光学试验教学大纲-兰州大学物理学院.docx

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1、光学试验 课程教学大纲一、课程说明一课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：一般物理光学试验所属专业：物理学、原子核物理等课程性质：必修学分：4二课程简介、目标与任务；光学试验是一般物理试验的最终一个阶段。经过前面两个学期的试验训练力热试验、电磁学试验，对物理试验的根本原理、方法和手段有了初步的了解以后，本课程期对光学的主要原理、现象、应用以及根本的光学试验思想、方法和仪器等有确定程度的了解，并在此根底上，综合引申提高，为进一步的理论学习、试验训练和科学争论打下坚实的根底。三先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的规律关系和内容连接；原则上选修该试验课程的同学应已经按要求修完物理专业

2、光学课程以及一般物理力学试验、一般物理电磁学试验并取得相应学分。对试验的数据处理，一般的试验方法、原理及仪器有相当程度的把握。四教材与主要参考书。教材：李健等，根底物理试验，兰州：兰州大学出版社，2023. 主要参考书：杨葭荪译，光学原理，北京：科学出版社，1978.钟锡华，现代光学根底，北京：北京大学出版社，2023.吕斯骅，段家忯，根底物理试验，北京：北京大学出版社，2023. 朱鹤年，概念物理测量引论，北京：高等教育出版社，2023.二、课程内容与安排一教学方法与学时安排试验课程，讲授与试验操作相接结合，依据学时要求安排假设干必修试验题目和选修题目。必修每个试验4 学时，选修试验学时视具

3、体内容而定，一般不低于每个试验4 学时。二内容及根本要求绪论课：光学试验根底学问10试验 一：薄透镜主焦距的测定【试验目的】：1、把握薄透镜焦距测定的根本原理和方法，学会在光具座上的各光学元件的共轴调整；2、把握透镜的成像性质；3、了解视差在光学试验中的应用。【仪器用具】：光学导轨、光具座、白光光源含滤光片及毛玻璃、光屏、平面镜、被测透镜等。【教学要求】：透镜成像规律，自准原理，共轴调整，推断误差、系统误差及其消退； 像缺，伪像，视差法及其应用。【试验内容】：1、两次成像法调整光具座上各光学元件共轴；2、自准法、位移法测量正透镜的焦距；3、视差法、组合法测量负透镜的焦距；4、成像规律争论。试验

4、 二：分光计的调整与使用【试验目的】：1、了解分光计的构造和各部件的使用；2、把握分光计的调整要求和调整方法；3、学会用分光计测量角度。【仪器用具】：分光计含平面镜、钠光灯、三棱镜等。【教学要求】：光谱仪器的根本构造、分光计的根本组成，分光计的调整要求及其调整原理， 视度、聚焦、自准、共轴、视差法等光学试验根本调整方法在分光计调整中的应用，渐近法、降维调整，角度测量方法，投影误差、偏心差及其消退方法。【试验内容】：1、用渐近法调整分光计；2、自准法测量三棱镜的顶角；3、反射法测量三棱镜的顶角。试验 三：用分光计测量物质的折射率【试验目的】：1、学会用最小偏向角法和折射极限法测量物质的折射率；2

5、、进一步娴熟分光计的调整和使用。【仪器用具】：分光计含平面镜、钠光灯、三棱镜、毛玻璃、滴瓶等。【教学要求】：最小偏向角法，折射极限法，常用折射计的构造及原理。【试验内容】：1、用最小偏向角法测量三棱镜折射率；2、用折射极限法测量三棱镜的折射率；3、用折射极限法测量蒸馏水的折射率。试验 四：牛顿环【试验目的】：1、把握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法；2、通过试验加深对等厚干预原理的理解；【仪器用具】：读数显微镜、钠光灯、牛顿环仪、计算机自动采集系统。【教学要求】：等厚干预、牛顿环及其特点、光学检测、半波损、逐差法、读数显微镜的使用、回程差、试验中各种误差来源及消退减小方法。【试验内容】：1、通过

