课时教案-光学实验

光学实验教案

实验一分光计的调节

【实验目的】

了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；

【仪器和用具】

分光计，三棱镜。

【实验原理】

?? 分光计是一种能精确测量上述角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。

图26-3是JJY型分光计的结构图，它主要由自准直望远镜、平行光管、载物台和读数装置组成。现分别介绍如下：

图26-3 JJY型分光计结构图

1.狭缝装置；

2.狭缝装置锁紧螺丝；

3.平行光管；

4.止动架（二）；

5.载物台；

6.载物台调节螺丝（共3只）；

7.载物台和游标盘间锁紧螺丝；

8.望远镜；

9.目镜筒锁紧螺丝；10.阿贝式自准目镜；11.目镜调焦手轮；12.望远镜光轴倾斜调节螺丝；13.望远镜光轴左右偏斜度调节螺丝；14.望远镜微动螺丝；15.望远镜和度盘间锁紧螺丝；16.望

远镜止动螺丝（另侧）；17.止动架（一）；18.底座；19.转座；20.刻度盘；21.游标盘；

22.游标盘微动螺丝；23.游标盘止动螺丝；24.平行光管光轴左右偏斜度调节螺丝；25.平行光管光轴倾斜调节螺丝；26.狭缝宽度调节螺丝

（1）自准直望远镜。

望远镜的作用是接收平

行光以确定该光的传播

方向，结构如图26-4所

示，它由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板和物镜等组成。目镜、全反射镜和叉丝分划板以及物镜分别装

在可以前后移动的

３个套筒中。分划板

上刻有双十字叉丝

和透光小“十”字刻

线，即十字窗口，它和调节用叉丝

相对于测量用叉

丝对称。图26-5

中画出了视场中看到的分划板像。照明灯泡发出的光经棱镜反射后，由十字窗口射出，以便进行自准调节。

（2）平行光管。平行光管的作用是产生平行光，如图26-3中3所示，它的右端装有消色差的复合物镜，另一端是套筒，套筒末端有一宽度可调的狭缝装置。前后移动套筒可改变狭缝和物镜之间的距离。当狭缝位于物镜的焦平面时，从狭缝入射的光束经物镜后成为平行光束。整个平行光管与分光计的底座连接在一起，是不能转动的。

（3）载物平台。载物台是用来放置平面镜、棱镜、光栅等光学元件的。它下面有三个调节螺丝，用来调节载物台的倾斜，使载物台上的元件达到测量状态的要求。载物台和游标盘一起可绕仪器轴旋转。载物台还可沿轴向升降，以适应不同高度的待测元件。

1.调节用叉丝；

2.测量用叉丝；

3.亮“十”字；

4.绿色背景；

5.亮“十”字的反射像 图26-5 分划板像示意图

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+N 2．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1.1 4．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1.2

5．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。派莱克斯玻璃的特点是，在玻璃中引入了三氧化二硼(B2O3)改进了玻璃的热稳定性和机械性能。当今，全世界都用派莱克斯玻璃制造化工防腐蚀设备与管件、实验室用玻璃仪器。 图1.3 6．展开“模型树”中Object 1，球面反光碗有三个面组成（图1.3）

天大工程光学(上)期末考试试卷及答案

工程光学（上）期末考试参考答案 一． 简答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f 、相对孔径'/f D 和视场角 2。焦距影响成像的大小，相对 孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？ 答：为了保证测量精度，测量仪器一般采用物方远心光路。由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物 镜的像方焦平面重合，无论物体处于物方什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。 3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？ 答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。照相物镜则应校正与孔径 和视场有关的所有像差。因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。 4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？ 答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh ）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递 函数（OTF ）法等5种。瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。 二． 图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分） 1．求像A'B'（图中C 为球面反射镜的曲率中心） 2．求像A'B' 3．求物AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4．判断光学系统的成像方向 5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场 6．判断棱镜的成像方向

