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1、GSZ-B型 光学平台（26例实验）使用说明书GSZ-IIB型光学平台可供大专院校普通物理实验课开设光学实验使用。本说明书举例说明的26项实验涵盖了几何光学、波动光学和信息光学比较重要的基础课题，大部分有测量要求，少部分限于观察现象。各实验所需学时长短不一，教师可按教学要求搭配实验内容，组织实验课教学。主要技术参数和规格：平台尺寸mm标称重量kg台面距地高度cm平台桌子12008001201500100013018001000150110192.5242.561100140919294隔震导磁台面不平度：0.05mm附件一览表：名 称数量备 注名 称数量备 注三维平移底座2分束器 (304)2
2、7:3,5:5二维平移底座3反射光栅 (1200 L/ mm)13030升降调整座3透射光栅 (20 L/ mm)1通用底座6正交光栅 (50 L/ mm)1可变口径二维架1偏振片2X轴旋转二维架2半波片 (=632.8 nm)1二维架41/4波片 (=632.8 nm)1光栅转台1三棱镜 (60o)1小二维台1微尺分划板 (1/5、1/10 mm)各1干版架2毫米尺 (l=30 mm)1带毛玻璃三维调节架1带支座标尺 (l=1 m)1落地式二维干版架1双棱镜1光源二维架1菲涅耳双镜1载物台1劳埃德镜1测节器（节点架）1正像（保罗）棱镜1套多孔架1球面镜 (f = 500 mm)1单面可调狭缝
3、2读数显微镜1测微目镜架1牛顿环套件1套牛顿环直立支架1多缝板 (2、3、4、5缝)1双棱镜调节架1网格字1小弹簧夹支架1可调圆孔光阑1白屏1频谱滤波器1套2种物屏1调制板1光学测角台1冰洲石及转动架1透镜 (f =4.5、6.2、15mm)各1扩束器白光源(6 V15 W)1套目镜 ( f= 29mm)1平面镜 (364)2透镜 (f =45、50、70、150、190、225、300、-60mm)各1小物体1全息照相 用幻灯片1汞灯 (20 W)1套白板（7050 mm）1钠灯 (20 W)1套全息干版1盒氦氖激光器 (1.5-2 mW)及架1套45玻璃架1套气室、血压表和橡胶球1套小照明
4、灯 (DC3 V)1显微镜实验用（个别附件变动，恕不另行通知）仪器的维护与保养:1 所有光学玻璃器件应注意保持清洁，避免各种污染。若落上灰尘，可用洗耳球、软毛刷除尘、用细绒布擦净。有指纹、汗液应及时用脱脂棉浸少量酒精乙醚液擦掉。在潮湿季节应特别加强保护。2 机械结构的转动和滑动部位可酌加少量润滑油。平台上宜涂擦极薄的一层机油，以利保护表面。实验举例：1 用自准法则薄凸透镜焦距32 用两次成像法测凸透镜焦距33 由物象放大率测目镜焦距54 自组显微镜65 自组望远镜76 自组投影仪87 透镜组节点和焦距的测定98 自组带正像棱镜的望远镜109 杨氏双缝实验1010 菲涅耳双棱镜干涉1111 菲涅
5、耳双镜干涉1212 劳埃德镜干涉1313 牛顿环1314 夫琅禾费单缝衍射1415 夫琅禾费圆孔衍射1516 菲涅耳单缝衍射1617 菲涅耳圆孔衍射1718 菲涅耳直边衍射1719 偏振光的产生和检验1820 光栅衍射1921 光栅单色仪2022 全息照相2123 制做全息光栅2224 阿贝成像原理和空间滤波2325 调制2526 测定空气折射率261 用自准法测薄凸透镜焦距实验装置 （图1-1）1：溴钨灯S2：物屏P 3：凸透镜L （f ，=190 mm）4：二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）5：平面镜M6：三维调节架 (SZ-16)7：二维平移底座 (SZ-02)8：三维平移底座
6、(SZ-01)9-10：通用底座（SZ-04）图1-1实验步骤1）参照图1-1，沿米尺装妥各器件，并调至共轴；2）移动L，直至在物屏上获得镂空图案的倒立实像；3）调M镜，并微动L，使像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；4）分别记下P和L的位置a1、a2；5）将P和L都转1800之后，重复做前4步；6）记下P和L新的位置b1、b2；7）计算： ； 2 用两次成像法测凸透镜焦距实验装置（图2-1）1：溴钨灯S2：物屏P （SZ-14）3：凸透镜L（f ，=190 mm）4：二维架（SZ-07）或透镜架(SZ-08)5：白屏H （SZ-13）6：二维平移底座（SZ-02）7：三维平移底座（SZ-0
