应用光子学实验报告

应用光子学实验报告一、用自准直法测薄透镜焦距1.实验目的①学会识别常用光学器件、光学调节架、光学底座的种类和规格型号；②熟悉它们的基本用途并学会正确安装与使用③掌握测量薄透镜焦距的基本方法2.实验原理根据焦距的定义，平行光束经过透镜后汇聚的地方到透镜的距离就是焦距。分别测出物体离焦距的距离（物距s）和成的像离透镜的距离（像距s”），利用透镜成像公式：可以得到透镜焦距f。若只是为了测量透镜焦距，自准直法测焦距相对简单，也比较精确。自准直法测薄透镜的焦距，实验装置示意图：3.实验步骤①参照原理图安装好器件，并调至共轴：i.移开透镜，直接利用反射镜观察，将反射光板和镂空图案调到同一高度ii.加入透镜，调节透镜位置使得反射光斑和镂空图案再次调到同一高度②移动透镜L，直至在物屏P上获得镂空图案的倒立实像③调剂平面镜M，并微动L，使得最清晰且与物等大④分别记下P和L的位置a1和a2⑤将P和L都旋转180°之后，重复①~④⑥记下P和L的新位置b1和b2⑦计算透镜的焦距：4.数据记录和思考题①实验中记录的数据如下：P位置a1/mmL位置a2/mmf=a2-a1/mm990.2522.2468.0987.4520.5466.9988.5521.4467.1992.4523.6468.8989.7522.3467.4故可得，f=（468.0+466.9+467.1+468.8+467.4）÷5=467.6mm②在本实验中遇到的问题？对齐梅花花瓣且找到边缘最清晰的地方比较困难。解决办法：前后缓慢移动，比对找到最清晰的地方。②如果器件不共轴对实验有何影响如果各器件不共轴，反射到物屏上的像不能完全和物体重合，即在物屏上得不到严格等大道理的实像，导致测量的透镜焦距误差大。二、自组显微镜1.实验目的①掌握显微镜的基本成像原理和结构②通过本实验进一步熟悉使用各种光学器件和调试光路③自行组装一个简单的显微镜2.实验原理最简单的显微镜和望远镜都是由两个正透镜组成，靠近被观察物的是物镜，靠近人眼的是目镜。物镜的作用是位物成一位于目镜物方焦点以内、考经物方焦点或位于物方焦点处的实像；目镜起放大作用。显微镜和望远镜虽然基本结构相同，但功能大不相同。显微镜主要是由物镜和目镜组成。物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。物镜的作用是得到物体放大的实像：目精的作用是将物镜所成的实像作为物体，进一步放大为虚像。显微镜的放大率计算公式：其中△为显微镜物镜后焦点和目镜前脚垫之间的距离，f0、fe分别表示物镜和目镜的焦距（cm）3.实验步骤①参照光路图布置各器件，调等高同轴；②将目镜和粉花瓣距离定为24cm；③移动物镜，双眼贴近目镜观察，直到看到微尺放大清晰像，固定物镜位置；④贴近目镜位置放置毫米尺M2⑤微动物镜前的微尺，消除视差，读出未放大的M2上固定格数b所对应的微尺上格数a；⑥分别计算向味精的理论放大率和实际放大率4.数据记录和思考题①实验测得的数据：b=12,a=14,Δ=9.5cm；又已知f0’=30cm，fe’=75cm。则显微镜的测量放大率为M=8.6，计算放大率为M’=10.5.②如果改变目镜和物镜的距离，对显微镜系统的放大率有无影响，如何影响？有影响，增加两者之间的距离，放大率变大，减小两者之间的距离，放大率变小。③给出显微镜测量放大率M的计算公式显微镜测量放大率的计算公式：M=（b*10）/a（b为物体格数，a为放大后微尺格数）三、偏振光分析1.实验目的①熟悉偏振光的产生原理以及分析各种偏振光的特性；②建立简单的光学系统产生线偏振光、圆偏振光以及椭圆偏振光；③学会鉴别各种偏振态未知的光熟悉线偏振光的产生与判断方法，并了解其他偏振光的特性2.实验原理偏振光的产生：利用偏振片产生线偏振光偏振光的鉴别：借助1/4波片和检偏器。使入射的线偏振光通过检偏器之后，检测其透射光强并转动检偏器；若出现透射光强为零（消光现象），则入射光必为线偏振光；若透射光强没有变化，则可能为自然光或圆偏振光（或两者的混合）；若转动嘉安片器，透射光强变化但不出现消光现象，则入射光可能是椭圆偏振光或部分偏振光。