创意光学实验

创意光学实验（共9篇）

篇1：创意光学实验

实

验

报

告 姓名:

＊＊* ＊＊

：

班级：

＊* ＊* ＊

：

学号：

＊* ＊＊＊

：

实验成绩：

同组姓名：

＊＊* ＊

实验日期：* ＊＊* ＊

指导教师:

批阅日期：

偏振光学实验

【 实验目得 】。观察光得偏振现象, , 验证马吕斯定律;;

2..了解1 ／ 2 波片、１ １ ／ 4 波片得作用;;．掌握椭圆偏振光、圆偏振光得产生与检测..【实验原理】1 ．光得偏振性

光就是一种电磁波,由于电磁波对物质得作用主要就是电场，故在光学中把电场强度 E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向得平面内，光矢量可能有不同得振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上得状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动,这种振动状态称为平面振动态,此平面就称为振动面（见图 1)。此时光矢量在垂直与传播方向平面上得投影为一条直线,故又称为线偏振态.若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘得轨道为一个圆,这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转得轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态(见图 2）.2。偏振片

虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光,目前广泛使用得偏

振光得器件就是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质,在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上得分量，而通过其垂直分量,从而使入射得自然光变为偏振光,介质得这种性质称为二向色性.）.偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏,也可以用来鉴别线偏振光、自然光与部分偏振光—-检偏。用作起偏得偏振片叫做起偏器,用作检偏得偏振器件叫做检偏器。实际上,起偏器与检偏器就是通用得。．马吕斯定律

设两偏振片得透振方向之间得夹角为α，透过起偏器得线偏振光振幅为A０,则透过检偏器 得线偏振光得强度为I

式中I０ 为进入检偏器前(偏振片无吸收时)线偏振光得强度。椭圆偏振光、圆偏振光得产生；1/2

波片与1/4

波片得作用

当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴得晶片时，若其振动面与晶片得光轴成α角，该线偏振光将分为e 光、o 光两部分,它们得传播方向一致，但振动方向平行于光轴得e 光与振动方向垂直于光轴得o

光在晶体中传播速度不同，因而产生得光程差为

位相差为

式中nｅ 为e 光得主折射率, ｎ o 为o 光得主折射率（正晶体中，δ 〉0,在负晶体中δ ＜0）。d 为晶体得厚度，如图４ 所示。当光刚刚穿过晶体时,此两光得振动可分别表示如下:

式中

轨迹方程

原理图

全波片／2 波片

1/4 波片

【实验数据记录、实验结果计算】

说明：以下得所有测量数据中, , 电流得单位为，角度得单位为角度..． 验证马吕斯定律

角度

420、989074

０、９56773

0、、904 ５090、8345６6

０、７5

０、6545090、552265

电流 ０、209 0、2 ０6 0、201 0、190 ０、１７5 0、１57 0、137 0、１1５ 角度 48 54 6

０、4 ４77 ３6

０、３4549 ２

0、２５0001

0、、165 ４35

0、、095 ４92

0、、043 ２2 ８

0、０10９２6

０

电流 0、０9４ 0、071 0、052 0、034 0、０18 0、0 ０７ 0、000 0、00 ０ 角度 ９6 １

１2 ６ 132 1 ３８0、0 １092 ６

0、、0 ４32２7

０、095491

０、1 ６5433

0、、249 ９980、34 ５490、44 ７73 ４0、552 ２62

电流 0、000 0、0 ０７ ０、01８ 0、０３3 0、０４9 ０、0 ６９ 0、0 ９２ 0、113 角度 １４4174 1800、、65450６

０、74 ９9 ９8

0、８34564

０、904５０70、9 ５677 ２0、98 ９07 ３

电流 0、1 ３7 0、15 ６ ０、176 0、19 １ 0、202 0、209 0、２09

作得函数图像：

Origin 得数据分析：

Li ｎear Reg ｒｅssion through

ｏr ｉgin for

DAT Ａ２_B ：

Y = B ＊ X Par ａm ｅt ｅrａVﻩ ａlue Err ｏr －-——--— －————-——-——-----－-—-－—-－—---－— －-—--—-－———-—---—-－-－— － Ａ Ａ－—ﻩ0ﻩ － Ｂ 0、2 ０928、4ﻩ、62 ３４3 Ｅ-４ —-——-————— －-－—--—-— －－－--－— －—— －—--———-—-—-— －-－-－---－－－—-— －— －-Ｒ ＲＮﻩDSﻩ Ｎ P

——--— －-—--－－---—-—-———-——-－－－－－－— －-——--—-－-－——-－—-－———-— －—-－ ０、99991、0ﻩ、00162 ３1 <0、0001 — －－－－—— －— －-—--－—--—---—-—-——-—--——-－— －－--－－———---－-— －-－————— 从以上得分析可知，电流大小 I 关于两偏振片得夹角余弦得平方得数据点得直线拟合得相关系数ｒ=0、、99 １91,。

可知实际测得得数据点与理论值匹配。． 线偏振光通过 1/2

波片时得现象与 1 ／2 波片得作用／2

波 波 片转过角度

初始 1

７0 ８０ 90 检偏器 A 转过角度

140-—— —-— 检偏器得角度差

--—

0 ２０ —---—-说明:最后两个数据没测，就是因为在做得时候一时疏忽了，最后想要补做时,时间已晚,老师建议我们不做了。

检偏器得平均角度差 度 由上面得数据可以明显地瞧出,１/2 波片每转 10 度,检偏器就需要转 20 度,与理论值吻合。

观察: :检偏片固定,将1/2 波片转过3６0°，能观察到4次消光;1/2 波片固定，将检偏片 转过 3６０°,能观察 2 次消光.由此分析线偏振光通过１／2 波片后，光得偏振状态就是:光得偏振面偏离原来得角度就是波片光轴偏离角度得 2 倍.3 ． 用 用 1 ／４ 波片产生圆偏振光与椭圆偏振光