天大光学工程实验课程02

实验二 望远系统的参数测量 一、实验目的 1．掌握望远系统的入瞳和出瞳距的测量方法 2．掌握望远系统放大率的测量方法 二、实验内容 掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的望远镜的入瞳D，出瞳D′及出瞳距p′，计算望远系统的放大率r。 三、实验原理 1．入瞳D的测量 测量入瞳D。对于简单望远镜来说，孔径光阑和入射光瞳就是物镜镜框，其直径D可用量规或卡尺直接量出，也可采用测量显微镜如图2－1那样来进行测量，测量时注意要对镜框直径的两端逐个调焦、显微镜的横向移动量，就是入瞳光瞳的直径D。 图2－1 2．出瞳D′的测量： 测量原理如图所示，出瞳D′的大小用测量显微镜或倍率计进行测量，首先将待测望远镜调焦于无限远，再将待测望远镜安置在光具座上，接通平行光管电源，作为无穷远光源照亮望远物镜的外框，则在望远镜目镜后面可看到一亮斑，即为出瞳D′，用测量显微镜或倍率计测出D′的大小。测量原理如图2－2所示。

图2－2 3．出瞳距p′的测量： 在用测量显微镜测出瞳D′的大小时，记下测量显微镜在光具座导轨上的位置A，再移动显微镜至到能看清望远镜后表面（此时看到目镜后表面上有许多灰尘），记下显微镜在导轨上的位置B，则两位置差即为出瞳距p′。 则： p′＝A－B 测量装置如图2－3所示 图2－3 4．望远镜放大率的测量： 望远系统放大率即为可见放大率或称为视角放大率，由几何光学可知r 表示视角放大率有如下关系： （2－2） 式中： w——望远镜物方视场角 w′——望远镜象方视场角

D——望远镜的入瞳直径 D′——望远镜的出瞳直径 f物——望远镜的物镜直径 f′ 目——望远镜的目镜直径 根据以上公式，只要任意测得对应的一组数据即能计算出望远系统的放大率P值。 四、实验设备 光具座、待测望远镜 五、实验步骤 1．测量入瞳和出瞳：由公式（2－2）可知视角放大率等于入瞳和出瞳之比。本法与前面望远镜的D和出瞳D′ 测量方法相同。 2．测量物方视场角w，和象方视场角w′ 利用公式E＝tgw′/tgw而求出望远镜的视场角放大率，测量装置原理如图2－5所示。 图2－5 平行光管装有已知距离y的分划板。前置镜上装有角度置的分划板。前置镜上装有角度值的分划板，由于平行光管的分划板极准确的安装在就焦平面上。根据公式： tgw = y/2f′ 式中：f′——为已知平行光管的焦距。 y为已知刻线间隔的分划板上线距。故w就是被测望远镜的物方视场角。经被测望远镜后，通过前置镜可看到平行光管两条刻线的象。其夹角为2w′ 即为两倍的象方视场角。

《互换性与技术测量》课程实验指导书1解析

互换性与技术测量 实验指导书 机械设计制造及其自动化教研室编 2011.09 目录

实验1 用立式光学计测量塞规 (2) 实验2用内径百分表测量内径 (4) 实验3 直线度误差的测量 (7) 实验4 平行度与垂直度误差的测量 (11) 实验5 表面粗糙度的测量 (14) 实验6 工具显微镜长度、角度测量 (18) 实验1 用立式光学计测量塞规 一、实验目的 1、了解立式光学计的测量原理；

2、熟悉立式光学计测量外径的方法； 3、加深理解计量器具与测量方法的常用术语。 二、实验内容 1、用立式光学计测量塞规； 2、由国家标准GB／T 1957—1981《光滑极限量规》查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，与测量结果进行比较，判断其适用性。 三、计量器具及测量原理 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学测量仪。其所用长度基准为量块，按比较测量法测量各种工件的外尺寸。 图1为立式光学计外形图。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b 所示。照明光线经反射镜l照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3，照射到反射镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺的像7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4绕支点转动某一角度α(图2a)，则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度尺像7产生位移t(图2c)，它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至反射镜支点间的距离，s为测杆5移动的距离，则仪器的放大比K为 当a很小时，，因此 光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm，b=5mm，故仪器的总放大倍数n为 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。

