应用光学实验讲义

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1、实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧一.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，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用二.实验目的掌握光学专业基本元件的功能；调整光路，主要包括共轴调节、调平行光和针孔基本原理(一)、光学实验仪器概述主要加激光光源，光学元件，观察屏或信息记录介质1.激光光源；激光器艮卩Laser(LightAmplificationbystimulatedemissio

2、nofradiation),原意是利用受激辐射实现光的放人.然而实际上的激光器，一般不是放大器，而是振荡器，即利用受激辐射实现光的振荡，或产生相干光。AnodeF7e《8胡富Brewsterwindow0DCpowersupplyCathode♦Discharge(ubeMirror标有安培表和电丿k表激光器示意图(He—Ne激光)960年，梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器•现在被广泛用于各个行业激光的特性：(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布激光器的分类：(1)气体激光器一一He-Ne激光器,Ar离子激光器

3、(2)液体激光器一一染料激光器(3)固体激光器半导体激光器，红宝石激光器本套实验方案的选择的激光器是气体型He-Ne内腔式激光器，波长为632・8mn的红光，功率2卅。个别实验屮还会用到口光点光源。2、用于光学实验的元件一般包括：防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透镜、多自由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。如果是全息实验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。（本实验方案中，扩束镜釆用针孔空间滤波器，准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均采用双凸透镜）⑴防震平台光学实验需

4、要一个稳定的工作平台。特别是对于全息图制作实验，由于是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程屮因为振动导致两光波有变化,就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于十分之一波长。影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动,如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重1000〜2000kg的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，记录

5、全息图时室内不耍通风，工作人员不耍大声讲话和距工作台远一些。⑵光学元件/束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将激光束分为两束，在干涉仪系统组装的实验中可产生两束有一定夹角的相干波，在全息制作实验中可产生参考光和物体的物光光波。分束镜一般是在玻璃板上镀干涉膜。干涉膜有两种：多层介质膜和金属膜。分光比可以连续变化或分段变化。②扩束器（扩束镜）•因激光束前发散角很小，需要用一个扩束镜以加大光束的发散角。通常可用20倍、40倍的显微物镜或焦距很短的单片止透镜或负透镜。本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器。③双凸

6、透镜：准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜之功能均可使用不同内径和焦距的双凸透镜來实现。为了提高光的透射率，透镜面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜.（因为它们会使观察或记录图像产生噪声）④反射镜：当光入射到普通反射镜的玻璃基版上时，要先经过折射再反射，反射光的损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。所以光学实验需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。⑤其它：还有一些辅助元件：如多自由度微调器，可三维控制镜架或者滤波器的位置和方向；可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑、观察屏可用白

7、纸或白屏；电子计吋器用来控制曝光吋间等。3、光学信息的记录介质主要用在全息类实验中。包括两大类,一类银盐感光材料，另一类非银盐感光材料，其中非银盐感光材料乂包括，重珞酸盐明胶、光致聚合物等材料。银盐感光材料灵敏度高，但是衍射效率低。非银盐感光材料响应速度快，能及时的记录和显示，材料分辨率高，有些材料能多次反复使用，不用贵金银，免除了暗室的显影定影操作，加工过程简便快速，但灵敏度低。它们各有优缺点，而且不同的非银盐感光材料的性能也是不一样的。（二）、共轴调节：光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜成像，为了获得较好的

8、像，必须使各个透镜的主光轴重合（即共轴），并使物体位于透镜的主光轴附近。另外，为了最大限度利用激光扩束后的面光源，所有透镜的主轴都需耍大致通过光斑中心，才能获得清晰的像。共轴调节使物、屏的中心处在透镜光轴上，并使各光学元件共轴，达到共轴能保证近轴光线的条件成立。一般分为两步进行，第一步粗调，即用眼睛观察，使物、屏与透镜屮心大致在一条直线上；粗调方法如下：通过前后移动口屏的