波片转 20 度 角度

电流 0、０32 0、02 ２ ０、０1６ 0、０18 0、02 ７ 0、041 0、059 0、、0 ７８ 角度 8

０ １30 140 1 ５0

电流 0、097 0、11 ４ 0、126 0、132 0、130 0、122 0、108 ０、090 角度 160 １7

0 ２20 230 电流 0、07 ０ ０、０51 0、0 ３4 0、023 0、、0 １７ 0、0 ２0 ０、029 0、0 ４4 角度 24

290 ３00 31 ０ 电流 0、0 ６5 0、08 ５ ０、105 ０、12３ 0、134 ０、13８ ０、13６ 0、125 角度 3 ２０

电流 0、1 １０ 0、090 ０、069 0、050 ０、032

作角度与电流得极坐标函数图：

Ｉ～

在此基础上作振幅与角度得函数图:A~

分析:可以瞧出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形,在检偏器所转得０～360 度之间,共达到两次消光,两次最大值，这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。实验数据图中可以瞧出，图像少有倾斜，在２０度与２00 度左右达到真正消光，这就是因为初始角度原因。

波片转 45 度 角度

６0 70 电流 0、0 ８1 0、081 0、080 0、0 ７9 0、07 ８ ０、0 ７６ 0、07 ４ 0、07 １ 角度 ８

0 1 ３0 1 ４０ １5 ０ 电流 0、０70 ０、0 ６9 0、０７0 0、06 ９ 0、070 0、072 0、073 0、075 角度 16 ０ 17

0 ２20 230 电流 0、07 ８ 0、0 ８0 0、082 0、084 0、、0 ８４、０、0 ８3 0、０82 0、、0 ８０ 角度 2 ４

29 ０ 30 ０ 31 ０ 电流 0、０78 0、076、０、0 ７4 0、0 ７3 ０、０7２ 0、0 ７2 0、072 0、０7３ 角度 3 ２

电流 0、0 ７４ ０、076 0、077 ０、０79、０、0 ８1

作角度与电流得极坐标函数图：I ～

在此基础上作振幅与角度得函数图：A ～

分析：从图像中可以瞧出,函数形状成近乎圆得椭圆,理论上应该就是圆，还就是非常接近理论值。数据在 1１０度与 290 度左右但到最小值，在２0 度与 2０0左右达到最大值,这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。误差会在后面误差分析部分讨论。

【对实验结果中得现象或问题进行分析、讨论】

1.在做验证马吕斯定律得实验时，由于第一遍测量时出错，导致实验得重做，所以在预习报告上有大量修改得痕迹。但就是,最后得到得结果非常准确,拟合度极高，也使得多花去得时间很值得.2.在这里我想重点讨论以下这个实验得一个误差。上面得种种实验皆反映了在消光点得角度误差，而且这个误差不小。误差现象为：在消光点附近得１0度左右得范围内，电流计得示数皆为 0,所以无法准确地找出消光点得角度。所以实验作出得函数图都有一定得倾斜。

在这里提出自己认为可以在一定程度上消除这个误差得方法：缓缓旋转检偏器，记下电流值为０得区间，取这个区间得中点为消光点。

3.误差来源还有旋转得转向误差，这就是由于齿轮之间得间隙引起得。误差避免方法：只朝同一方向旋转.4.手电筒一类得误差:用手电在照波片或检偏器上得刻度时，会导致进入检测器

得光强增大，导致电流值增大;手在旋转波片或检偏器时容易将入射光挡住，导致进入检测器得光强减小。误差避免方法：每次测量电流时，使手与手电远离测量装置。

5.上面得 A~图中得Ａ不就是实际得Ａ值,而就是Ａ得一个固定得倍数,改图得作用仅仅就是反映偏振光得振幅随着检偏器得角度得相对变化。

【附页】

思考题

１．求下列情况下理想起偏器与理想检偏器两个光轴之间得夹角为多少？（1)透射光就是入射自然光强得1/3。

（２）透射光就是最大透射光强度得１/３。

答：（1）因为自然光通过偏振片后，光强减为原来得一半,所以 得,。

（２)直接有马吕斯定律: 得。

2.如果在互相正交得偏振片 P 1 与 P 2 中间插进一块1/4 波片，使其光轴跟起偏器 P １ 得光轴平行，那么透过检偏器 P 2 得光斑就是亮得？还就是暗得？为什么?将 Ｐ 2 转动90°后，光斑得亮暗就是否变化？为什么？ 答：因为波片光轴与起偏器平行，检偏器由与之正交，所以光斑就是暗得。将其转过90度后，两者平行，所以光斑就是明亮得.4． 在第 2 题中用 1／2 波片代替 1/４ 波片，情况如何? 答：情况与 1/4 波片相同。

实验感想

这次实验就是我做得第 3 个实验，第２个光学实验。在这次实验中竟然就是最后一个完成。原因就是在实验中有两次测量失败,不得不重做.虽然就是最后一个做完,但就是在数据分析方面还就是发现自己得数据还就是测量得很出色得，自己在写实验报告得过程中也尽量使用计算机,锻炼了自己各方面得能力。助教老师也对我得实验报告得风格以及我们小组得实验敬业度给与了认可。

最后，感谢助教老师对我们小组得耐心指导与帮助！

篇2：创意光学实验

*2.利用分光计测量三棱镜折射率； *3.薄透镜焦距的测定；

4.透镜组基点的测定；

*5.等厚干涉-牛顿环、劈尖；

*6.用迈克尔逊干涉仪测光波波长； *7.光的偏振；

8.椭圆偏振仪测量薄膜厚度；

9.用旋光仪测量固体液体折射率；

10.单缝衍射的研究；

篇3：自制烟雾箱演示光学实验

一提到做光学实验, 会令大部分物理教师感到头疼, 因为其要受到周围环境的影响, 实验操作难度大, 可视性差, 实验效果不明显, 学生很难得出正确的结论, 或者对结论难以理解。而采用自制的烟雾箱演示光学实验, 能把光学实验中遇到的难题轻松解决, 实验效果显著, 学生一看就懂, 大大提高了教学效率。