天津大学2020硕士研究生初试考试自命题科目大纲807工程光学与光电子学基础

一、考试模块划分方式： 考试内容分为A、B 两个模块，考生可任选其中一个模块。A 模块为工程光学，B 模块为光电子学基础。 二、各模块初试大纲： A模块：工程光学 （一）考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 （二）考试的内容及比例 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。具体知识点如下：

光学设计实验要点

实验1 单透镜（a singlet） 实验目的开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 实验要求：设计一个F/4 的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7 玻璃 实验步骤：1 运行ZEMAX。ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。 2 选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，，在第二行的波长列中输入587，后在第三行输入656。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS 点尺寸和STREHL 率。现在让所有的权为1.0，单击OK 保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 3 设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。插入第四个面，只需移动光标到像平面（后一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT 键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。 4 现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，即在左边被标作STO 的面。输入“BK7”并敲回车键。移动光标到第1 面（我们刚才输入了BK7 的地方）的厚度列并输入“4”。 5 现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。在第1 （STO）和2 面中分别输入这些值。符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100 的值，作为第 2 面的厚度。 6 先选择“分析（Analysis）”菜单，然后选择“图（Fan）”菜单，再选择“光线像差（Ray Aberration）”。你将会看到光线特性曲线图在一个小窗口显示出来（如果看到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与所描述的是一致的）。光线特性曲线图如图所示。 7 在第2 面的厚度上双击，弹出SOLVE 对话框，它只简单地显示“固定（Fixed）”。在下拉框上单击，将SOLVE 类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”，然后单击OK。从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（在窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图如图所示。

天津大学光学工程学科简介

1.学科基本情况与学科特色 天津大学的光学工程学科始于天津大学精仪系1958年建立的光学仪器专业和1970年建立的激光技术专业，经过54年的建设与发展，并伴随着光电信息技术和激光技术的发展，本学科得到不断的拓展与壮大，在着力应用基础研究和工程技术研究的同时，瞄准国际光学前沿技术与基础，服务国家经济建设，在国内外产生了重要影响。本学科早在1987年就成为我国第一批国家重点学科，并在历次学科评估中位于全国同类学科前列。多年来以科学研究、人才培养和服务经济为宗旨，以美国罗切斯特光学研究所、亚利桑那光学中心等为参考，经长期的发展与凝练，形成以下两个特色鲜明的研究方向，一是激光技术及其应用，研究光子晶体光纤飞秒激光技术，高功率多波段全固态激光和新型太赫兹光子学技术等当前国际激光技术的研究前沿。二是光电检测技术与应用，研究新一代光纤传感、智能传感网技术，新型光电成像技术，集成光电子器件与超高速光通信技术等当前国内外的研究热点，也是国家经济建设和社会发展的重大需求。围绕上述研究方向构建了飞秒激光技术、全固态激光技术、太赫兹光子学技术、光纤传感技术、量子信息调控技术、集成光电子与器件、光电检测技术七个研究平台，聚集一批优秀中青年人才，以引领光电信息科学技术发展与创新为目标，努力建成国际一流的光电信息技术研究中心和人才培养基地。 三年来本学科在下列方面做出了重要的学术贡献，①光子晶体光纤飞秒激光技术。在国际上率先研制成功全光子晶体飞秒激光系统。该项技术于2009年入选“中国高等学校十大科技进展”，在Laser Physics Letters（影响因子5.502）发表的论文入选2009年“中国百篇最具影响国际学术论文”。②全固态激光技术，实现多波长全固态激光器和可调谐近/中红外全固态激光光源，其输出功率和波长均达到当前的国际先进水平。③在太赫兹光子学方面，实现了小型化、高功率飞秒太赫兹辐射源和宽带可调谐纳秒太赫兹波，并在太赫兹等离子激元、人工电磁媒质、隐身等方面取得一系列重要成果。④在新一代光纤传感和智能传感网方面，研制成空心光纤微流体传感器，有源光子晶体传感器等，并实现长距离分布式和周界安全光纤传感网络。⑤在光波导集成光电子器件方面，研制成多种有源和无源光波导器件，长周期波导光栅等。上述研究成果在O.L.、A.P.L.、O.E.、J.O.S.A.、IEEE.P.T.L.等国际顶级光学杂志上发表一系列文章。其中SCI收录论文354篇，SCI论文被他引XX次（2007.1.1-2011.12.31）。

