏前放置透镜作为目镜，用自准直法将物镜的像成在目镜的焦平面上，取下光屏用眼睛直接观察物体，此时已组成15倍显微镜系统。
※平面系统成像特性1. 实验装置从氦氖激光器射出的水平激光束，经平面镜反射后折转90度垂直向上，再经柱面镜扩束，成为一扇形光束经介质膜分束器中的介质膜分光镜反射后，又成水平方面；扇形光束与演示屏垂直相交，从而在演示屏上显示出光束的径迹，在度盘孔内插下各种光学零件后，就可以做各种光学实验。
演示仪主要由激光器、扩束器、分束器，演示屏，附件夹持架和其他附件组成。
激光管和电源都安装在底座里，演示屏、扩束器和附件夹持架装在底座上，分束器装在演示屏的左侧，夹持架装在演示屏的右侧，在演示屏的中间还有一只度盘6，它可以转动，中间有一只圆孔，用来插放各种光学零件或组件。
图3 平面系统成像特性实验装置2. 实验原理①利用氦氖激光器发出的红色细光束，经柱面扩束镜后为一扇形平面光束，直接射向平行平板或各种棱镜上，就能直观地观察到光束在各面上的折反射情况。
②稍稍退出柱面扩束器，在底座上放置装有圆扩束器的支架及装有指标的支架，并把被测棱镜置于右侧的夹持器上，对着出射光线的方向能观察到各种棱镜的转像情况。
3. 实验步骤①接上220V电源，然后顺时针方向旋转开关到第一档，在正常情况下，激光管发射出红色激光束，若由于电压过低，激光管不能启辉，可转动开关到第二档，再不行可用第三档。
②调整扩束器，扩束器可在座内前后移动，以使扩展后的光束基本上落在分光镜上，并在演示屏需要的部位得到最明亮的光线径迹，如果不需要扩束，只需把扩束器稍稍退出。
③调整分束器，这是用来将光线分束的装置，根据需要将光线分成二束、三束、四束或五束。
这时就要使用不同面数的介质膜分光镜。
为了使分束后的各条光线亮度均匀，每块介质膜分光镜的反射率是一样的。
分光镜可以绕水平轴线转动，因此可以在演示屏上得到各种不同位置的光线途径，也可以根据需要使分束后的光线成为平行光线、会聚光束或发散光束。
在调整时，应先拧松固紧镙钉，然后转动分光镜到需要位置，然后再拧紧固紧螺钉。
整个分束器座可绕两顶尖螺钉子的轴线转动，以调节分光镜和演示屏之间的倾角，从而可调节演示屏上光线的长度和亮度。
调节时，只需转动分束器座上的调节螺钉即可，整个分束器座可沿演示屏上的槽作上下移动以适应各种需要。
转动分束器的上、下两只顶尖螺钉上的锁紧螺母松开、退出，然后转动上下两只顶尖螺钉，一只退，一只进，注意不要将螺钉顶得过紧，以免损坏零件。
④分别把各光学组件插入度盘中间的圆孔，组件可相对于度盘转动，以固定在适当位置。
度盘可连同光学组件一起转动。
模块二光组的焦距测量实验目的1. 正确选用测量焦距的方法；2. 掌握正确的数据处理及精度分析的方法。
※放大率法测焦距1. 实验仪器及设备焦距仪及被测透镜、光学系统。
焦距仪如图4，是测量透镜和光学系统的焦距、截距和检测光学系统像差常用仪器。
图4 550焦距仪2. 实验原理放大率法测焦距的原理是通过测量像y’的大小，计算出被测透镜的焦距。
由图5知，平行光管的焦距和被测物镜的焦距之比等于位于焦面上的物像大小之比，即（3）式中，—平行光管物镜的焦距；—位于平行光管物镜焦平面的玻罗板上某一对刻线的间隔距离；—由测微目镜所测得的玻罗板某一对刻线像的间距。
则被测物镜的焦距（4）为提高测量精度，常用带测微目镜的读数显微镜将像放大后再测量读数，用带有测微目镜的读数显微镜进行读数时其公式为：（5）式中, β—读数显微镜的显微物镜放大率；y”—被显微镜放大后的玻罗刻板刻线像间距。
图5 焦距仪测量原理3.测量装置及步骤测量是在光具座上进行的，测量步骤如下：①将被测透镜安放在透镜夹持器上，调整夹持器使被测透镜与平行光管光轴大致重合。
②调节测微目镜视度，使其同时看清十字叉丝和读距分划板。
③松开透镜夹持器的固定螺旋，前后移动透镜座使分划板的像位于显微镜的工作距离上，使读数显微镜能看到平行光管玻罗板成像在读距分划板上，然后旋紧固定螺旋。
④调节显微镜座，使平行光管玻罗板的像和读距分划板一样清晰。
⑤转动测微鼓轮，读出选定的一组间隔距离的像的大小，然后根据以上公式算出被测物镜的焦距。
模块三 典型光学系统设计及特性测量实验目的1. 深入理解望远镜系统光学特性及基本公式；2. 掌握望远镜系统光学特性的测量原理和方法。
※ 自组望远镜特性测量1. 测量装置最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。
远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。
而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图6所示。
可由光学平台、带调节架的底座、透镜（焦距不等）、激光光源、白屏、微尺、毫米尺、带底座的米尺等组成。
图6 简单望远镜光路图2. 实验步骤①把全部器件按图6的顺序摆放在平台上，通过激光光源和透镜成像规律将所有元件调至共轴。
选取一个焦距大的为物镜（本实验f=200mm ），一个焦距小的为目镜（f ’=75mm ），按光路图组装好，并调焦，看到清晰成像。
②将千分尺调节成d 1=5mm ，放在S 1=1000mm 处作为要观察的成像物体。
③一只眼通过目镜观察千分尺成像，另一只眼直接观察千分尺，比较读出像的长度d 2。
④求出望远镜测量放大率M=d 2/d 1，并与理论值比较。
⑤对结果进行误差分析。
实验数据处理与分析例实验测量的d 2=19mm ，由望远镜测量放大率：M=d 2/d 1=3.8；与理论值比较313212')(S S S S S S tg tg M ++==ωω=3.4相对误差还是比较大的，分析其中原因可能主要有：a)望远镜焦距f、f’与实际的S2 、S3 存在差距；b)由于读d2 时主要由人眼辨别读出可能存在较大误差。
※望远镜特性的测定1. 实验内容测定望远镜的入瞳直径D、出瞳直径D’和出瞳距；测定望远镜的视觉放大率Γ；测定望远镜的物方视场角2W，像方视场角2W’；测定望远镜的最小分辨角φ。
2. 测定原理和测量装置对于望远镜系统来说，任意位置物体的放大率是常数，此值由物镜焦距和目镜焦距确定，其视觉放大率可表示为（6）①D、D’、Γ和的测定将被测望远镜（由物镜和目镜组成）和读数显微镜（由和组成）固定于光学导轨上，调整使读数显微镜焦平面上的十字分划丝成像清楚，并通过调整使望远镜和读数显微镜的光轴一致。
套上物镜盖，因十分接近入瞳，故可视为入瞳，可用三角板直接测得其直径D，通过读数显微镜的调焦，获得的清晰像。