二、实验装置及说明

制作材料: (1) 自制的烟雾箱、激光手电筒。 (2) 光的反射演示仪、面镜、透镜等光学元件。

在烟雾箱中放置光的反射演示仪、面镜、透镜 (如图1所示) , 观察光的反射和折射现象, 同时观察这些光学元件对光的发散和会聚作用。

三、实验操作

1.光的直线传播

让光射入烟雾箱, 可以明显看出光的传播路径。

2.光的反射

(1) 用光的反射演示仪总结光的反射定律:1演示反射光线和入射光线分居法线两侧;2让入射角等于60°, 30°, 0°, 观察反射角的大小, 得出结论:反射角等于入射角;3将平面Q沿法线向后折, 在平面Q上找不到反射光线, 折回来平面上又出现了反射光线, 说明反射光线、入射光线、法线在同一平面上;4演示光路可逆现象, 让光沿反射光线的方向入射, 会看出反射光线沿原来入射光线的方向射出。

(2) 平行光线射入凹面镜表面时, 光被反射回来, 凹面镜对光有会聚作用。会聚的点叫凹面镜的焦点。

(3) 平行光射入凸面镜表面时, 光被反射, 凸面镜对光有发散作用。

3.光的折射

(1) 当光斜射到玻璃上时, 传播方向发生了改变。当光垂直入射时, 传播方向不变。

(2) 当光斜射到水中时, 传播方向发生了改变。当光垂直入射时, 传播方向不变。

(3) 当平行光照射到凸透镜时, 对光起到会聚作用, 会聚成的点叫焦点。

(4) 当平行光照射到凹透镜时, 对光起发散作用。

四、实验创新点及意义

1.实验创新点

实验创新点就是烟雾箱的制作, 它使课堂上的光学实验变得生动、直观, 给学生带来直观的视觉感受, 使学生更容易地接受知识, 实验的过程也更加符合学生的认知特点。

2.实验的意义

(1) 使光学实验变得形象直观

本实验的设计中使用了烟雾, 因其颗粒较大, 对光的散射作用较强, 学生会明显地观察到光的传播路径, 所观察到的光的传播现象更稳定、更直观、更形象。

(2) 极大地促进了学生的探索欲望

篇4：辨识光学实验中倒立的像

在探究凸透镜成像规律时，小明用5个红色的发光二极管按“F”字样，镶嵌排列在白色方格板上，替代蜡烛作为光源，又用同样的白色方格板做成光屏。实验使用的凸透镜焦距为10 cm，实验装置如图1所示。

光源“F”放在15 cm处，其大小如图2所示，凸透镜固定在光具座零刻度线上。用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住，则光屏上所成的像是图3中的

[TP5CW53。TIF，BP#]

听了学生的提问后，本人问了一些一线教师，大部分认为答案是C，也有一小部分教师对答案C有疑惑。但现在我认为在这道题目中光屏是不透明的，人眼只能在光屏的左侧观察像，看到光屏上所成的像应是图3中的D，因为对学生而言，光屏上所成的像，应该是学生在实验中眼睛看到的像。这个题目其实已经确定了观察物体和像的位置，在物体和光屏的中间看物体和像，眼睛看到的像只有上下发生了颠倒。学生做实验采用的装置如图4所示，光屏同样是不透明的，在物体和光屏的中间观察物体和像，看到的像相对于观察的物体只有上下颠倒了。

[TP5CW54。TIF，BP#]

在平时的教学中，我们都忽视了当观察位置不同时，观察的结果会存在差异。我想可能是因为在下面的几种情况中，倒立的像都是上下、左右均颠倒或无法观察到倒立的情况，我们[JP3]也就从来没思考过有没有特殊的情况。我们先来看看这几种情况：[JP]

（1）小孔成像的实验。

为了能让学生在课堂上清楚地观察到小孔成的像，我们可以用圆筒做成如图5所示的小孔成像装置，蜡烛放在小孔的左侧，人在最右侧观察半透明纸上烛焰的像，由于光在同一种均匀物质中是沿直线传播的，我们在半透明纸上看到的像相对于物体来说是上下、左右都颠倒的实像（如图6所示），观察时物体与像位于人眼的同一侧。

[TP5CW55。TIF，BP#]

（2）小孔成像的现象。

生活中最常遇到的小孔成像现象是树荫下形成的圆形光斑，当树叶间的空隙较小时，地面上就出现了太阳的像。按照小孔成像原理，成的也是倒立的实像，但是由于物体是圆形的，所以我们无法观察到像的颠倒情况。

（3）凸透镜成像的实验。

凸透镜成像的实验我们通常将蜡烛的火焰作为物体，光具座上从左向右依次是蜡烛、凸透镜、不透明的光屏。上课做演示实验时，为了让学生都能看到光屏上成的像，我将光具座竖放在讲台上（如图7所示），学生相当于在蜡烛的左端观察，看到了上下、左右都颠倒的实像。若光屏是半透明的，人在光屏的右侧看，也能看到上下、左右都颠倒的实像，观察时物体与像也都位于人眼的同一侧。

[TP5CW56。TIF，BP#]

（4）凸透镜成像的应用。

凸透镜成像应用中照相机和幻灯机成的倒立实像，拍照片时人相当于在光屏的右端观察（如图8），放幻灯片时人相当于在物体的左端观察（如图9），物体和像同样都在人眼的同侧，看到的是上下、左右都颠倒的实像。

[TP5CW57。TIF，BP#]

但是使用老式的投影仪时（如图10），人若在同一位置低头看投影片，抬头看天花板上成的像，看到了只有左右颠倒的实像。当遇到这类题目时，题目中一般不会规定如何观察物体和像，所以我们还按照凸透镜成像的规律，认为是上下、左右都颠倒的实像。例如，如图11中左边的实线框内是某一物体的形状，右边4个虚线框内是供选择的物体像的形状。以下填空时，只考虑像的形状，不考虑像的大小。把投影仪的反射平面镜卸[JP3]掉，让物体的像成在天花板上，这时看到该物体的像的形状为D。[JP]

[TP5CW58。TIF，BP#]

下面我们再来看一习题：

在“凸透镜成像规律”实验中，某同学进行了如下两个探究。

（1）为研究像距与焦距的关系，他选用焦距不同的三个凸

透镜进行实验，实验数据记录如表1所示。

表1

[BHDFG2，WK6，K6，K6，K6W]