晶体光学实验指导书

晶体光学实验指导书 赖健清编 （地质工程专业A方向适用） 中南大学地球科学与信息物理学院

录 实验一偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 (1) 一.目的要求 (1) 二.实验内容 (1) 实验二突起等级和多色性的观察 (3) 一.目的要求 (3) 二.实验内容 (3) 实验一、二报告内容： (3) 实验三干涉色级序特征的观察，矿片上光率体椭圆半径方向及名称的测定 (4) 一．目的要求 (4) 二．实验内容 (4) 实验四干涉色级序及双折率的测定和双晶的观察 (5) 一．目的要求 (5) 二．实验内容 (5) 实验三、四实验报告内容 (5) 实验五一轴晶干涉图、二轴晶干涉图 (6) 一．目的要求 (6) 二．锥光镜下观察的操作程序 (6) 三．实验内容 (6) 实验六斜长石的牌码测定 (6) 一、目的要求 (6) 二、实验内容 (6) 实验五报告内容 (9) 实验六斜长石牌号的测定 (9) 实验七主要造岩矿物的光性鉴定(一) (10) 一．目的要求 (10) 二．实验内容 (10) 实验八主要造岩矿物的光性鉴定(二) (10) 一、目的要求 (10) 二、实验内容 (10) 实验七、八主要造岩矿物的光性鉴定 (10) 附：常见透明矿物光学性质（一） (12) 常见透明矿物光学性质（二） (13)

偏光显微镜的调节和校正；解理的观察 一.目的要求 1．了解偏光显微镜的主要构造，装置，使用和保养方法。 2．学会偏光显微镜的一般调节和校正。 3．认识解理等级，测定解理夹角。 二.实验内容 1．打开光源 为了延长光源灯泡寿命，打开光源及关闭光源之前，务必确认光源强度调至 ．．．．．． 最小 ．．．．．．．．．．．。临时离开不必关闭光源开关，只需将光源．．。永远不要把光源强度开至最大 强度调至最小。 2．偏光显微镜的调节与校正 1）调节照明 2）调节焦距 必须记住：通过下降物台来对焦 ．．．．．．．．．。 3）校正中心 4）下偏光镜振动方向的确定和校正 在单偏光镜下，找一具极完全解理的黑云母（12号薄片），置于视域中心。转动物台，黑云母颜色最深时，黑云母解理缝方向为下偏光镜振动方向。 如黑云母颜色最深时，解理缝方向与十字丝横丝不平行，表明横丝未与下偏光镜振动方向一致。转动物台，使黑云母解理缝平行横丝，然后转动下偏光镜，直至黑云母颜色最深。此时，十字丝横丝与下偏光振动方向一致。

天津大学20142015学年工程光学期末考试试卷.doc

天津大学工程光学（上）期末考试试卷 一．问答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？ 3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？ 4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？ 二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分） 1．求像A 'B ' 2．求像A 'B ' 3．求物AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4．判断光学系统的成像方向 5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场 6．判断棱镜的成像方向 题2-3图 题2-2图

三．填空：（共10分，每题2分） 1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为： ①________________________________________________ ②________________________________________________ 2．转像系统分____________________和___________________两大类， 其作用是：_________________________________________ 3．一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________, 该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。 4．光通过光学系统时能量的损失主要有：________________________, 题2-4图 题2-5图 题2-6图

________________________和_______________________。 5．激光束聚焦要求用焦距较________的透镜，准直要用焦距较________的透镜。 四．计算题：（共60分） 1．一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x 6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位 置和焦距，并画出光路图。（10分） 2．已知mm r 201=，mm r 202-=的双凸透镜，置于空气中。物A 位于第一球面前mm 50处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B 位于第一球面前mm 5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n 。（20分） 3．已知物镜焦距为mm 500，相对孔径101 ，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为 mm 400，物镜最后一面到像平面的距离为mm 300。 （1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分） （2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm 2，求望远镜的视觉放大率；（4分） （3）求目镜的焦距、放大率；（4分） （4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分） （5）望远镜的分辨率；（2分） （6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2分） （7）画出光路图。（4分） 工程光学（上）期末考试参考答案 一． 简答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f 、相对孔径'/f D 和视场角ω2。焦距影响成像的大小，相对 孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？