6、测量牛顿环直径计算透镜曲率半径；2、透镜凸面偏离球面的检测。试验 五：迈克尔逊干预仪一【试验目的】：1、了解迈克尔逊干预仪的构造并把握其调整方法；2、观看非定域干预条纹，测定 He-Ne 激光波长；3、观看等倾干预条纹；4、观看 Na 光条纹可见度变化规律，测量 Na 光 D 双线波长差。【仪器用具】：迈克尔逊干预仪、光学导轨及光具座、短焦距透镜、毛玻璃屏、升降台、钠光灯等。【教学要求】：迈克尔逊干预仪构造及根本调整方法，等倾干预，波长及光谱精细构造测量方法。【试验内容】：1、调出并观看非定域干预条纹；2、测定 He-Ne 激光波长；3、调出等倾干预条纹观看条纹随光程差的变化规律；4、测量 N

7、a 光双线波长差。试验 六：迈克尔逊干预仪二【试验目的】：1、观看等厚干预条纹、白光干预条纹；2、学会利用M-干预仪测定透亮物体厚度和气体折射率；3、加深对相干长度和相干时间概念的理解。【仪器用具】：迈克尔逊干预仪、光学导轨及光具座、短焦距透镜、毛玻璃屏、升降台、白炽灯、钠光灯、盖玻片、气室等。【教学要求】：等厚干预，定域面，白光干预，准确测长、气体折射率测量的一般方法，相干长度及其测量方法。【试验内容】：1、调整并观看等厚干预条纹；2、观看白光干预条纹；3、测量固体薄片厚度；4、测量空气折射率；5、测量Na 光的相干长度。试验 七：衍射光栅【试验目的】：1、了解光栅的分光原理；2、观看光栅光

8、谱的特点；3、测定光栅常数、角色散率和色区分本领；4、复习分光计的调整和使用。【仪器用具】：分光计含平面镜、水银灯、光栅等。【教学要求】：光栅及其类型，光栅常数，光栅光谱，光栅方程，分光本领，角色散、色区分， 瑞利判据，最小偏向角法，波长测量。【试验内容】：1、调整并观看衍射光栅光谱；2、测定光栅常数及角色散本领；3、测定光波波长及色区分本领；4、观看棱镜光谱，并比较光栅光谱与棱镜光谱的各自特点；5、用最小偏向角法测量光波长。试验 八：全息照相【试验目的】：1、了解全息照相的原理；3、把握拍摄全息图和在现物波前的方法。【仪器用具】：全息台、光具座、激光光源、定时曝光器、分束镜、反射镜、光屏、透

9、镜、小物体、全息干板等。【教学要求】：全息术的一般原理及其主要应用，离轴全息光路安排，成功拍摄全息图要保证的根本条件，全息照相与一般照相的主要区分。【试验内容】：1、布置光路并拍摄全息图；2、暗室处理显影、定影获得全息照片；3、再现原物立体像。试验 九：全息光栅【试验目的】：了解全息光栅的制作原理； 把握扩束、准直的调整方法；学会自制满足确定要求的全息光栅。【仪器用具】：全息台、光具座、激光光源、定时曝光器、分束镜、反射镜、光屏、透镜等。【教学要求】：全息光栅制作原理，光路调整要求，准直、共轴、平行的调整及推断，曝光及冲洗留意事项。【试验内容】：1、安排光路拍摄全息光栅潜像；2、暗室处理显影、

10、定影、漂白获得全息光栅；3、在分光计上测量光栅常数并分析偏差缘由。试验 十：阿贝成像原理与空间滤波【试验目的】：1、了解阿贝成像原理，傅立叶变换在光学成像系统中的应用；3、加深对光学空间频谱和空间滤波概念的理解。【仪器用具】：光学导轨、光具座、激光光源、减光片、透镜、滤波器、光屏、白光光源、调制板等。【教学要求】： 阿贝成像原理、傅立叶光学、空间滤波、显色滤波。【试验内容】：1、阿贝成像原理试验；2、高频滤波；3、低频滤波；4、 调制试验。试验十一：光偏振的根本现象【试验目的】：1、观看光的偏振现象；2、加深对菲涅耳公式的理解；3、了解产生和检验偏振光的根本方法；4、观看双折射现象。【仪器用具

11、】：光学平台、光具座、偏振片、波片、激光光源、光屏等。【教学要求】：光的各种宏观偏振态及其产生、转化和检验，马吕斯定律、布儒斯特定律，产 生线偏振光的几种试验方法，常用偏振器件，双折射现象，偏振光的干预，显色偏振，光测弹性。【试验内容】：验证布儒斯特定律；1、验证菲涅耳公式；2、观看双折射现象；3、观看偏振光的干预现象；4、产生和检验光的各种偏振状态；5、显色偏振。试验十二：光电效应【试验目的】：1、通过光电管I-U 特性曲线的测定，生疏光电效应的规律；2、了解光的量子性，测定金属的红限频率；3、验证爱因斯坦光电效应，测定普朗克常数。【仪器用具】：光电效应试验系统、水银灯、干预滤波片、减光片等