7、1）8-9：通用底座（SZ-04）图2-1实验步骤1）按图2-1沿米尺布置各器件并调至共轴 ；2）紧靠米尺移动L，使被照亮的物形在屏H上成一清晰的放大像，记下 L的位置a1和P与H间的距离l ； 3）再移动L，直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下L的位置a2 ；4）将P、L、H转180（不动底座），重复做前3步，又得到L 的两个位置b1、b2 ；5) 计算： ； ；待测透镜焦距：3 由物像放大率测目镜焦距实验装置（图3-1）1：溴钨灯S2：微尺分划板M（1/10 mm）3：双棱镜架（SZ-41）4：待测目镜Le （=29 mm）5：二维调节架（SZ-07）或透镜架(SZ-08)6：测微目镜架（S
8、Z-36）7：测微目镜ME 8：三维平移底座（SZ-01）9：三维平移底座（SZ-01）10：升降调整座（SZ-03）11：通用底座（SZ-04）图3-1实验步骤1）按图3-1沿米尺安排各器件，并调节共轴；2）从M、Le、ME靠近处逐渐移远Le，直至在测微目镜中看到清晰的微尺放大像，并与ME分划板无视差；3）测出1/10 mm或1/5 mm刻线的象宽，求出其放大倍率m1，并分别记下ME和Le的位置a1、b1；4）把ME向后移动30-40 mm，并缓慢前移Le，直至在测微目镜中又看到清晰的与ME分划板刻线无视差的微尺放大像；5）测出新的像宽，求出放大率m2，记下ME和Le的位置a2、b2；6）计
9、算：像距改变量： 被测目镜焦距：4 自组显微镜实验装置（图4-1）1：小照明光源S（SZ-50）2：干版架（SZ-12）3：微尺M1（1/10 mm）4：二维架（SZ-07）或透镜架(SZ-08)5：物镜Lo （=45 mm）6：二维架 （SZ-07）7：三维调节架（SZ-16）8：目镜Le （=29 mm）9：45玻璃架（SZ-45） 10：升降调节座（ SZ-03）11：双棱镜架（SZ-41）12：毫米尺M2（l=30 mm）13：三维平移底座（SZ-01）14：三维平移底座（SZ-01）15：升降调节座（SZ-03）16：通用底座（SZ-04） 17：白光源（GY-6A）（图中未画）图4
10、-1图4-2实验步骤1）参照图4-1和4-2布置各器件，调等高同轴；2）将透镜lO与Le的距离定为24 cm；3）沿米尺移动靠近光源毛玻璃的微尺，从显微镜系统中得到微尺放大像；4）在Le之后置一与光轴成45角的平玻璃板，距此玻璃板25 cm处置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺M2；5）微动物镜前的微尺，消除视差，读出未放大的M230格所对应的M1的格数a；显微镜的测量放大率 ； 显微镜的计算放大率5 自组望远镜实验装置（图5-1）1：标尺2：物镜LO（=225 mm）3：二维架 （SZ-07）4：目镜L e（ =45 mm）5：二维调节架（SZ-07）6：三维平移底座（SZ-01）7：二维平
11、移底座（SZ-02）图5-1实验步骤1）按图5-1组成开普勒望远镜，向约3 m远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的“E”字（距离d1=5 cm）；2）用另一只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2；3）求出望远镜的测量放大率，并与计算放大率作比较；注：标尺放在有限距离S远处时，望远镜放大率可做如下修正：当S100时，修正量6 自组投影仪实验装置（图6-1）1：溴钨灯S2：聚光透镜L1（f 1，=50 mm）3：二维架 （SZ-07）4：幻灯片P 5：干版架（SZ-12） 6：放映物镜L2 （ f o，=190