ZEMAX实验指导书(初学的练习教程)

实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一、实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。 二、实验要求 1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 2、掌握ZEMAX软件的用户界面。 3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 4、学会使用ZEMAX的帮助系统。 三、实验内容 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、

点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机

实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。 1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。 2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。 3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。 4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。 5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。 7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。 8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。 9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。 10. 将此设计起名保存，生成报告。 （二）. 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。 1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。 2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。

(整理)光学设计实验指导书.

《现代光学CAD技术》实验指导书 指导老师：汪胜辉 湖南文理物电学院

单透镜的设计(A Singlet) 一、实验目的： （1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面； （2）将知道如何键入光学系统的波长（wavelength)、镜头数据(Lens Data)、光线像差(Ray Aberration)、fan，光程差（OPD)，点列图（spot diagrams )等等。 （3）确定厚度求解方法（thickness solve)和变量（variables)，执行简单光学设计优化。 二、实验环境： （1）、硬件环境：普通PC机 （2）、软件环境：ZEMAX软件平台 三、实验内容： 设计一个相对孔径F/4单镜片，在光轴上可见光谱范围内使用，其焦距（focal length）为100mm，全视场2ω为8o用冕牌BK7来作镜片。 四、实验步骤： 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)，可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适应你自己的喜好。LDE有多行和多列组成，类似于电子表格，曲率半径(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半径口径(Aperture)等列使用最多，其他的则在特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的小格会以“反白”方式高亮显示，即以与其它格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。这个反白条表示的是光标，可以用鼠标在格子上点击来操作。 然后，系统参数设置。开始，输入系统波长，这个不一定先完成，只不过现在我们选定了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统(system)”菜单下的“波长（Wavelength)”。 屏幕中间会弹出一个“波长（Wavelength Data)”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个输入波长使总数成为三。现在，第一个“波长”行中输入486，这是氢F谱线的波长，单位为微米。ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，第二行波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656，这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作。这个指示器指出了主要的波长（primary wavelength），当前为0.486微米。在主波长的第二行上单击，指示器

2015年天津大学工程光学考研真题,复习经验,考研重点,考研参考书

1/10 【育明教育】中国考研考博专业课辅导第一品牌官方网站：https://www.wendangku.net/doc/672605392.html, 1 2015年天津大学考研指导 育明教育，创始于2006年，由北京大学、中国人民大学、中央财经大学、北京外国语大学的教授投资创办，并有北京大学、武汉大学、中国人民大学、北京师范大学复旦大学、中央财经大学、等知名高校的博士和硕士加盟，是一个最具权威的全国范围内的考研考博辅导机构。更多详情可联系育明教育孙老师。 工程光学 一、考试的总体要求本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论掌握情况，以及实际解决光学问题的能力。考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。二、考试的内容及比例：考试内容包括应用光学和物理光学两部分，试题内容比例各占50%。“应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体内容如下：第一章几何光学基本定律与成像概念掌握几何光学基本定律的内容、表达式和现象解释：1）光的直线传播定律2）光的独立传播定律3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）4）光路的可逆性5）费马原理6）马吕斯定律：了解完善成像的概念和相关表述掌握应用光学中的符号规则，了解单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、远轴）掌握单个折射球面、反射球面的成像公式，包括垂轴放大率β、轴向放大率α、角放大率γ、拉赫不变量J 等公式；理解三种放大率的定义和物理意义。掌握共轴球面系统计算方法（包括过渡公式、成像放大率公式）第二章理想光学系统掌握共轴理想光学系统四对基点、基面的性质，并能灵活运用。掌握图解法求像的方法，会作图求像。掌握解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）。掌握理想光学系统垂轴放大率β、轴向放大率α和角放大率γ的定义、计算公式、物理意义及其与单个折射球面公式的异同，理想光学系统两焦距之间的关系，理想光学系统的组合公式和正切计算法掌握望远物镜、反远距型物镜的组成和结构特点，会画光路图。第三章平面与平面系统1．了解平面光学元件的种类和作用。2．掌握平面镜的成像特点和性质，平面镜的旋转特性，光学杠杆原理和应用3．掌握平行平板的成像特性，近轴区内的轴向位移公式4．掌握反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、等效作用与展开。5．了解折射棱镜的作用，掌握其最小偏向角公式及应用，光楔的偏向角公式及其应用 第四章光学系统中的光束限制1．掌握孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系2．掌握视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系3．掌握渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系4．掌握物方远心光路的工作原理5．了解光瞳衔接原则及其作用6．掌握场镜的定义、作用和成像关系第六章光线的光路计算及像差理论 57 1．了解像差的定义、种类和消像差的基本原则2．掌握7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法第七章典型光学系统了解正常眼、近视眼、远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法，眼睛调节能力的计算，双目立体视觉的原理。掌握视觉放大率的概念、表达式及其意义，与光学系统角放大率的异同点。掌握显微镜系统的概念和计算公式，包括：1）结构组成、成像关系、光束限制2）视觉