若需进一步作出鉴别，则需在入射光与检偏器之间插入一块1/4波片。若入射光是圆偏振光，则通过1/4波片之后将变成线偏振光，当1/4波片的慢轴（或快轴）与被检测的椭圆偏振光的长轴或短轴平行，透射光也为线偏振光，于是转动检偏器也会出现消光现象；否则，就是部分偏振光。3.实验步骤利用线偏振器和1/4波片，可组成圆偏振器和椭圆偏振器，用于产生圆偏振光和椭圆偏光。线偏振光通过和快轴（或慢轴）夹角为α的1/2波片后，任为线偏振光。但是光矢量的方向要向着快（或慢）轴方向旋转2α角。①线偏振光分析：使激光透过偏振片起偏，用装在X轴旋转二脚架上的偏振片在转动中检偏振，将检偏片转动一周分析光强变化与角度的关系，写出实验现象。②椭圆偏振光分析：使光通过偏振片产生线偏振光，再通过1/4波片之后得到椭圆偏光。③圆偏振光分析：在透振轴正交的二偏振片之间加入1/4波片，旋转至透射光强恢复为零处，从该位置再转动45°，即可产生圆偏光。4.数据记录和思考题①当线偏振光通过检偏器，转动检偏器一周时，透过光强的变化规律为：当检偏器透光轴方向和线偏光偏振方向相同时，透射光强最大，此后随着检偏器的转动，透射光强逐渐减小；当转过90°时，产生第一次消光，之后透射光强又逐渐增大，当为180°时，出现极值点，此后又逐渐减小，当为270°时，出现第二次消光，此后光强又逐渐增大到初始值。②叙述在实验中遇到什么问题，如何解决的？椭圆偏振光入射到检偏器后，转动一周，出射光强在极大值与极小值之间变化，但不会出现消光现象。无法确定激光器发出的光偏振类型，当将激光器直接入射到一偏振片，会有两次消光现象，可判断为线偏振光，但根据激光理论，激光应为高斯光束。四、阿贝成像原理和空间滤波1.实验目的①掌握阿贝成像的原理，了解空间滤波的作用；②建立阿贝成像的光路，掌握各透镜在光路中所起的作用2.实验原理图中透镜L1和L2组成扩束镜，使得光束扩大，照射到物平面时，充满整个社交网络“光”字上，则网格“光”字通过透镜L3就可以在后焦面（傅氏面）上形成网格“光”字的光强能谱分布，如果不经过滤波，直接在像面P上相干成像，也就是网格“光”字通过透镜成像。但是如果在后焦面上放置一圆孔作为低通滤波器，这样高频就会消失，在像平面上就只看到“光”字，网格消失。3.实验步骤①用L1和L2组成扩束器，以其出射的平行光束垂直地射在铅直方向的光栅上②在离光栅（物）2m以外放置白屏，前后移动变换透镜，使光栅在屏上成清晰像③在L3后浇面案（傅氏面）处放置一个狭缝光阑，挡住屏谱0级以外的光点，观察像屏上是否还有光栅像④调节狭缝位置，使得屏谱0级和1级通过光阑，观察像面上的光栅像，然后撤出光阑，让更高级次的衍射都能通过，再观察像面上的光栅像，比较这两种情况下光栅像有何变化⑤如果光阑只遮挡傅氏面上的1级频谱，观察像面的变化⑥白屏放在傅氏面上，测量0级至±1级衍射极大之间的距离d1和d2⑦二维的正交光栅替换一维光栅，让竖向的一系列光点通过潜质的狭缝光阑，观察像面上光栅缝的方向⑧将光阑转动90°，再观察像面上栅缝的方向⑨将光阑转动45°，观察像面上的变化⑩网格字替换正交光栅，观察频谱和像⑪再将一个可变圆孔光阑放在傅氏面，圆孔由大变小，直到只让光轴上一个光点通过为止，比较滤波前后，网格字像构成的变化4.数据记录和思考题①实验中采用网格“光”字成像，当用狭缝光阑挡住0级以外的光点时，像屏上只出现“光”字的大致轮廓形状，而并无清晰的像。②若让零级和一级都通过狭缝，可以出现清晰的“光”字像斑，与不放光阑时相比，像的特征大致相同。③实验中测得的0级距离±1、±2级衍射极大之间的距离为d1=1.6mm，d2=2.5mm④光阑起的作用是滤波，即只让频谱上某一部分的光点通过，以此来分析低频光和高频光对成像特征的影响。如果换成水平狭缝，则滤波时，只能反映水平方向和垂直方向的光谱信息，而无法全部滤掉0级以外或1级以外的光，因频谱上的分布为二维分布，即x轴方向和y轴方向都有光谱点。