12、 mm） 7：三维调节架 （SZ-16）8：白屏H （SZ-13）9：三维平移底座 （SZ-01）10：二维平移底座 （SZ-02）11：升降调节座 （SZ-03）12：升降调节座（SZ-03）13：通用底座（SZ-04）图6-1实验步骤1）按图6-1排光路，调共轴。2）使L2与H相距约1.2 m（对较短平台，可用白墙代屏）前后移动P，使其在H上成一清晰放大像。3）使L1固定在紧靠幻灯片P的位置，取下P，前后移动光源，使其成像于L2所在平面。4）重新装好幻灯片，观察屏上像的亮度和照度的均匀性。5）取下L1，观察像面亮度和照度均匀性的变化。放映物镜焦距和聚光镜焦距的选择放映物镜：f 2=（M/（
13、M+1）2）D2聚光镜：f 1=D2/（M+1）-D2/（M+1）21/D其中：D2=U2+V2；D1=U1+V1M为像的放大率7 透镜组节点和焦距的测定实验装置（图7-1）1：溴钨灯S2：毫米尺3：双棱镜架（SZ-41）4：物镜LO （ f O，=150 mm）5：二维架 （SZ-07）或透镜架（SZ-08）6：透镜组L1、L2 （f 1，=300 mm； f 2，=190 mm）7：测节器（节点架）8： 测微目镜架9： 测微目镜10：二维平移底座 （SZ-02）11：二维平移底座 （SZ-02）12：三维平移底座 （SZ-01）13：升降调节座（SZ-03）14：通用底座 （SZ-04）另
14、备用平面镜图7-1实验步骤1）先借助平面镜调节毫米尺与准直物镜Lo的距离，使通过Lo的光束为平行光束（“自准法”）2）加入透镜组和测微目镜，调共轴，同时移动目镜，找到毫米尺的清晰像。3）沿节点架导轨前后移动透镜组，同时相应地前后移动测微目镜，直到节点架绕轴转动时，毫米尺像无横向移动为止（此时像方节点N，即在节点架的转轴上）。4）用白屏取代测微目镜，接收毫米尺像。分别记下屏和节点架在米尺导轨上的位置a和b，并从节点架导轨上记下透镜组中间位置（有标线）节点架转轴中心的偏移量d。5）将测节器转动180。，重复3、4两步，测得另一组数据a，、b，d，。数据处理A、像方节点偏离透镜组中心的距离为d透镜组
15、的像方焦距f=a-b 物方节点N偏离透镜中心的距离为d透镜组的物方焦距f=a-bB、用1：1的比例画出被测透镜组及其各种基点的相对位置。8 自组带正像棱镜的望远镜实验装置（图8-1）1：标尺2：物镜Lo（f o，=225 mm）3：三维调节架 （SZ-16）4：正像棱镜（保罗棱镜系统）5：目镜Le（f e，=45 mm）6：二维架 （SZ-07）7：二维平移底座 （SZ-02）8：升降调整座（SZ-03）9：二维平移底座 （SZ-02）10：升降调整座（SZ-03）11：通用底座（SZ-04）图8-1实验步骤1）参照图8-1，沿平台米尺先组装不加正像棱镜的望远镜，并对位于光轴上的约3 m远处的
16、标尺调焦，认清该尺所成的倒像。2）按图8-1所示，在Lo的像面前方安置正像棱镜，并相应调节目镜高度，找到标尺的正像。9 杨氏双缝实验实验装置（图9-1）1：钠灯（加圆孔光阑）2：透镜L1（f ，=50 mm）3：二维架（SZ-07）4：可调狭缝S（SZ-27）5：透镜架（SZ-08，加光阑）6：透镜L2（f=150mm）7：双棱镜调节架(SZ-41)8：双缝9：延伸架10：测微目镜架11：测微目镜12：二维平移底座 （SZ-02）13：二维平移底座 （SZ-02）14：升降调节座（SZ-03）15：二维平移底座（SZ-02）16：升降调节座（SZ-03）图9-1实验步骤1）使钠光通过透镜L1会
17、聚到狭缝S上，用透镜L2将S成像于测微目镜分划板M上，然后将双缝D置于L2近旁。在调节好S，D和M的mm刻线的平行，并适当调窄S之后，目镜视场出现便于观测的杨氏条纹。2）用测微目镜测量干涉条纹的间距x，用米尺测量双缝至目镜焦面的距离l，用显微镜测量双缝的间距d,根据计算钠黄光的波长。10菲涅耳双棱镜干涉实验装置（图10-1）1：钠灯2：透镜L1 （f ，=50 mm）3：二维架 （SZ-07）4：可调狭缝（SZ-27）5：双棱镜6：双棱镜架（SZ-41）7：测微目镜架 （SZ-36）8：测微目镜9：二维平移底座 （SZ-02）10：三维平移底座 （SZ-01）11：二维平移底座 （SZ-02）
