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实验一光学实验必备知识

光学实验是普通物理、工程光学、光电技术、光电信息工程、测控技术和自动

化工程中的重要部分。在进行光学实验前必须对实验中经常用到的基础知识、操作

方法和调试技巧进行学习，以便更快地入手和避免光学元器件的损坏。尤其对于初

学光学者更要在实验之前阅读这些内容，并且在实验中遵守有关规则，灵活运用书

本上的知识。

一、光学元件的维护

透镜、棱镜和反光镜等光学元件大多数都是由光学玻璃材料经抛光、镀膜等工

艺制成的极为精密的器件。尤其是为使光学元件具有较理想的透过率、反射率及透

射率等光学性能而采用化学镀膜或真空镀膜的手段镀置一层或多层薄膜，膜层往往

薄至纳米量级，而且容易被损坏。即它的机械性能和化学性能都很差，需要特殊呵

护。光学元件表面被沾污或污染都将影响光的透过率与反射率等参数，它经不起摩

擦、化学腐蚀与强烈的冲击和碰撞。

为了安全使用光学元件和光学仪器，必须遵守下面的原则：

1、必须在熟悉仪器的性能与使用方法之后才能进行使用与操作；

2、轻拿轻放，勿使仪器或光学元器件受到冲击、碰撞和震动，特别注意不能

从手中滑落；

3、不使用时要及时将光学元件放回包装盒内，长期闲置不用应该将其放入干

燥皿中保存；

4、手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，如果必须拿光学元器件时只

能拿它的非工作的“磨砂面”，例如透镜的外圆磨砂面，棱镜的上下底面，柱面镜

的上下磨砂面；

5、如发现光学元器件的工作面有灰尘，要用专用的干燥脱脂棉轻轻擦拭或用

橡皮球吹去；

6、若发现光学表面上已被轻微污染或有较轻的印记，可以用清洁的镜头纸轻

轻拂去，擦试时不能加压以免光学面被划伤，更不能用普通纸、手帕、毛巾或衣物

等进行擦拭；

7、进行光学实验时尽量避免说话，防止口水、唾液或其它液体溅落到光学面

造成光学面损伤；

8、调整光学仪器时要耐心细致，边查看边调整，动作要轻、柔、慢，切忌粗

鲁与盲目操作；

9、仪器设备用毕后应当及时整理，放回原处或加罩防护，防止灰尘污染。

二、消除视差对测量结果的影响

光学实验中常常要测量物体的高度、大小与位置，测量经验指出，准确测量物

体高度和大小的方法是必须将测量尺紧密靠近被测物体，否则将产生眼睛在不同位

置上读出的数据会有很大的差别。

常将这种由于被测物体与测量尺之间的距离带来的读数误差称为“视觉误

差”，将测量尺尽量靠近被测物或晃动眼睛的位置重复观测读数取其平均值的方法

可以减小“视觉误差”，常称其为“消视差”法。

光学实验过程中将经常用到“消视差”法解决人眼观测的误差。

三、光学系统的共轴调节

光学实验中常用到光源、透镜和其他光学元件（例如棱镜、狭缝）等构成，每

个透镜都有一个光轴，透镜的焦距、物距和像距等参数均沿光轴计算，理想光学系

统像差的校正也是基于光轴的，光轴是所有参与系统的元件轴心的共同中心线。

光学系统只有在共轴条件下才能得到理想的光学图像。因此，组成光学实验系

统时必须要求各个透镜的光轴在一条直线上。这就是共轴光学系统。

在光学实验中如何将光学系统调成共轴是个关键技术。常用的方法如下：

1、粗调

将光源、各个透镜等光学元器件在光学平台上靠拢，调节它们的取向和高低、

左右位置使它们各自的几何中心处在一条和台面平行的直线上（可凭眼观察或借助

直尺测量），使透镜的光轴与台面平行，使物（或物屏）、像平面（或像屏）与台

面垂直。

眼睛判断的调节效果与实验者的经验有关，故成为粗调。粗调完成后将各个

元器件摆放到设计位置再进行细调。

2、细调

细调常常要借助其他光学仪器设备或成像规律的特征进行细微的调节。不同类

型的光学系统有不同的调整方法。

下面介绍简单的单透镜对物成像光学系统共轴成像的细调方法。

图1-1单凸透镜物点与光轴共轴调节

如图1-1所示为物体在单凸透镜光学系统中成像光路图。现在要解决的是如何

将物上的某点调整到光轴上的问题。

根据凸透镜成像规律，当物与像之间的距离大于4倍焦距f时，将透镜沿光轴

方向移动一段距离，如图中从O1点移动到O2点，物AB将先后成在屏上的像为

A1B1与A2B2，物点靠近透镜时成大像，远离时成小像。物点A都处于光轴上则两

次成像的像点也都落在光轴上。