物距u/cm[]实验序号[]焦距f/cm[]像距v/cm

[BHDG6，WK6，K18W]

10[][ZB（][BHDG2，WK6，K6，K6W]1[]2[]2。5[BH]2[]5[]10[BH]3[]8[]40[ZB）][BG）F]

分析表中数据可知，保持物距不变时，焦距越大，则所成实像的像距越[CD#3]。（选填：“大”或“小”）。

（2）该同学用若干个发光二极管组成形状如“E”的发光物体，如图13甲所示，将发光物体、凸透镜和光屏依次组装到光具座上并调整好，且物距调节为6 cm时，在光屏上成的像如图13乙所示，则他选用的是三个透镜中焦距为[CD#3]cm的凸

[TP5CW59。TIF，BP#][LL]

透镜；如果只将“E”，换成“R”，并在同一位置观察，光屏上成的像应是图13丙中的[CD#3]（填数字序号）。

本题中，第（2）小题的最后一空答案是②。题目中该同学用若干个发光二极管组成形状如“E”的发光物体，如图13所示，在光屏上成的像如图13所示时，就确定了人观察物体和像的位置，当光屏不透明时，人相当于在物体的左侧观察，当光屏是半透明时，在光屏的右侧观察所成的像，看到的像上下颠倒，左右也会颠倒。所以这道题目最后一空应该是（2）。

篇5：光学实验总结

生命科学学院

09级生科3班

余振洋

200900140156 2011/6/1

这个学期即将过去，而光学实验也已经全部结束了。老实说，虽然我是一名学习生物科学的理科生，但这却是我第一次正真意义上的接触到各种光学仪器，第一次深入了解不同的光学原理。因此在实验过程中，当每一次面对不同的仪器和不同的方法时，都需要一个了解和熟悉的过程，这也使得实验的过程显得不是那么的顺利，但总体来说还算平稳，自己也从中收获了很多。

在这个学期中，我跟随着四位不同的老师，学习和体验了六个不同的光学实验，分别是：应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率；单色仪的调节与定标；偏振光的产生、检验及强度测定；小型旋光仪的结构、原理及使用；测量牛顿环直径并计算曲率半径；利用双棱镜干涉法测He—Ne激光波长。每做完一个实验，第一感想都是相同的：其实实验本身很简单，只要能够对实验原理有细致深入的了解，在过程中足够细心，很多之前出现过的问题和状况是完全可以避免的。

与此同时，对于我们所使用的这本《实验光学》教材，它在内容的编排上也有其独到之处。与以往的实验指导教材不同，它并不是将每次实验所涉及的实验目的、原理、实验仪器的操作、实验步骤堆在一起列举出来，而是首先将所有的实验原理、实验仪器的操作列举在了书的前面，而将从中发散思维而设计的实验的简洁的实验内容与之分开罗列。这样一来，在进行实验预习的时候就需要自己查阅课本及相关资料，再将它们串联起来。这个过程中就需要对本次实验所涉及的相关内容进行查询，了解设计实验的背景及相关资料，从而更好的认识到这次实验的目的及原理所在，学习前辈学者设计实验的思路及科学的思考问题和解决问题的方法，并且对其进行思考，从而有所发现，加深了对科学实验重要性的了解，明确了物理实验课程的地位，作用和任务。

在试验操作过程中，也培养了自己的动手能力，将学到的实验理论知识应用到实践能力，提高了将实验理论和实际的实验过程相结合的能力，对以后的实验操作及理论知识的学习打下了坚实的基础，有很大的促进作用。

在对实验结果分析的过程中，掌握了测量误差的基本知识，学会了正确处理实验数据的能力。这之中包括：测量误差的基本概念，直接测量量的不确定度计算，间接测量量的不确定度计算以及处理实验数据的一些重要方法。锻炼了分析问题及解决问题的综合能力，从实验过程所遇到的困难中，分析问题的症结所在，并从以往所学到的知识原理中寻找解决措施，从失败的实验结果中分析原因并找出解决方法，从成功的实验结果中分析成功的的关键所在，总结经验，以便下次实验的成功。

下面再对光学实验提出一点建议： 1． 关于实验仪器：

在整个的实验过程中，我想所有的同学包括老师们都知道，有些仪器在操作上并不是那么的准确，甚至是有问题的。而我们学生在使用时，事先并不知情，往往是做到第一组数据出来后或者已经进行到一半了才发现仪器的问题，这样不仅浪费了时间，也有可能打击同学们的积极性。不管是仪器老化还是维护技术的问题，我希望老师们能定时地做一次仪器检测，能调整的尽量调整，不能调整的，就在旁边做一个标注，说明这台仪器有问题，建议同学不要使用。

2.关于老师的教学方式：

我在一个学期的时间里接触到了四位老师，也体验到了不同的教学方式。但这之中，我觉得能带给我们更多启发的是教我们“应用最小偏向角测定三棱镜的折射率”的那位老师（不好意思，由于只接触了一次，我没能记住他的名字）。这位老师在讲解实验原理时，会把我们叫到一块儿，然后根据黑板上的图示，挨个提问我们。在我们说出自己对实验原理的理解后，老师会在此基础上进行正确的讲解并补充相应的细节。这一整个环节后，大家对实验原理就有了透彻的理解，也为接下来实验过程的顺利进行打好了基础。而虽然其他几位老师也都将实验原理及操作方法讲的很仔细，但毕竟只是单方向的输入，而且同时也不能排除有些同学压根就没预习，即使老师讲了以后也没搞懂，最后单纯只是依样画葫芦凑出实验数据了事，我想这样纯粹是浪费时间。而且我们组的成员都觉得，在那位老师和我们一起熟悉了实验原理后，各自都或多或少获得了一些启发性的东西，这样的话，该实验的意义便提高了一个层次了。3.关于实验报告：