建筑物理实验报告.-共33页

建筑物理实验报告[建筑热工、建筑光学和建筑声学实验] XXX XXXX XXXXXXX

建筑物理实验报告 第一部分建筑热工学实验 （一）温度、相对湿度 1、实验原理： 通过实验了解室外热环境参数测定的基本内容；初步掌握常用仪器的性能和使用方法；明确各项测量的目的；进一步感受和了解室外气象参数对建筑热环境的影响。 2、实验设备：TESTO 175H1温湿度计 3、实验方法：` （1）在测定前10min左右，把湿球温度计感应端的纱布用洁净水润湿。 （2）若为手动通风干湿球温度计，用钥匙上紧上部的发条，并把它悬挂于测点。待3～4min，当温度计数值稳定后，即可分别读取干、湿球温度计的指示值。读数时，视平线应与温度计水银面平齐。先读小数，后读整数。 （3）根据干湿球温度计的读数，获得测点空气温度。 （4）根据干、湿球温度计读数值查表，即可得到被测点空气的相对湿度。

4、实验结论和分析 室内温湿度 仪器： TESTO 175H1 5.对测量结果进行思考和分析 根据测量的数据可以看出，室内各处的温度及湿度较为平均。暖气上方的区域温度较高而导致相对湿度较低。桌子由于靠近暖气，所以温度较高。柜子由于距离暖气较远，温度相对较低，较为接近室内的平均气温。门口处由于通风较好，温度较低，湿度相对较高。

（二）室内风向、风速 1、实验原理：QDF型热球式电风速计的头部有一直径约0.8mm的玻璃球，球内绕有镍镉丝线圈和两个串联的热电偶。热电偶的两端连接在支柱上并直接暴露于气流中。当一定大小的电流通过镍镉丝线圈时，玻璃球的温度升高，其升高的程度和气流速度有关。当流速大时，玻璃球温度升高的程度小；反之，则升高的程度大。温度升高的程度反映在热电偶产生的热电势，经校正后用气流速度在电表上表示出来，就可用它直接来测量气流速度。 2、实验设备：TESTO 425 3、实验方法： （1）把仪器杆放直，测点朝上，滑套向下压紧，保证测头在零风速下校准仪器。 （2）把校正开关置于“满度”位置，慢慢调整“满度调节”旋钮，使电表指针在满刻度的位置。再把校正开关置于“零位”的位置，用“粗调”、“细调”两个旋钮，使电表指针在零点的位置。 （3）轻轻拉动滑套，使侧头露出相当长度，让侧头上的红点对准迎风面，待指针较稳定时，即可从电表上读出风速的大小。若指针摇摆不定，可读取中间示值。 （4）风向可采用放烟或悬挂丝的方法测定。