18、12：升降调整座（SZ-03）另备凸透镜（f ，=190 mm）及架、座图10-1实验步骤1）参照图10-1沿米尺安置各器件，使钠黄光通过透镜L1会聚在狭缝上。双棱镜的棱脊与狭缝须平行地置于L1和测微目镜L2的光轴上，以获得清晰的干涉条纹。2）测微目镜测量干涉条纹间距x（可连续测定11个条纹位置，用逐差法计算出5个X取平均），并测出狭缝至目镜分划板的距离l。3）保持狭缝和双棱镜位置不动，在双棱镜后用凸透镜在测微目镜分划板上成一虚光源的放大实像，并测得间距d，再据成像公式算出二虚光源间距d。4）根据公式计算钠黄光波长11 菲涅耳双镜干涉实验装置（图11-1）1：钠灯（加圆孔光阑）2：透镜 （f
19、，=50 mm）3：二维架 （SZ-07）4：可调狭缝 5-6：菲涅耳双镜及镜架7：测微目镜架（SZ-36）8：测微目镜9：二维平移底座（SZ-02）10：三维平移底座 （SZ-01）11：升降调整座（SZ-03）12：二维平移底座 （SZ-02）图11-1实验步骤1）利用透镜将光束会聚到狭缝上，使通过狭缝的光束投射在双镜接缝处。掠射的光束被二镜面反射，用稍许偏离米尺导轨的测微目镜接收双光束交叠区域的干涉条纹。狭缝要窄，且与双镜交线平行，二镜面夹角大小要适当。2）测干涉条纹间距x和两个虚光源距离d，方法与双棱镜实验相同。3）测出狭缝至双镜接缝的距离r和双镜接缝至目镜分划板的距离lo,得l=r+
20、lo，根据计算钠黄光的波长。12 劳埃德镜干涉实验装置（图12-1）1：钠灯（加圆孔光阑）2：透镜 （f ，=50 mm）3：二维架 （SZ-07）4：可调狭缝（SZ-27）5-6：劳埃德镜及干版架7：测微目镜架 （SZ-36）8：测微目镜9：二维平移底座 （SZ-02）10：三维平移底座 （SZ-01）11：升降调整座（SZ-03）12：二维平移底座 （SZ-02）图12-1实验步骤1） 使钠光光束经透镜会聚到狭缝上，通过狭缝，部分光束掠入射劳埃德镜，被镜面反射，另一部分直接与反射光会合发生干涉，用测微目镜接收干涉条纹，同时调节缝宽、入射角及镜面与铅直狭缝的平行，以改善条纹的质量。2） 用实
21、验10的方法测出条纹间距x，狭缝与其虚光源的距离d以及狭缝与目镜分划板的距离l,根据公式计算钠黄光波长。13 牛顿环实验装置（图13-1）1：牛顿环支架2：牛顿环组件3：半透半反玻璃（分束器）4：显微镜5：测微目镜架6：二维平移底座（SZ-02）7：干版架（SZ-12）8：升降调节座（SZ-03）9：钠灯10：升降调节座图13-1实验步骤1） 按图13-1布置光路。若牛顿环装置平凸透镜与平板玻璃的接触点偏离中心，得调节夹具上的三个螺钉，使接触点稳定居中即可，但不要拧得太紧。2） 调节分束器，使视场6 mm测量范围内充满黄光。消除视差。尽量使干涉圆环在量程内对称分布。3） 从第14环开始逐环测定
22、位置至第5环，再越过环心，从另一测第5环测至第14环为止，计算10个环的直径d。4） 用逐差法取m-n=5算出5个值，取平均，代入公式得出平凸透镜的曲率半径。14 夫琅禾费单缝衍射实验装置（图14-1）1：钠灯2：狭缝 (SZ-40)3：透镜（f ，=150 mm）4：二维架 (SZ-07)或透镜架(SZ-08)5：狭缝 (SZ-27)6：透镜 (f =300 mm)7：二维架 (SZ-07 )或透镜架(SZ-08)8: 测微目镜架（SZ-36）9：测微目镜10：三维平移底座（SZ-01）11：二维平移底座（SZ-02）12：升降调节座（SZ-03）13：二维平移底座（SZ-02）14：二维平
23、移底座（SZ-02）图14-1实验步骤1）参照图14-1沿米尺调节共轴光路。2）使狭缝S1靠近钠灯，位于透镜L1的焦平面上，通过透镜L1形成平行光束，垂直照射狭缝S2，用透镜L2将衍射光束汇聚到测微目镜的分划板，调节狭缝铅直，并使分划板的毫米刻线与衍射条纹平行，S1的缝宽小于0.1mm (兼顾衍射条纹清晰与视场光强) 。3）用测微目镜测量中央明条纹宽度e，连同已知的和f 值代入公式可算出缝宽a。4）用显微镜直接测量缝宽，与上一步的结果作比较。5） 用测微目镜可验证中央极大宽度是次极大宽度的两倍。15 夫琅禾费圆孔衍射实验装置（图15-1）1：钠灯2：小孔（1 mm）3：衍射孔（0.2-0.5