每次做完实验，我们都会写一份实验报告，并在最后附上实验数据和针对数据的分析以及讨论。但是我们并不知道我们所回答的课后习题是否正确，而且也不知道我们所总结的实验收获是否完整，也无法了解其余同学的总结。所以希望老师们能在每次实验后将批改完的报告发给我们，以便我们进行自我修正，并提高自己的报告水平。有必要的话，还可以适当进行讲解，加深对实验的认识。4．关于实验内容：

由于时间有限，而实验的内容又很多，所以每个同学每学期只被安排做6个实验，所以很多好的、经典的物理光学实验，我们都没有机会去做，不免让人感到遗憾。比如说全息照相，当我听那些做过的同学讲其中的奥妙和乐趣时，心里那个羡慕啊。但是好像我们在大学阶段就再也无法接触到光学实验了，所以真的很遗憾。对于这点，我也没有很好的办法，毕竟我们不是本专业的学生，所以只能在这儿发一下小感慨了。

篇6：光学实验作文300字

我们先把纸平放在地面上，然后，将放大镜一面对着太阳，一面对着纸，纸上立即映出一个耀眼的光圈。随着镜片的移动，光圈渐渐缩小，最后变成一个光点，非常刺眼。我目不转睛地盯着那个光点，霎时，奇迹出现了，我高兴地跳起来：“快看呀!纸冒烟了!”话音刚落，纸已被烧成一个大窟窿。小刚好奇地问我：“纸为什么自己会烧起来呢?”我一时也回答不出来。

为什么放大镜在阳光下会让纸点燃?我带着这个问题，回到家后，马上上网查找资料了解原因。原来，放大镜是凸透镜，凸透镜对太阳发出的平行光芒有汇聚到一点的作用，太阳光在放大镜的焦点处汇聚，那一点聚集的光越来越多，热量越来越大，最后纸就会燃烧起来。

这个实验太神奇了!通过这次实验，我学到了一些科学知识。奇妙的大自然里存在着许多知识让我们去探索。地质学家宋叔和曾说过：“敏于观察，勤于思考，善于综合，勇于创造。”

篇7：光学实验心得体会

本学期，我共做了六个基础光学实验，它们是：实验6（应用焦距仪测定焦距与顶焦距），实验10（应用阿贝折射仪测量固、液体折射率），实验12（单色仪的调节与定标），实验14（小型摄谱仪调节及最佳摄谱位置的确定），实验15（偏振光的产生、检验、及强度测定），实验20（利用双棱镜干涉法测He-Ne激光波长）。

转眼间一个学期的光学实验课已经结束，在实验的过程中我收获很多。首先是学会了几项重要光学仪器，如550型焦距仪、阿贝折射仪、单色仪、小型摄谱仪等的使用方法，并在实验操作的过程中熟悉了它们的使用技巧。对于这些仪器的使用，我会在进入实验室之前做好实验预习，然后实验前认真观察老师的演示，这样在自己的操作过程中，就能很快掌握操作方法和技巧，不仅有利于保护光学元件，而且能使自己顺利高效的完成实验。

其次，光学实验自身所具有的严谨性、精密性对我们来说也是一项挑战。这要求我们在实验过程中不得有一丝的马虎，必须全神贯注，认真对待实验操作，实事求是的记录和处理实验数据。在有数据测量的实验中，我们都会做多组平行实验，最终以取平均值的方法来减小实验误差。这种严谨周密的实验态度，培养了我的细心和耐心，对我以后的学习生涯也将产生深远影响。

最后，光学实验与其他实验相比，最吸引人的地方是它的神奇与美丽，在做单色仪的调节与定标实验时，我刚一开始实验就被视野中绚丽的各色光线所吸引，更为自己能调节出这样的美景所自豪。其他各个实验，也都以不同的方式，向我们诠释着光与影的神奇魅力！

对于光学实验，我还想提出一些自己的建议：第一点，希望实验室可以更新仪器设备，淘汰那些已经损坏或者精确度大大降低的仪器。第二点，希望老师们可以调整实验安排，让学生能在有限的实验机会里，参与更多的实验项目，以丰富我们的实验经历。

篇8：中学光学实验困难的破解办法

(1)光源的制备。中学光学教学中,可以用来做光源的材、物很多。除了各种规格的白炽灯(含投影灯头)、蜡烛、直射阳光等属于常见光源外,装饰市场、电商网都很容易买到光带、LED散件等制作成光源。用塑料胶带、玻璃胶等封隙密口的光带几乎可以弯插到液体、异形器皿中的任何部位,犹如用光导纤维导引光线一样。在黑纸上打印需要的字符(如F、L、光源等),用裁纸刀阴刻镂空后把它贴压在玻璃短试管内侧,再将导线引接的LED(或小电灯)内置其中,用橡胶类塞子塞紧,即可制成光学教学用的简易款“试管光源”。

用电脑控制的LED电子灯幕更是一款可根据需要而发光的光源。本身不发光的景、物乃至师生的肢体如果要通过小孔、面镜、透镜成像的话,则需要使投射到它们表面的光比实验环境更亮才行。关掉教室里的灯,拉上部分窗帘,就可通过光具使窗外较明亮的景物清晰地成出像来。若让投影灯光聚照在物体、师生身上,即使在敞亮的教室里也能出色完成许多光学实验。

(2)光源的敷置。“支吊”“粘吸”和“导控”是敷置实验光源的三种基本方式。蜡烛、电灯等体状或柱状光源可以支架在桌面、光具座上,供学生便捷地进行微型实验的操作;试管光源、LED灯幕则可以用悬吊的方法,敷置在玻璃缸、实验箱中,或者在教室、会场等大空间里做大型光学演示。从装备部门或电商网上订购的线状、带状或柱状的激光光源则可以用双面胶、磁吸等辅料粘吸在各种不同材质的板面上,而光导纤维、光带、试管光源等绑缚在铁丝上后,还能有效解决靠常规方法难以进行光源敷置的困难。

(3)光路的显现。中学物理教材普遍介绍用白板显示光的行进路线。其实,利用绷直的棉线可以更生动立体地显现光在空气或水中的路线。而根据需要和条件制作不同类型的胶体,靠“丁达尔现象”则可便捷形象地显现“光线”效果。

