通常的光學(xué)系統(tǒng)有一個(gè)或幾個(gè)部件組成，每個(gè)部件可以由一個(gè)或幾個(gè)透鏡組成，這些部件被稱(chēng)為光組。光組可以單獨(dú)看作一個(gè)理想光學(xué)系統(tǒng)，由主點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)和焦點(diǎn)的位置來(lái)描述。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定透鏡組的節(jié)點(diǎn)和焦距以加深對(duì)基點(diǎn)的理解。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解透鏡組節(jié)點(diǎn)和焦距的測(cè)定方法，加深對(duì)于主點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、焦點(diǎn)等概念的理解。

二、主要實(shí)驗(yàn)儀器

鎢絲燈，毫米尺，物鏡L0，透鏡組L1、L2，測(cè)節(jié)器，測(cè)微目鏡，平面鏡，白屏(備用)。

三、實(shí)驗(yàn)原理

研究理想光學(xué)系統(tǒng)的一些特定的點(diǎn)和面(圖4-1)，它們往往可以完全表示該系統(tǒng)的特性。

圖4-1 理想光學(xué)系統(tǒng)中的基點(diǎn)

1． 焦點(diǎn)與焦面

根據(jù)理想光學(xué)系統(tǒng)共線成像的特性，設(shè)在物空間有一條和光學(xué)系統(tǒng)光軸平行的光線射入到光學(xué)系統(tǒng)，則在像空間必有一條光線與之相共軛。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)性質(zhì)的不同，共軛光線可以平行于光軸，也可以和光軸交于一點(diǎn)。

平行于光軸的光束經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后相交于一點(diǎn)F'，稱(chēng)F'為像方焦點(diǎn)。過(guò)F'垂直于光軸的平面稱(chēng)像方焦面。系統(tǒng)物方光軸上一點(diǎn)F發(fā)射的同心光束經(jīng)系統(tǒng)后成為平行于系統(tǒng)的平行光束，稱(chēng)F為物方焦點(diǎn)。過(guò)F垂直于光軸的平面稱(chēng)物方焦面。

2． 主點(diǎn)與主平面

在理想光學(xué)系統(tǒng)中存在著橫向放大率β =1的一對(duì)垂直光軸的共軛面，這對(duì)共軛面稱(chēng)為主平面。主平面與光軸的交點(diǎn)稱(chēng)為主點(diǎn)。除入射為平行光束、出射也是平行光束的望遠(yuǎn)系統(tǒng)外，所有光學(xué)系統(tǒng)都有一對(duì)主面，其一個(gè)主面上的任一線段以相等的大小和相同的方向成像在另一主面上。

3． 節(jié)點(diǎn)和節(jié)面

在光學(xué)系統(tǒng)中還有一對(duì)角放大率為+1的共軛點(diǎn)，通過(guò)這對(duì)共軛點(diǎn)的光線方向不變。在理想光學(xué)系統(tǒng)中，光軸上角放大率r =1的一對(duì)共軛點(diǎn)稱(chēng)為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，過(guò)節(jié)點(diǎn)作垂直于光軸的平面稱(chēng)為節(jié)面。

圖4-2 物像在同一種介質(zhì)中系統(tǒng)的主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)

當(dāng)理想光學(xué)系統(tǒng)的物和像處在同一種光學(xué)介質(zhì)中，那么主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)是重合的。利用這個(gè)性質(zhì)，將光學(xué)系統(tǒng)繞像方節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，平行光束所成的像點(diǎn)不發(fā)生位移(圖4-2)。由此可以確定系統(tǒng)的主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1) 用自準(zhǔn)直法調(diào)節(jié)毫米尺到物鏡L0的距離，使毫米尺正好處在L0的物方焦面上，毫米尺上任何一個(gè)物點(diǎn)發(fā)出的光束通過(guò)L0后為平行光。方法:將鎢絲燈、毫米尺、物鏡、平面鏡順次沿米尺布置，調(diào)節(jié)它們共軸，改變毫米尺到物鏡L0的距離，使得在毫米尺上觀察到它的清晰倒立等大實(shí)像。

(2) 取走平面鏡，按圖4-3加入透鏡組、測(cè)節(jié)器和測(cè)微目鏡。調(diào)節(jié)它們共軸，移動(dòng)測(cè)微目鏡，找到毫米尺的清晰像。

圖4-3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1．鎢絲燈;2．毫米尺;3．物鏡L0;4．透鏡組L1、L2;

5．測(cè)節(jié)器;6．測(cè)微目鏡

(3) 沿測(cè)節(jié)器導(dǎo)軌前后移動(dòng)透鏡組，同時(shí)相應(yīng)地前后移動(dòng)測(cè)微目鏡找到毫米尺的清晰像，將測(cè)節(jié)器繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察毫米尺像有無(wú)橫像移動(dòng)。若有橫像移動(dòng)，則重復(fù)本步，直到毫米尺像無(wú)橫像移動(dòng)為止。

(4) 用白屏取代測(cè)微目鏡，接受毫米尺清晰像。分別記下此時(shí)屏和測(cè)節(jié)器支架在米尺導(dǎo)軌上的位置a和b，并從測(cè)節(jié)器導(dǎo)軌上記下透鏡組中心位置(有標(biāo)線) 與測(cè)節(jié)器轉(zhuǎn)軸中心的偏移量d。

(5) 將測(cè)節(jié)器前后轉(zhuǎn)動(dòng)180°(將L1、L2位置互換)重復(fù)步驟(3)、(4)，測(cè)得另一組數(shù)據(jù)a'、b'、d'。

五、數(shù)據(jù)處理

(1) 記錄像方和物方各種基點(diǎn)的位置(表4-1)。

表4-1 像方和物方各種基點(diǎn)的位置

(2) 以適當(dāng)比例畫(huà)出被測(cè)透鏡組及各種基點(diǎn)的相對(duì)位置。

(3) 對(duì)被測(cè)透鏡組各種基點(diǎn)的相對(duì)位置用幾何光學(xué)原理進(jìn)行理論推導(dǎo)。