24、mm，多孔架）4：透镜 （f ，=70 mm）5：二维调节架 （SZ-07）6：测微目镜架（SZ-36）7：测微目镜8：三维平移底座（SZ-01）9：二维平移底座 （SZ-02）10：二维平移底座 （SZ-02）图 15-1实验步骤1）参照图15-1沿平台米尺安排各器件，调节共轴，获得衍射图样。2）在黑暗环境用测微目镜测量艾里斑的直径e，据已知波长（=589.3 nm）、衍射小孔半径a和物镜焦距f，可验证公式16 菲涅耳单缝衍射实验装置（图16-1）1：激光器架（SZ-42）2：He-Ne激光器3：扩束器（f ，= 4.5 mm）4：二维架5：可调狭缝6：白屏 （SZ-13）7：升降调整座（S
25、Z-03）8：三维平移底座（SZ-01）9：二维平移底座（SZ-02）10：升降调整座（SZ-03）图16-1调节与观察使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。17 菲涅耳圆孔衍射实验装置（图17-1）1：激光器架（SZ-42）2：He-Ne激光器3：扩束器（f = 4.5 mm）4：二维架 （SZ-07）5：圆孔板（1.5 mm，SZ-23）6：白屏 （SZ-13）7：升降调节座 （SZ-03）
26、8：三维平移底座 （SZ-01）9：二维平移底座 （SZ-02）10：升降调整座（SZ-03）图17-1调节与观察将实验16中的狭缝换成1.5 mm的圆孔，使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮暗亮的变化。当距离为400 mm时中心是暗的，距离为210和600 mm时为亮点。18 菲涅耳直边衍射实验装置（图18-1）1：激光器架（SZ-42）2：He-Ne激光器3：扩束器（f ，=4.5 mm）4：二维架 （SZ-07）5：刀片6：二维干版架 （SZ-18）7：白屏 （SZ-13）8：升降调整座（SZ-03）9：二维平移底座 （SZ-02）10：二维平移底座 （SZ-02）11：升降调整座（S
27、Z-03）图18-1调节与观察将实验16中的狭缝换成刀片，即可发生直边衍射。当观察点从几何阴影边界向外移动时，衍射光强有类似衰减振荡的分布，最后趋于无障碍的自然传播。强度的最大值并不在于几何阴影的交界处，而是在直接照明区稍靠外些的亮区内。在阴影区内，衍射条纹的光强单调地减弱，一直到零。19 偏振光的产生和检验实验装置（图19-1）1：白光源（GY-6A） 7：黑玻璃镜2：凸透镜（f=150mm） 8：偏振片3：二维调节架（SZ-07） 9：X轴旋转二维架（SZ-06）4：可调狭缝（SZ-27） 10：升降调节座（SZ-03）5：光学测角台（SZ-47） 11：升降调节座（SZ-03）6：升降调
28、节座（SZ-03） 12：二维平移底座（SZ-02）另需钠灯、氦氖激光器、1/4波片及架、冰洲石及转动架和扩束器图19-1实验步骤1) 测布儒斯特角，定偏振片光轴：按图19-1所示，使白光源灯丝位于透镜的焦平面上（此时二底座相距162mm），近似平行光束通过狭缝，向光学台分度盘中心的黑玻璃镜入射，并在台面上显出指向圆心的光迹。此时转动分度盘，对任意入射角，利用偏振片和X轴旋转二维架组成的检偏器检验反射光，转动360，观察部分偏振光的强度变化。而当光束以布儒斯特角iB入射时，反射的线偏振光可被检偏器消除（对n=1.51, iB=57）。该入射角需反复仔细校准。因线偏振光的振动面垂直于入射面，按检
29、偏器消光方位可以定出偏振片的易透射轴。2) 线偏振光分析：使钠光通过偏振片起偏振，用装在X轴旋转二维架上（对准指标线）的偏振片在转动中检偏振，分析透过光强变化与角度的关系。3) 椭圆偏振光分析：使激光束通过扩束器、狭缝和黑镜产生线偏振光，再通过1/4波片之后，用装在X轴旋转二维架上的偏振片在旋转中观察透射光强变化，是否有两明两暗位置（注意与上一项实验现象有何不同），在暗位置，检偏器的透振方向即椭圆的短轴方向。4) 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，即可产生圆偏振光。此时若用检偏器转动检查，透射光强是不变的。3）和4）应使用白屏