12、。【教学要求】：光电效应的根本试验规律，减速电位法测量原理，暗电流、反向饱和电流及阴极氧化的影响，拐点法、交点法，干预滤光，光电效应试验装置操作留意事项。【试验内容】：1、观测并记录光电管暗电流；2、测量光电管的伏安特性3、处理数据，获得金属红限频率及普朗克常量。试验十三：光通讯与激光窃听【试验目的】：1、了解光传输信号的一般原理及方法;2、把握激光监听的原理及根本装置。【仪器用具】：光通讯试验系统【教学要求】：光通讯的根本原理、装置，光电转换，激光监听原理，监听光路安排要求。【试验内容】：1、给定光源通讯的比照争论;2、信号传输；3、安排调试光路获得监听信号；4、争论监听效果与光路各参数之间

13、的关系。试验十四：数字全息【试验目的】：1、了解数字全息术的根本原理；2、把握一些简洁的全息干推测量方法；3、深入训练光学系统的调整。【仪器用具】：数字全息试验仪【教学要求】： 维形貌测量、物体形变测量、粒子场测试、数字全息显微、防伪、三维图像识别、医学诊断【试验内容】： 透射式数字全息、反射式数字全息、温度场测量、应力场测量、物体微小位移形变测量。试验十五：相衬法【试验目的】：了解相衬法的根本原理、生疏相衬显微镜的使用。【仪器用具】：相衬显微镜、透亮样品等。【教学要求】： 傅立叶光学、滤波、相衬法、相衬显微镜。【试验内容】： 自行设计试验内容。试验十六：光学传递函数与像质评价【试验目的】：1

14、、深入了解光学传递函数的根本理论；2、了解光学传递函数测量的根本原理；3、把握传递函数的测量和像质评价的根本方法。【仪器用具】：光学传递测量系统【教学要求】：像质评价、光学传递函数、MTF 曲线。【试验内容】：自行设计试验内容。试验十七：自组装显微镜与望远镜【试验目的】：1、了解助视仪器的根本构造及原理;2、把握简洁的显微镜与望远镜的组装技术。【仪器用具】：光学平台、光具座、透镜、白光光源、分化板、半透半反镜、平面镜、光屏等。【教学要求】：显微镜望远镜的设计原理，色差、像差，显微镜的区分本领、望远镜的区分本领。【试验内容】：1、组装简洁的显微镜及望远镜并测量其放大率;2、争论助视仪器成像及放大

15、率与各参数之间的关系。试验十八：光的衍射【试验目的】：1、学习光学平台上的试验光路的安排与调整；2、了解利用计算机自动把握测量光强的原理和方法；3、加深对衍射现象的理解。【仪器用具】：衍射光强记录仪、衍射元件。【教学要求】：衍射、衍射光强分布、光强测量。【试验内容】：1、在光学平台上进展光路的组装和调整；2、生疏自动把握程序的使用；3、观看并测量不同元件产生的衍射图样的光强分布谱并与理论值进展比较。试验十九：光偏振的定量争论【试验目的】：1、观看光的偏振现象稳固理论学问；2、利用偏光器件对光的偏振性质进展定量测量和鉴别。【仪器用具】：光学平台、偏振器件、计算机自动采集系统。【教学要求】：在光偏

16、振的根本现象试验根底上进展定量测量，生疏计算机自动光强测量的装置及方法。【试验内容】：1、共轴调整；2、检验光源的线偏振性；3、验证马吕斯定律；4、1/4 波片及其工作参数的测量；5、1/2 波片及其工作参数的测量。试验二十：暗室技术【试验目的】：1、了解照相、放大、翻拍机的根本构造和原理，并把握其使用方法；2、初步把握拍照、冲印和放大的根本操作；3、了解照片质量同底片，曝光、冲显影时间之间的关系。【仪器用具】：暗室、翻拍机、像纸等。【教学要求】：照相的根本原理，曝光量、光圈、快门、景深，感光材料、潜像，显影、定影， 像质与各参量之间的关系。【试验内容】：1、拍摄实物或翻拍图片；2、冲洗底片；