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学

实验二十八 测定玻璃的折射率 【思考题参考答案】 1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？ 答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。这是因为如果两个界面不平行，可以看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能 确定对应的入射角和折射角，从而按 折射定律计算折射率。 对视深法测量结果是否影响，请 自己根据测量原理思考。 2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？ 答：厚些好。在视深法中，玻璃砖越厚h '越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD 位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。 3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？ 答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。 4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？ 答：折射率的测量值偏小。如果所画直线ab 和 cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。实际折 射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin =，测 量折射率值偏小。 间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。 实验二十九 测定薄透镜的焦距 【思考题参考答案】 1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？ 答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，可以减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特 点及其现象的应用；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空

器件仿真与工艺综合设计实验指导书

器件仿真与工艺综合设计实验指导书

实验一：二极管器件仿真 一、实验目的 1、掌握二极管基本结构原理，二极管电流电压特性； 2、掌握Silvaco TCAD器件仿真器仿真设计流程及器件仿真器Atlas语法规则； 3、分析二极管结构参数变化对主要电学特性的影响。 二、实验原理 1.二极管的结构及其原理 PN结，是指一块半导体单晶，其中一部分是P型区，其余部分是N型区，如图1所示。P型区和N型区的交界面称为冶金结面（简称结面）。由PN结构成的二极管是最基本的半导体器件。无论半导体分立器件还是半导体集成电路，都是以PN结为基本单元构成的。例如NPN（或PNP）双极型晶体管的结构，是在两层N型区（或P型区）中夹一薄层P型区（或N型区），构成两个背靠背（或面对面）的PN结。 图1 PN结的结构图 PN结导通并产生电流，根据其的形成原理，必须抵消掉空间电荷区内部的电场阻力。我们通过P区接外加电源的正极，N区接负极的方法，给它加一个反方向的更大的电场，这样就可以抵消其内部自建电场，使载流子可以继续运动，形成线性的正向电流。外加的反向电压导致内建电场的阻力更大，使得PN结仅有极微弱的反向电流，不能导通。其是由于少数载流子的漂移运动形成，因少子数量有限，电流饱和。这时反向电压增大至某一数值时，PN结将因少子的数量和能量都增大，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增大。 2. 二极管的I~V特性 当对PN结外加电压时，会有电流流过。电流与外加电压的关系不遵从欧姆定律。外加正向电压（P区接正、N区接负）时，如果电压达到正向导通电压V f的数值，则会有明显的电流流过，而且当电压再稍增大时，电流就会猛增；外加反向电压时，电流很小，而且当反向电压超过一定数值后，电流几乎不随外加电压而变化，如图2所示。

几何量公差与检测实验指导书.docx

几何量公差与检测实验指导书 程飞月 武汉理工大学教材中心 2006年 6月 1．了解立式光学计的测量原理； 2．熟悉用立式光学计测量外径的方法。 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪，用量块作为长度测 量基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。 图 1－1 为立式光学计外形图，它由底座1、立柱 5、支臂 3、直角光管 6 和工作台 11 等几部分组成，光学计是利用光学 杠杆发大原理进行测量的仪器，其光学系统如图1－2（b）所示。照明光线经反射镜 1 照射到刻度尺 8 上，再经直角棱镜2、物镜 3，照射到反射镜 4 上。由于刻度尺 8 位于物镜 3 的焦平面上，故从刻度尺 3 上发出的光线经物镜 3 后成为平行光束。 若反射镜 4 与物镜 3 之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，

刻度尺像 7 与刻度尺 8 对称。若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 , （图 1－2a），则反射光线相对于 入射光线偏转2, 角度，从而使刻度尺像7 产生位移t （图1－2c），它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺8 间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离， s 为测杆 5 移动的距离，则仪器的放大比 K 为： tftg2,K,, Sbtg, tg2,,2,,tg,,,当, 很小时，，因此： 2fK, b 光学计目镜放大倍数为12，f,200mm,b,5mm，故仪器的总放大倍数n 为： 2f2 ， 200n,12k,12,12 ，,960 b5 由此说明，当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。 1．测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几 何形状来 选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时， 选用球形测头。 测量球面工件时，选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱形工件时，选用刀口形测头。 2．按被测零件的基本尺寸组合量块。