30、观察。5) 利用冰洲石及可转动支架，可以观察和分析该晶体的双折射现象。让自然光（例如钠光）通过支架上的一个小孔入射冰洲石晶体，用眼睛在适当距离能够看到光束一分为二；转动支架，又能判别寻常光（o光）和非寻常光（e光）。进而用检偏器确定o光和e光偏振方向的关系。20 光栅衍射实验装置（图20-1）1：汞灯2：透镜L1 （f ，=50 mm）3：二维架（SZ-07）4：可调狭缝5：透镜L2 （f ，=190 mm）6：二维架 （SZ-07）7：光栅（d=1/20 mm）8：二维干版架 （SZ-18）9：透镜L3（f ，=225 mm）10：二维架（SZ-07）11：测微目镜及支架12：三维平移底座（
31、SZ-01）13：二维平移底座（SZ-02）14：升降调节座（SZ-03）15：升降调节座（SZ-03）16：二维平移底座（SZ-02） 17：二维平移底座（SZ-02）图20-1图20-2调节与测量1）按图20-1沿平台米尺安排各器件，调节共轴。2）狭缝须调铅直，并使光栅刻线和测微目镜分划板上的毫米尺刻线与狭缝平行。3）将狭缝调窄，前后移动测微目镜，获得清晰的汞的光栅衍射光谱。4）转动目镜，消除光谱线与分划板间的视差。5）根据光栅方程，衍射的各主极大由下式决定： （ =0,）实际上因角很小（图20-2予以放大），可近似地认为 （ =0,）其中是光栅常量，是某待测谱线位置到零级谱线的距离，是物
32、镜L2的焦距，是衍射级，是光波波长。用测微目镜对汞的一级光谱中较强的两条黄线，一条绿线和一条蓝线分别测出ly1,ly2,lG和lB，据上式即测得各谱线的波长。左右移动测微目镜，也可以利用二级谱线测谱线波长。6) 光栅光谱与棱镜光谱的比较：将等边三棱镜放在光栅转台上，替下二维干版架和光栅，用测微目镜在适当角度找到汞的棱镜光谱，通过观察比较两种光谱的区别。21 光栅单色仪实验装置（图21-1）1：汞灯2：透镜 （f ，=50 mm）3：二维架 （SZ-07）4：入射狭缝 (SZ-27)5：平面镜 M26：二维架 （SZ-07）7：二维平移底座 （SZ-02）8：二维平移底座 （SZ-02）9：三维
33、调节架 （SZ-16）10：自准球面镜 （f ，=500 或302mm）11：三维平移底座 （SZ-01）12：光栅转台13：平面闪跃光栅G （1200条/ mm）14：干版架 （SZ-12）15：出射狭缝 (SZ-40)16：二维平移底座 （SZ-02）17：三维平移底座 （SZ-01）18：升降调整座 （SZ-03）图21-1调节说明1）各部件中心应调在同一高度，光路主截面大致平行于台面。用f ，=50 mm透镜将汞灯光聚在入缝上（缝宽0.5 mm）。2）按图放置各部件，安装光栅时应使箭头记号朝上，以保证闪耀效果，用白纸检查M1、G和M2上的投射光，要求丰满不漏，进程不挡光。3）M1上的入
34、射光束和出射光束应力求夹成小角度，如图示，38/4005.4，尚可以近似认为光路是利特洛自准的。4）用白屏取代出缝，找到最佳聚焦位置，再安放出射缝。两个狭缝的刀口面必须面对入射方向，工作宽度约可，调到 0.02 mm。5）图中M1和G的距离是200 mm，可小有出入。6）调节光栅水平面位置的方位，以使579.1 nm（黄）404.7nm（紫）间的谱线在测微螺旋控制下能循序出射。6） 可改变光路，使G稍前倾， M2置于入射后下方，出缝下降，以获得更强的闪跃效果。22 全息照相实验装置（图22-1）1：He-Ne激光器L2：激光器架（SZ-42）3：升降调节座（SZ-03）4：升降调节座（SZ-0
35、3）5：分束器6：干版架（SZ-12）7：二维架（SZ-07）8：平面镜M19：二维平移底座（SZ-02）10：二维平移底座（SZ-02）11：扩束器（f ，=4.5 mm）12：二维架（SZ-07）13：二维干版架（SZ-18）14：全息干版15：三维平移底座（SZ-01）16：拍摄物体17：载物台（SZ-20）18：通用底座（SZ-04）19：升降调整座（SZ-03）20：扩束器（f ，= 4.5 mm）21：二维架（SZ-07）22：二维平移底座（SZ-02）23：平面镜M224：二维架（SZ-07）图22-1调节和拍摄1）按图22-1的相对位置放好各器件，拿下L1和L2，调等高。2）使