若要短时间显露光线,用手持式浇花壶喷洒出的雾水就可显现空气中的光线,而用木棒搅动水产生的小气泡则更方便显现水中的光线。若要在较长时间内研究光的传播规律,制备相对稳定的胶体就很有必要。在研究光的直线传播、反射、折射等规律时,为了师生健康,学生用蚊香甚至香烟的烟雾、灰尘做气溶胶分散体时,要用玻璃杯罩住,或将灰烟密封在无色塑料瓶或玻璃缸内。

二、科学地架构光学模型

让反射光线或折射光线与入射光线出现在预制的纸板平面内来说明光线同平面,进而利用纸板上的量角器,量得入射角、反射角或折射角的确便捷。但笔者以为,要提供给中学生自然状态的入射光线,让他们自主地寻找反射光线、折射光线及其规律。

(1)架构光反射模型。在水平桌面上平放一块抛光的表面平整的不锈钢钢皮做平面镜,取3根小号缝衣针A、B、C(大头针或牙签)和一根长约30cm的棉线,将棉线的中段穿入缝衣针C的针眼并打结,棉线的两端分别系牢在A、B两针的针眼处,用透明塑胶带(或强力胶)将缝衣针C固定在不锈钢钢皮中央(见图1)。研究光在空气与不透明物质分界面处的反射规律时,同学甲左手捏住缝衣针A,用适当的力拉直棉线,右手把持激光笔,沿棉线方向将线状激光射向平面镜,由于棉线上向外曲伸纤维的漫反射,入射光线能很亮地显露出来。同学乙左手捏住缝衣针B,一边用适当的力拉直棉线,一边在空间内自由寻找反射光束的径迹。这才是“反射光线与入射光线同平面”的原生态探究过程。

介绍“光的反射定律”时,教育科学出版社的八年级物理上册(2012年7月第1版)这样表述:使激光笔发出一束光,沿与镜面垂直的纸面射向镜面上的O点,研究入射光束和反射光线有什么关系,如图2所示。人民教育出版社的初级中学物理第二册(1983年第1版)、北京师范大学出版社的八年级物理上册(2012年7月第1版)、广东教育出版社与上海科学技术出版社的八年级物理上册(2003年8月第1版)等三种教材都这样表述:让一细光束沿平面E射到镜面上O点,在平面E上可看到入射光线AO。前后转动F,当F在什么位置的时候,可以在它上面看到反射光线OB ?严格地讲,这些教材介绍的探究过程都有反射光线与入射光线分居法线两侧的结论,而且如果用扁激光做实验的话,即使反射光线、入射光线不在同一平面内,只要偏离不大,也都会得到“同平面”结论。江苏科学技术出版社的八年级物理上册(2013年1月第1版)、上海科学技术出版社的八年级物理全一册(2012年6月第1版)大致这样表述:以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上还能观察到反射光吗?而人民教育出版社的八年级物理上册(2012年6月第1版)这样表述:一束光贴着纸板沿某一角度射到O点,经平面镜的反射,沿另一个方向射出,在纸板上用笔描出入射光和反射光的径迹。教材让反射光线与入射光线在同一纸板平面内在先,将平面F向后转折,发现反射光会消失,进行“反射光线与入射光线同平面”的验证在后,这样设计看起来就少了许多探究的味道。

“为什么要引进‘法线’?”这是架构光反射模型另一个重要却被忽视的问题。找到入射光线和反射光线后,继续寻找它们的空间位置关系同样需要学生的亲自探究。若选界面为参考标准,则定义“入射光线和反射光线与其同平面界面线的夹角”或定义“入射光线、反射光线与其在界面内射影间的夹角”时,对中学生而言均过于生涩。如果组织学生在多次改变光束入射方向的过程中寻找光的反射规律,则就很容易发现入射光线和反射光线总是以通过入射点垂直于界面的一根线(即法线)为轴在对称地变动着。在探究“反射角等于入射角”这条定律时,由于小学科学、数学都学过,而且根据测量数据总结规律本不困难,所以它的探究障碍相对集中在学生有没有设计测量数据记录表的能力和习惯上,实际教学时,这是需要师生重点关注的学习目标和任务。

在充分探究空气中行进的光遇到第二种介质产生反射的规律后,教师可安排学生继续感知水溶胶、固溶胶中行进的光在与另一介质分界面上产生反射的规律,从而在更新“光反射规律”到“光反射定律”认知地图的基础上,完整地架构起光的反射模型。

(2)架构光折射模型。同样,用自然行进的线状激光代替沿板面入射的扁激光,给学生保有探究“折射光线与入射光线同平面”的机会,是研究光折射规律的第一步。在水平桌面上放置一面健身用的扭腰转盘,其上放置玻璃方槽,槽内装半槽水溶胶(常用牛奶水)、用塑料万向管(或波纹管)将雾化器产生的水雾导入玻璃槽内并注满,用固定在玻璃槽上的防水激光笔发出的线状激光可以演示光在空气与水分界面处产生反射、折射的现象。整体转动玻璃槽,全班学生都可震撼地见证到反射光线、折射光线和入射光线“像刀削一样地处在同一平面”的现象。如果教师用摄像头展示用打印在塑料胶片上的专用量角器记录的实验数据,就可辅助学生得到光在水和空气分界面处产生折射的规律。

(3)架构光成像模型。中学物理光成像模型典型地集中为小孔成像、面镜成像和透镜成像等三类,而探究成像规律的难点又都集中在“怎样显示成像的光路”上,所以,能够定向发出有形状的光的试管光源、玻璃方槽、水雾等实验器材的性价比很高。

摘要：“显示光的路线”“架构光学模型”是中学物理光学实验教学时常遇到的两类困难。笔者在本文中列举了一些破解这些困难的有效做法,供老师们进一步研究。

篇9：实验产生超分辨光学聚焦暗斑

用二元相位器件调制角向偏振激光光束，然后用高数值孔径物镜聚焦，在实验上产生了一个超分辨光学聚焦暗斑。二元相位器件的调制作用是通过让角向偏振光束经一块刻有多环同心环状凹槽的玻璃基板实现的。用刀口法检测了焦点附近的3D光束分布特性，得到了尺寸是0.32 λ且在4 λ左右的长度内保持不变的超分辨暗斑。这样的光学聚焦暗斑可能会应用于超分辨显微技术和光学捕获。

