平行光管的调节和使用.docVIP

§2.24 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 平行光管的结构 平行光管主要是用来产生平行光束的,它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目镜或读数显微镜,可测定和检验透镜或透镜组的焦距、分辨率及其成像质量． 实验室中常用的CPG－550型平行光管,附有高斯目镜和可调式平面反射镜,其光路图如图2.24-1所示. 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. 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,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 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. 测定透镜的焦距 (一)原理 如果平行光管已调节好,并使玻罗板位于物镜L的焦平面上,那么,从玻罗板出射的光,经物镜L后变成平行光,平行光通过待测透镜Lx后,将在Lx的第二焦平面F(上会聚成像,其光路如图2.24-3所示,因而玻罗板上的线对必然成像于F(面上.由图2.24-3可以得到待测透镜的焦距为 式中y?是重为光波波长,则最小角距离θ为 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 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 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 4 40.0 30.00 2 4 37.8 28.35 3 4 35.6 26.70 4