大学物理实验-光学仪器结构与调节

1.光具座与光路调节

光具座是一种多功能的通用光学仪器。用于物理实验的光具座由导轨、滑动座（光具凳）、光源、可调狭缝、像屏和各种夹持器组成（图2-30），按实验需要另配光学元件，如透镜、棱镜、偏振片等组成光学系统。常用的导轨长度为1～2m，导轨上有米尺，滑动座上有定位线，便于确定光学元件的位置。光具座是光学实验中的一种常用设备。可根据不同的实验要求，将光源和各种光学元件装在光具座上进行多种实验。

无论是几何光学实验还是物理光学实验，在光具座上经常需要进行与共轴球面系统相关的光路调节。一个透镜的两个折射球面的曲率中心处在同一直线（即光轴）上，就成为一个共轴球面系统。实验光具组常由一个或多个共轴球面系统与其他器件组合而成。为了获得良好质量的像，各透镜的主光轴应处于同一直线上，并使物位于主光轴附近；又因物距、像距等长度量都是沿主光轴确定的，为了便于调节和准确测量，必须使透镜的主光轴平行于带标尺的导轨。达到上述要求的调节叫做“等高同轴”调节。

图2-30　光具座

光具座的同轴等高调节的具体操作分两步进行：

1）粗调。即先将透镜等元器件向光源靠拢，凭目视初步决定它们的高低和方位（要求不高时，在形成光路过程中再加以适当修正，即可进行观测）。

2）细调。即在粗调的基础上，按照成像规律或借助其他仪器作细致调节。如两次成像法（贝塞尔法或共轭法）测凸透镜焦距的实验光路，常用于光具组的共轴调节。当透镜移动到两个适当位置，使正立箭头在接收屏上分别成大小两个清晰的倒立实像时，若此二像的尾端在屏坐标的同一位置，它们就与物箭头的尾端同在平行于导轨的主光轴上（轴上物点成像不离轴），如图2-31所示。以此为基准，可将物方某点调到主光轴上。

图2-31　“同轴等高”原理图

针对性地调节各光学元件，直至两次成像的中心重合。如果系统有两个以上的透镜，先加入一个透镜调节共轴，然后再依次加入透镜，使每次所加透镜都与原系统共轴。反射镜的调节方法与此类似。

2.测微目镜(www.xing528.com)

测微目镜是带测微装置的目镜，可作为测微显微镜和测微望远镜等仪器的部件，在光学实验中有时也作为一个测长仪器独立使用（例如测量非定域干涉条纹的间距）。如图2-32（a）所示的是一种常见的丝杠式测微目镜的结构剖面图。

图2-32　测微目镜

带有目镜1的镜筒与本体盒2相连，而接头套筒7与另一带有物镜的镜筒（图中未画出）相套接，构成一台显微镜。靠近目镜焦平面的内侧，固定了一块量程为8mm、分度值为1mm的玻璃标尺。与之相距0.1mm处平行地放置另一块玻璃分划板，其上刻有十字线和一组双线作为准线。在目镜中观察时，即可看到玻璃标尺上放大的刻线像及与其相叠的准线像，如图2-32（b）所示。因为分划板的框架与鼓轮转动时通过传动螺旋推动叉丝玻片移动，鼓轮反转时，叉丝玻片因受弹簧恢复力作用而反向移动，故当读数鼓轮转动时，可推动分划板左右移动，鼓轮每转一圈，分划板上的准线移动1mm，而鼓轮轮周边刻有100个分格，因此鼓轮每转过一分格，准线相应地移动0.01mm。测量时，当准线对准被测物上某一位置时，该位置的读数，应为主尺上准线所指示的整数毫米值加上鼓轮上小数位读数值。

3.调节方法

1）调节目镜与分划板的间距，直到分划板上刻线清晰可见。

2）调节整个目镜筒与被测物的间距，使在视场中看到被测物的像也最清晰，并需仔细调节使准线像与被测物像之间无视差。

消除视差的方法为：将眼睛左右（上下）移动，若像与叉丝间存在相对位移，需反复调节，直至消除视差，使像与叉丝无相对移动。

3）转动读数鼓轮，推动分划板，使分划板十字线的交点或双线对准被测物像的一端，记下读数；继续沿同一方向转动鼓轮，使十字线交点或双线对准被测物像的另一端，记下读数，两者之差即是被测的长度。

4）使用测微目镜测量，同样应注意消除丝杆的螺距误差，因此测量时只能沿同一方向转动鼓轮。