关键词：

光学设计及制作； 二元光学器件； 光电探测器； 偏振态

中图分类号： O 432 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2016.01.007

Experimental generation of a superresolution optical dark focused spot

JIANG Liping， LIU Lingling， ZHU Houfei， WANG Haifeng

（School of OpticalElectrical and Computer Engineering， University of Shanghai for

Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：

We generate a superresolution optical dark focused spot by tightly focusing a binary phase modulated azimuthally polarized laser beam. The binary phase modulation is realized by letting the azimuthally polarized light pass through a glass substrate with multibelt concentric ring grooves. We also characterize the 3D beam profile by using knifeedge method. The size of the superresolution dark spot is found to be 0.32 λ， which remains unchanged for ～4 λ within the tube. Thus optical spot may find applications in superresolution microscopy and optical trapping.

Keywords： optical design and fabrication； binary optics； photodetector； polarization

引 言

超分辨聚焦光斑广泛应用于扫描光学显微技术。在受激发射损耗（STED）显微镜[12]中既有聚焦亮光斑也有聚焦暗光斑，其中聚焦亮光斑用作显微镜中的激发光源，激发荧光分子；聚焦暗光斑用作显微镜中的抑制光源，抑制边缘荧光分子发射荧光，当二者结合在一起时便可得到纳米量级的有效光斑。聚焦暗光斑的尺寸越小，有效光斑的尺寸也就越小。对于聚焦亮光斑，研究最多的是径向偏振光束通过高数值孔径（NA）聚焦后得到超分辨的亮斑，尺寸接近衍射极限为0.36 λ[35]。对于聚焦暗光斑的产生方法有很多，有径向偏振光加涡旋后聚焦或者圆偏振光加一阶或二阶涡旋后再聚焦得到，而效果相对较好的要数角向偏振光聚焦后得到的暗斑，目前理论计算达到的水平为半峰值全宽度（FWHM）为0.29 λ[67]。为了减小有效光斑的尺寸并实现超分辨，单纯地靠角向偏振光束聚焦后得到的暗斑远远不够，需要对角向偏振光束的相位或振幅进行调节。目前调节角向偏振光的方法有：空间光调制器法[89]、全息相位干板法[10]、衍射光学元件法[11]、二元光学器件法[1213]等。暗斑尺寸在亚波长级别可使得STED显微镜达到更高的分辨率，暗斑焦深变长可能使得STED显微镜实现三维立体扫描，可观察到生物组织之间物质的传输与交换或分子内部更精细的结构，这对生物医学以及分子结构的研究来说意义重大。虽然这些方法在仿真的条件下确实可以达到很好的效果，但是对于高数值孔径透镜聚焦在实验上操作又存在难度，因为得到的质量好的暗斑在焦点前后，要对这样的暗斑进行测量以验证方法的可靠性，我们需要纳米量级的移动平台以及特殊的检测器对光强进行测量。

实验中用角向偏振光束照明，在数值孔径为0.95的显微物镜的光阑处放置二元光学器件，二元光学器件调节相位的结果不仅在横向减小了暗斑的尺寸，而且在纵向延长了焦斑的焦深。在焦点附近得到了超分辨暗斑。十字形刀口检测器置于纳米平台上以检测光斑的尺寸以及光强分布。

式中：β和γ是结构参数，表示光瞳半径与束腰的比值，二者取值1。用拉盖尔高斯光束照明时，聚焦透镜的NA值为0.95（α≈71.8°），聚焦暗斑的尺寸即FWHM为0.4 λ，非发散（或发散角很小）区域的长度为2 λ。

然而，我们希望得到的超分辨聚焦暗区域是暗斑尺寸很小且焦深很长的光束来作为STED显微镜的抑制光源，所以，我们放置了一个特制的二元光学器件，这里的二元光学器件是一块玻璃基板上刻有五个相位为0和π的环带凹槽交替组成的，环带宽度对应着角度θ。当增加了这种二元光学器件之后，式（1）～式（4）中的函数e（θ）就被改写为T（θ）e（θ），这里T（θ）为该器件的透过率函数，它的表达式为

当增加了该二元光学器件后，由于光束的相位得到相应的调制，使得在焦点附近的光束干涉相长，压缩了未经调制的角向偏振光束的暗斑尺寸的大小。我们理论上得到光学管道的长度增加到4 λ，超分辨聚焦暗斑的尺寸减小为0.32 λ。如图1所示，（a）、（b）分别为未加和加了二元器件后焦平面上的光强分布，（c）中给出了使用二元光学器件前后焦点处光强分布图以及沿X轴的强度分布对比，虚线曲线表示未使用二元光学器件时X轴的强度分布，实线曲线表示使用了二元光学器件时X轴的强度分布。

2 实验过程

2.1 检测器构造

目前为止，有两种方法测量焦斑的尺寸，一种是刀口扫描法[1516]，一种是光刻胶曝光法[17]。实验中采用刀口扫描法，因为它能给出暗斑尺寸和焦深的函数，利用光电二极管去测量光电流随刀口位置的变化函数。十字形刀口的结构示意图如图2，p型硅和n型硅形成一个光电二极管，以二极管为基底，在p型硅另一侧有一层金属片与该金属片中心十字形区域形成十字形刀口，刀口与光电二极管之间的距离在一个波长范围内。整个检测器置于纳米平台上，纳米平台由电脑控制，可实现三维纳米测量，所得的测量数据或者检测到的光斑显示在电脑上。

