平行光管的调节与使用

目的

1．了解平行光管的构造及原理; 2．掌握平行光管的调节方法;

3．学会使用平行光管测量透镜焦距及分辨率的方法. 仪器及用具

550型平行光管、可调式平面反射镜、分划板一套(包括十字分划板、玻罗板、分辨率板和星点板)、测微目镜及待测透镜.

实验原理

一、平行光管的结构

平行光管主要是用来产生平行光束的,它10 5 6 是校验和调整光学仪器的重要工具,也是重要的光学量度仪器.若配用不同的分划板及测微

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目镜或读数显微镜,可测定和检验透镜或透镜3 4 1 2 8 组的焦距、分辨率及其成像质量．

9 实验室中常用的CPG－550型平行光管,图2.24-1 附有高斯目镜和可调式平面反射镜,其光路图1.可调式反射镜;2.物镜;3.分划板;4.光阑;5.分光板; 如图2.24-1所示. 6.目镜;7.出射光瞳;8.聚光镜;9.光源;10.十字螺钉.

由光源发出的光,经分光板后照亮分划板,

而分划板被调节在物镜的焦平面上.因此,分划板的像将成于无穷远,即平行光管发出的是平行光束,可用高斯目镜根据自准直原理来检验.

二、平行光管的规格及附件

1．平行光管:焦距f为550mm(名义值),使用时按实测值.口径D=55mm,相对孔径D: f=1:10.

2．高斯目镜:焦距为44mm,放大倍率5.7. 1 2 3 4 5 6 10

11 15 16 20 21 22 23 24 25 (a) (c) (b) (d)

图2.24-2 分划板

3．分划板:图2.24-2(a)为十字分划板,其作用是用来调焦和光路共轴的.图2.24-2(b)为玻罗板,它与测微目镜或显微镜组组合,用来测定透镜或透镜组的焦距. 玻罗板的玻璃基板上,用真空镀膜的方法镀有五组线对,各组线对之间距离的名义值分别为1.000mm;2.000mm;4.000mm;10.000mm和20.000mm,使用时应以出厂的实测值为准.图2.24-2(c)为分辨率板,该板有两种(２号、3号),可以用来检验物镜和物镜组件的分辨率,

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板上有25个图案单元,对于2号板,从第1单元到第25单元每单元条纹宽度由20μ递减至5μ,而3号板则由40μ递减至10.图2.24-2(d)为星点板,星点直径0.05mm,通过光学系统后产生该星点的衍射花样,根据花样的形状可以定性检查系统成像质量的好坏.

实验内容

一、平行光管的调节

为了正确使用平行光管和确保平行光管的出射光线严格平行,必须在使用前对平行光管进行调节.

(一)调节要求

1．使十字分划板严格处于物镜的焦平面上.

2．使十字分划板十字线中心同平行光管的光轴相重合. (二)调节步骤

1．将仪器按图2.24-1所示放置.

2．调节目镜,使在目镜中能清楚地观察到十字分划板的十字线.

3．调节平面反射镜,使平行光管射出的光束返回平行光管,即在目镜视场中能见到十字叉丝的反射像且与物像重合.

4．细心调节分划板座的前后位置,在目镜中不仅能同时清楚地看到十字线并且与反射回来的像无视差.这时分划板已基本调整在物镜的焦平面上了.(为什么?)

5．松开平行光管的十字螺钉,将平行光管绕光轴转过180度,若分划板十字线的物与像不重合,这说明十字线中心同光轴不重合.

6．分别调节平面反射镜及分划板座中心调节螺钉,两者各调一半,使分划板十字线的物与像重合.

7．重复步骤5和6,反复调节直到转动平行光管时,十字线的物与像始终重合.至此,平行光管已调节完毕.

二、测定透镜的焦距 (一)原理

如果平行光管已调节好,并使玻平行光管物镜 L 罗板位于物镜L的焦平面上,那么,从待测透镜 F 波罗板 LX 玻罗板出射的光,经物镜L后变成平y 行光,平行光通过待测透镜Lx后,将-y

-f 在Lx的第二焦平面F上会聚成像,其

fx 光路如图2.24-3所示,因而玻罗板上

图2.24-3 的线对必然成像于F面上.由图

2.24-3可以得到待测透镜的焦距为

y

fxf(2.241) y式中y 是玻罗板上所选用线对间距的实测值,y是

光源 玻罗板 平行光管 待测透镜 测微目镜 玻罗板上对应像的间距的实测值,f是平行光管物

镜第二焦距的实测值.

(二)步骤

图2.24-4

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1．将平行光管中的分划板换成玻罗板,并调节使之位于平行光管物镜的焦平面上.按图2.24-4放置好平行光管、待测透镜及测微目镜,并使之共轴,测微目镜放在待测透镜第二焦平面附近.

2．沿光轴前后移动透镜,使在测微目镜中看到清楚的玻罗板线对的像.

3．选用玻罗板上的不同线对,用测微目镜测出玻罗板线对像的间距y ,重复三次,取平均值,计算待测透镜的焦距.

三、测透镜的分辨率 (一)原理

分辨率(或分辨本领)是指光学系统能够分辨细微结构的能力,它是光学系统成像质量的综合性指标.按照几何光学的原理,任何靠近的两个物点,经光学系统后所成的像也应该是两个“点”.但这是不可能的,因为即使光学系统无像差,由于光的衍射作用,一个物点的像不再是一个“点”，而是一组衍射花样.根据衍射理论,一个透镜的分辨率用它能够分辨两组衍射花样的最小角距离θ表示.若D为透镜孔径,为光波波长,则最小角距离θ为

1.22140(弧度）（秒）DD（2.242）如图2.24-4所示,若将分辨率板置于平行光管的物镜焦平面上,那么,在待测透镜的第

二焦平面附近,将得到分辨率板的像.用测微目镜观察此像,待测透镜的质量越高,观察到的能分辨的单元号码就越高,找出分辨率板上刚能分辨的单元号码,然后按下式计算透镜可分辨的最小角距离

2a 206265(秒）（2.243）f

式中2a为相邻两条刻线的间距,a为刻纹宽度(单位毫米,由附表可以查得), f为平行光管焦距的实测值．

(二)测量分辨率的方法

1．如图2.24-4所示,安排好仪器,将玻罗板换3号分辨率板.

2．调节各光学元件,使之共轴,并将测微目镜放置在待镜的第二焦平面附近.

3．沿光轴前后移动透镜,使测微目镜中能够看到分辨率板的像,并读出分辨率板上刚能被分辨的单元号码.查阅附表,计算出θ.

4．测出透镜的孔径D,由(2.24-2)式计算θ与由(2.24-3)式测得的θ进行比较(取

=550.0nm).

思考题

1．平行光管是怎样产生平行光束的? 2．平行光管调节的具体要求是什么?

附表 分辨率板条纹宽度及最小分辨角(3号分辨率板)

单元号 3

单元中每一组的条纹数 条纹宽度() 当平行光管f=550时最小分辨率角 (秒) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 8 8 9 9 10 11 11 12 13 14 14 15 16 17 40.0 37.8 35.6 33.6 31.7 30.0 28.3 26.7 25.2 23.8 22.5 21.2 20.0 18.9 17.8 16.8 15.9 15.0 14.1 13.3 12.6 11.9 11.2 10.6 10.0 30.00 28.35 26.70 25.20 23.78 22.50 21.23 20.03 18.90 17.85 16.88 15.90 15.00 14.18 13.35 12.60 11.93 11.25 10.58 9.98 9.45 8.93 8.40 7.95 7.50

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