36、物光束与参考光束的光程近似相等，二者夹角在30- 40之间。3）调M1的倾角，使光束射在物的中间部位，调M2的倾角，使参考光束射在全息干版（暂以白板代替）的中部。4）加入L1，调其支架并前后移动，使扩束镜恰好照全物体，加入L2，调其支架并前后移动，使参考光束对准白屏，与物光束的光强比在5:1-10:1之间。5）将各磁性座指向ON，关闭照明灯，安装全息干版后，进行曝光，时间可控制在10-15S。在弱绿光下显影和定影，时间长短主要取决于药方和药液温度。6）将请水冲过又经干燥处理的全息片面对扩束的激光，观察虚像和实像。23 制做全息光栅实验装置（图23-1）1：He-Ne激光器L2：激光器架（SZ-
37、42）3：升降调整座（SZ-03）4：二维调节架（SZ-07）5：扩束器 L1（f ，= 4.5 mm）6：升降调整座（SZ-03）7：二维架（SZ-07）8：准直透镜L2（f ，=225 mm）9：三维平移底座（SZ-01）10：分束器S（5:5）11：二维平移底座（SZ-02）12：二维调节架（SZ-07）13：二维平移底座（SZ-02）14：全息干版15：干版架（SZ-12）16：二维架（SZ-07）17：平面镜 18：三维平移底座（SZ-01）图23-1实验步骤1）使激光通过由L1和L2组成的扩束器后获得截面较大的平行光束。2）按确定的光栅常量d求出角（根据）。3）按角排好图23-1所
38、示光路。4）在暗室环境装好全息干版。曝光0.5-1s后，在绿色安全灯下显影、定影，漂白、水洗、烘干。5）用显微镜观察全息光栅的干涉条纹。6）使He-Ne激光通过全息光栅，用白屏观察衍射现象，或用光学测角计观察汞灯的衍射光谱，并根据已知谱线波长测定光栅常量。24 阿贝成像原理和空间滤波实验装置（图24-1）1：He-Ne激光器L2：激光器架（SZ-42）3：扩束器L1 （f ，=6.2或15 mm）4：二维架（SZ-07）5：准直透镜L2 （f ，=190 mm）6：二维架 （SZ-07）7：光栅 （20L/ mm）8：干版架 （SZ-12）或双棱镜调节架9：变换透镜L3 （f ，=225 mm
39、）10：二维架 （SZ-07）11：白屏（SZ-13）12：升降调节座 （SZ-03）13：三维平移底座 （SZ-01）14：二维平移底座 （SZ-02）15：三维平移底座 （SZ-01）16：二维平移底座 （SZ-02）17：升降调节座 （SZ-03）图24-1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）2 m以外放置白屏，前后移动变换透镜，在屏上接收光栅像*。3）在L3后焦面（傅氏面）处置一可调狭缝光阑，挡住频谱0级以外的光点，观察像屏上是否还有光栅像。4）调节狭缝宽度，使频谱的0级和1级通过光栏，观察像面上的光栅像；然后撤出光阑，让
40、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）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、+2级或-1、-2级衍射极大之间的距离d1和d2。7）二维的正交光栅替换一维光栅，让竖向的一系列光点通过铅直的狭缝光阑， 观察像面上栅缝的方向。7） 将光阑转90，再观察像面上栅缝的方向。8） 将光阑转45，观察像面上的变化。10）用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上，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。12）计算1级和2级光点的空间频率和： ； 其