2.2 角向偏振光束

在激光器谐振腔的内部放置轴向双折射器件或轴向二向色性器件可以使谐振腔在角向偏振模式下振荡放大，即可得到角向偏振光束[18]；在激光器外部放置轴向双折射器件或轴向二向色性器件，使线偏振态或圆偏振态转变为角向偏振态[16]；改变半导体光子晶体表面发射激光器的晶格或在光子晶体结构中产生相移也能产生角向偏振光束[7]。我们采用的是在激光器外部放置四片胶合在一起的半波片[18]，这四片胶合的半波片共同形成偏振转换器，因为激光器出射的激光的偏振方向沿X方向，半波片的的慢轴方向按照图2中偏振转换器所示放置，当激光通过这个偏振转换器后，由于线偏振光经偏振转换器后偏振方向转过的角度为线偏振方向与半波片的慢轴方向夹角的两倍，所以转换之后的光为角向偏振光。

2.3 实验装置

如图2所示，HeNe激光器发出线偏振激光束，经准直透镜准直扩束后照射到偏振转换器上，即四片胶合在一起的半波片，出射光的偏振方向由线偏振变为角向偏振，而角向偏振光束经二元光学器件相位调制后，再由显微物镜（microscope objective，MO）聚焦，因为二元光学器件的相位调制使得焦平面及其附近的光场干涉相长，这样便有效地压缩了原先暗斑的半径，使得聚焦之后的暗斑的半径变小，达到减小暗斑半径的目的。然后用刀口检测焦平面及其附近的光强分布。

所选用的透镜是NA为0.95的显微物镜，这样高数值孔径的透镜在测量其焦斑的时候，对检测器距离的控制有很高的要求，其次，为了提高测量的精度，每次所移动的距离必须远小于波长的量级，所以纳米移动平台是必要的选择。而对于光斑的检测，采用十字形刀口检测，它的检测是一个光强积分的过程，也就是说，对于一个横截面上的二维光强分布，当我们用刀口检测X轴的光强分布时，得到的是对Y轴累积之后的强度值，即检测后的光强分布只是X的函数。

3 结果与讨论

图3是焦平面上X轴的光强（对Y轴积分后）分布，实线表示理论情况下X轴的光强（对Y轴积分后）的分布，虚线表示实验中刀口检测到的X轴的光强分布。由于在仿真时，为防止计算量过大，我们采用的取点精度为λ/100，积分采点的步长为50 nm（与实验过程中刀口的步长一致）使理论得到的积分强度比实验采集到的强度小，很明显实验值与理论值分布符合得很好，光学聚焦暗斑的质量得到改善。图4是根据检测到的位置与强度的数据绘制的强度分布图，可以看到光学聚焦暗斑的三维立体分布。我们测得光学聚焦暗斑的长度为4 λ，FWHM为0.32 λ，其是很理想的STED显微镜的抑制光源，当它和聚焦亮光斑（激发光源）的光强匹配起来时可进一步提高STED显微镜的横向分辨率，对生物组织以及分子实现三维成像。在光学捕获方面，超分辨暗光斑的光学管道和超分辨亮光斑的光学探针[11]可能会实现小分子的双光束的三维稳定捕捉。

参考文献：

[1] HELL S W，WICHMANN J.Breaking the diffraction resolution limit by stimulatedemission：stimulatedemissiondepletion fluorescence microscopy[J].Optics Letters，1994，19（11）：780782.

[2] WANG H F，SHEPPARD C J R，RAVI K，et al.Fighting against diffraction：Apodization and near field diffraction structures[J].Lasere & Photonics Reviews，2012，6（3）：354392.

[3] KALOSHA V P， GOLUB I.Toward the subdiffraction focusing limit of optical superresolution[J].Optics Letter，2007，32（24）：35403542

[4] LERMAN G M， LEVY U.Effect of radial polarization and apodization on spot size under tight focusing conditions[J].Optics Express，2008，16（7）：45674581.

[5] WANG H F，SHI L P，LUKYANCHUK B，et al.Creation of a needle of longitudinaly polarized light in vacuum using binary optics[J].Nature Photonics，2008，2（8）：501505.

[6] BOKOR N，IKETABI Y，WATANABE T，et.al.On polarization effects in fluorescence depletion microscopy[J].Optics Communications，2007，272（1）：263268.

[7] KHONINA S N， GOULUB I.Enlightening darkness to diffraction limit and beyond：comparison and optimization of different polarizations for dark spot generation[J].Journal of Optical Society of America A，2012，29（7）：14701474.

[8] CHATTRAPIBAN N，ROGERS E A and COFIELD D，et.al.Generation of nondiffracting Bessel beams by use of a spatial light modulator[J].Optics Letters，2003，28（22）：21832185

[9] FATEMI F K ，BASHANSKY M.Generation of hollow beams by using a binary spatial light modulator [J].Optics Letters，2006，31（7）：864866.

[10] KAPLAN A，FRIEDMAN N，DAVIDSON N.Optmizede singlebeam dark optical trap[J].Journal of Optical Society of America B，2002，19（6）：12331238.

[11] PAVELYEV V，OSIPOV V，KACHALOV D，et.al.Diffractive optical elements for the formation of “light bottle” intensity distributions [J].Applied Optics，2012，51（18）：42154218.

[12] 郝翔，匡翠方，王婷，等.受激发射损耗显微技术中0/π圆形相位板参数优化[J].光学学报，2011，31（3）：0318001.

[13] 张羽，杨坤涛，杨长城.二元光学器件的制作技术与进展[J].光学仪器，2005，27（2）：8085.

[14] YOUNGWORTH K S，BROWN T G.Focusing of high numerical aperture cylindricalvector beams[J].Optics Express，2000，7（2）：7787.

[15] KITAMURA K，SAKAI K，NODA S，et al.Subwavelength focal spot with long depth of focus generated by radially polarized，narrowwidth annular beam[J].Optics Express，2010，18（5）：45184525.

[16] DORN R，QUABIS S ，LEUCHS G.The focus of light linear polarization breaks the rotational symmetry of the focal spot[J].Journal of Modern Optics，2003，50（12）：19171926.

[17] HAO B，LEGER J.Experimental measurement of longitudinal component in the vicinity of focused radially polarized beam[J].Optics Express，2007，15（6）：35503556.

[18] ZHAN Q W.Cylindrical vector beams：from mathmatical concepts to applications[J].Advances in Optics and Photonics，2009，1（1）：157.