17、3、调整不同参数冲洗至少两张相片并对其效果做出比较分析。试验廿一：阿贝折射计【试验目的】：1、了解阿贝折射计的构造原理；2、学会利用阿贝折射计测量物质折射率。【仪器用具】：阿贝折射计、待测固体、蒸馏水、酒精、溴代萘等。【教学要求】：折射极限法，折射计。【试验内容】：1、用标准物质的折射率校准阿贝折射计读数；2、测定液体溶液的折射率3、测定透亮固体块的折射率。试验廿二：光栅光谱仪【试验目的】：1、了解光栅光谱仪的根本构造和工作原理;2、学会利用光谱仪测定物质的光吸取谱【仪器用具】：光栅光谱仪、样品。【教学要求】：光谱仪、光谱采集、光谱分析。【试验内容】：1、生疏光谱记录程序的操作，把握光吸取谱测

18、量的方法；2、测定给定样品的光吸取谱。试验廿三：多光束的干预 F-P 干预仪【试验目的】：1、把握多光束干预的原理;学会 F-P 干预仪的调整方法,观看干预锐环；2、测量F-P 干预仪的几个光学参量。【仪器用具】：F-P 干推测量系统。【教学要求】：多光束干预、F-P 干预仪。【试验内容】：1、调整F-P 干预仪获得干预圆条纹,观看细锐干预环;2、测量镜面间距,中心小数序；3、测量干预仪的区分本领及光谱范围。试验廿四：点光源的干预【试验目的】：1、了解干推测量的根本原理;2、学习简洁的点光源干预法测量的原理及方法【仪器用具】：激光光源、玻璃板、小孔光阑、多维调整架等。【教学要求】：干推测量。【

19、试验内容】：1、安排调整点光源干预法测量的根本光路;2、测量平行板的厚度差;3、争论测量误差与光路参数设置之间的关系。试验廿五：色度学试验【试验目的】：1、了解色度学的根本概念、原理及方法；2、把握各种样品的主波长测量的方法。【仪器用具】：WGS-9 型色度试验系统、待测样品【教学要求】： 色度、三刺激值。【试验内容】：1、透过率及发光体的测量；2、反射率的测量。试验廿六：平行光的产生和检验【试验目的】：1、了解光学系统主要部件的设计原理，生疏其调整系统；2、学习扩束准直系统的调整和使用；3、学习平行光束的调整检验方法。【仪器用具】：卤素灯、分束镜、反射镜、扩束及准直透镜、针孔滤波器、平晶等。

20、【教学要求】：扩束系统、成像系统、像差、滤波器、组合透镜【试验内容】：1、扩束准直系统的调整；2、滤波器调整；3、平行光的产生和检验；试验廿七：透镜组基点的测定【试验目的】：1、了解透镜组基点的一般特性；2、测定透镜组的几点和焦距；3、验证单透镜的基点与透镜组基点之间的关系。【仪器用具】：平行光管、节点调整器、测距显微镜、光具座、待测透镜等【教学要求】： 透镜组、基点。【试验内容】：1、调整光学系统共轴；2、测定像方焦距；3、测定物方焦距；4、绘图表示透镜组的主平面及基点位置。试验廿八：杨氏双缝【试验目的】：1、 观看杨氏双缝的干预现象；3、测量光源波长。【仪器用具】：钠灯、透镜、光具座、测微

21、狭缝、双缝、测微目镜等。【教学要求】：相干条件、双光束干预及其装置、干预反比关系、干预条纹的分布及变换规律。【试验内容】：1、调整光学系统；2、测量钠光波长。试验廿九：自组装迈克尔逊干预仪【试验目的】：1、生疏迈克尔逊干预的构造；2、训练光路的调整；3、了解干预法测量折射率的原理及方法。【仪器用具】：光学平台、光具座、分束镜、平面镜、气室、光屏等。【教学要求】： 迈克尔逊干预仪、干预法测量折射率。【试验内容】：1、组装调整简洁形式的迈克尔逊干预仪；2、干预法测量空气折射率。试验三十：菲涅尔双棱镜【试验目的】：1、观看双棱镜的干预现象；2、测定光波长；3、把握测微目镜的使用方法。【仪器用具】：钠