41、中为所用激光的波长，为变换透镜的焦距。*为节省实验室面积，可在平台一端安置平面镜，使光路反射回来，在光源侧后方用装在旋臂架（选购件）上的毛玻璃屏观察光栅像。25 调制1：溴钨灯S2：准直透镜L1（f ，=190 mm）3：二维架 （SZ-07）4：调制板5：干版架 （SZ-12）6：变换透镜L2（f ，=150 mm）7：二维架（SZ-07）8：不透明硬纸板9：干版架（SZ-12）10：白屏（SZ-13）11：升降调整座 （SZ-03）12：升降调整座 （SZ-03）13：三维平移底座（SZ-01）14：二维平移底座 （SZ-02）15：二维平移底座 （SZ-02）16：通用底座 （SZ-04
42、）实验装置（图25-1）图25-1实验步骤1）将器件架好，参照图25-1沿平台米尺排到，目测调共轴。2）使光源S与准直镜L1的距离等于L1的物方焦距，并使平行光束垂直照射调制板的图案（图形倒立），通过L2在白屏上成一适当大小的像。 3）在光路中加入一块熏黑的玻璃片，在L2之后接收清晰的彩色衍射斑（频谱）。 4）事先判断好图案各部分的光栅取向，认定所对应的各排频谱，用细火柴棍或牙签根据图案局部规定的颜色（倒如蓝天、红楼和绿地）抹去相关频谱中该种颜色下的黑灰，屏上即出现彩色图案（用细香火在不透光纸板上烧孔的方法，也能做这个实验用的简易滤波器）。 26 测定空气折射率实验装置（图26-1）1：He-
43、Ne激光器L2：激光器架 （SZ-42）3：二维架 （SZ-07）4：扩束器BE5：升降调整座（SZ-03）6：三维平移底座 （SZ-01）7：分束器BS8：通用底座 （SZ-04）9：白屏H10：干版架（SZ-12）11：气室AR12：二维调节架（SZ-19）13：二维平移底座（SZ-02）14：二维架（SZ-07）15：平面镜M116：二维平移底座（SZ-02）17：二维平移底座（SZ-02）18：平面镜M219：二维架（SZ-07）20：升降调节座（SZ-03）图26-1实验步骤 1）将各器件夹好，靠拢，调等高。 2）调激光光束平行于台面，按图28-1所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩
44、束器）。 3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。 4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。 5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为p。 6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。 7）计算实验环境的空气折射率其中激光波长和气室长度l为已知，环境气压pamb从实验室的气压计读出。本实验应多次测量，干涉环变化数可估计出一位小数。附录：公式推导在测定空气折射率实验中，若气室内空气压力改变了，折射率随之改变了，就会导致光程差增大，引起干涉条纹N个环的变化。设气室内空气柱长度为，则 （26-1）若将气室抽真空（室内压强近似于
45、零，折射率），再向室内缓慢充气，同时计数干涉环变化数N，由公式（26-1）可计算出不同压强下折射率的改变值，则相应压强下空气折射率若采取打气的方法增加气室内的粒子（分子和原子）数量，根据气体折射率的改变量与单位体积内粒子数改变量成正比的规律，可求出相当于标准状态下的空气折射率。对有确定成分的干燥空气来说，单位体积内的粒子数与密度成正比，于是有 （26-2）式中是空气在热力学标准状态下（T0 =273K，p0 =101,325 Pa）下的密度，是相应状态下的折射率；和是相对于任意温度T和压强p下的折射率和密度。联系理想气体的状态方程，有 （26-3）若实验中T不变，对上式求p的变化所引起的的变化，则有 （26-4） 因（其中是相对压力系数，等于1/273.15 = 3.66110-3-1，是摄氏温度，即室温）,代入式（26-4）有于是 （26-5）将式（26-1）代入（26-5）得 （26-6）测出若干不同的所对应的干涉环变化数N，N-关系曲线的斜率即为。和为已知，见温度计显示，和为已知，一并代入式（26-6）即可求得相当于热力学标准状态下的空气折射率。根据式（26-3）求得代入式（26-4），经整理，并联系式（26-1），即可得 （26-7）其中的环境气压p从实验室的气压计读出，根据（26-7）式，通过实验即可测得实验环境下的空气折射率。