22、光灯、测微单缝、双棱镜、薄透镜、测微目镜、光学导轨及光具座、计算机自动采集系统。【教学要求】：相干条件、双光束干预及其装置、干预反比关系、干预条纹的分布及变换规律。【试验内容】：1、 观看干预条纹的变化规律；2、测定光源波长。试验三一：透镜像差的观看【试验目的】：1、观看透镜的像差；2、了解像差产生的缘由。【仪器用具】：光具座、白炽灯、透镜、滤光片、孔径光阑、物标、坐标纸等。【教学要求】：像差、色差、透镜组。【试验内容】：1、 测量凸透镜的球差；1、 观看慧差；2、 测量凸透镜像散差；3、 畸变的观看；4、 测定正透镜的位置色差；5、 观看正透镜的放大率色差。试验三二：光电探测原理综合试验【试

23、验目的】：争论光电检测器件的根本特性。【仪器用具】：光电探测原理综合试验仪、光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，硅光电池，APD 光电二极管，PIN 光电二极管，色敏光电二极管等。【教学要求】：光电转化。【试验内容】：1、工作原理和构造认知试验2、暗电阻、暗电流，亮电阻、亮电流测试试验3、光电流，伏安特性，光电特性，时间响应特性，光谱特性测试试验。试验三三：信息光学综合试验【试验目的】：了解信息光学的根本原理、方法。【仪器用具】：信息光学综合试验系统。【教学要求】： 衍射、干预、阿贝成像原理、滤波、编码调制、全息术、光信息存储。【试验内容】：菲涅耳衍射与针孔滤波试验；夫良和费衍射试验。马赫曾德干

24、预系统；自组麦 克尔逊干预仪观看干预现象；萨格奈特干预仪的搭建；各种全息光栅的制作；光栅参数特性争论； 光学图象想减；利用复合光栅实现光学微分处理； 调制及伪彩色编码调制；阿贝成像原理与空间滤；。全息照相：反射式全息、透射式全息、彩虹全息；激光散斑测量；实时联合傅立叶相关识别；光信息存储。试验三四：太阳能电池特性争论【试验目的】：了解太阳能电池的根本构造、工作原理及其光电特性。【仪器用具】：光学导轨、太阳能电池板附件。【教学要求】：光电转化及存储、光电池的工作原理。【试验内容】：1、测量入射到太阳能电池板上的光功率、太阳能电池的开路电压、短路电流。2、绘制太阳能电池的开路电压、短路电流随入射光

25、功率的变化曲线以及太阳能电池伏安特性曲线；3、计算太阳能电池的转换效率、填充因子及其内阻试验三五：激光相位测距【试验目的】：了解激光测距的根本原理和一般方法。【仪器用具】：激光相位测距教学试验系统【教学要求】：光速的测量、标准米、相位测距原理。【试验内容】：半导体激光器的电光特性，激光内调制的根本原理；把握激光器相位测距的根本原理、根本方法；多波长测量的意义和方法；雪崩光电二极管的性能、工作原理和特点。试验三六：光学仿真初步【试验目的】：1、了解虚拟仪器的工作原理；2、把握简洁的光学试验仿真方法。【仪器用具】：LabVIEW 虚拟仿真系统【教学要求】：虚拟仪器、LabVIEW、光学仿真。【试验

26、内容】：自行设计试验内容。试验三七：声光效应【试验目的】：1、观看液体中的声光效应；2、争论超声频率与衍射把戏的关系。【仪器用具】：液体声光效应试验仪【教学要求】：超声波、驻波、超声光栅、塔尔伯特效应。【试验内容】自行设计试验内容。试验三八：电光效应【试验目的】：观看液晶的衍射现象【仪器用具】：液晶电光效应试验仪【教学要求】：电光效应及其应用。【试验内容】：自行设计试验内容。试验三九：磁光效应【试验目的】：观看磁致旋光现象。【仪器用具】：磁光效应试验仪。【教学要求】：磁光效应及其应用。【试验内容】：自行设计试验内容。试验四十：光纤光学与半导体激光器的电光特性【试验目的】：了解半导体激光器的工作原理。【仪器用具】：光学导轨、半导体激光器、光纤、光电二极管探头、光阑等。【教学要求】：光纤、光信号传输、半导体激光器。【试验内容】：光纤的切割与端面的处理；激光与光纤的耦合及耦合效率的测量；半导体激光 器的阈值电流和增益斜率；观看光纤的模式及偏振态、光纤弯曲对模式的影响扰模；光纤中的光速测定和光纤材料的平均折射率的估算；模拟信号音频的调制、放射、光纤传输、接收放大制定人：牛小宁审定人：批准人：日期：2023.6.30