CN110296819B - 一种测量凹透镜焦距的测量方法 - Google Patents
一种测量凹透镜焦距的测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种测量凹透镜焦距的测量方法,包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜,在遮光板上设置有矩形通光孔,可以通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距。本发明结构简单、操作简便,能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距,只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量凹透镜焦距的测量方法。
背景技术
凹透镜是一种常用的光学元件,被广泛用于光学系统。焦距是凹透镜最重要的参数之一,现有测量凹透镜焦距的方法,需要先测量凹透镜的物距和像距,测量过程较为繁琐,测量精度差。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供了一种测量凹透镜焦距的测量方法,结构简单、操作简便,能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距,只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距,提高测量精度。
本发明的技术方案是:一种测量凹透镜焦距的测量方法,包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜,在遮光板上设置有矩形通光孔,在测量时,包括如下步骤:(1)沿光线入射方向,依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微光镜,打开钠灯,钠灯的光线通过矩形通光孔,入射到第一凸透镜上,经过第一凸透镜形成一束平行光,接着平行光线垂直入射光栅,经过光栅衍射,接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上,通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜;(2)将第三凸透镜移除,使用第二凸透镜替换第三凸透镜,光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上,此时第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系:,其中f2为第二凸透镜的焦距,d为光栅常数,λ为钠光波长;(3)在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜,再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹,测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系:,,,其中f为待测凹透镜的焦距,u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离,v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离,f3为第三凸透镜的焦距,将步骤(2)中的公式 代入公式中得到关系式:,再将代入中得到,再将代入中得到,最后将、、代入中得到:,根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f2和第三凸透镜的焦距f3及衍射条纹的间距Δ,以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。
进一步的,矩形通光孔位于第一凸透镜的焦平面。
进一步的,矩形通光孔与光栅的平行刻线相互平行。
进一步的,第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
进一步的,所述钠灯为普通的低压钠灯,中心波长为589.3nm的黄光。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:结构简单、操作简便,能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距,只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距,提高测量精度。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的步骤(1)状态的结构示意图;
图2为本发明实施例的步骤(2)状态的结构示意图;
图3为本发明实施例的步骤(3)状态的结构示意图;
图中:100-钠灯;200-遮光板;210-矩形通光孔;300-第一凸透镜;400-光栅;500-第二凸透镜;600-第三凸透镜;700-待测凹透镜;800-测微目镜。
具体实施方式
如图1~3所示,一种测量凹透镜焦距的测量方法,包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜,在遮光板上设置有矩形通光孔,在测量时,包括如下步骤:(1)沿光线入射方向,依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜,打开钠灯,钠灯的光线通过矩形通光孔,入射到第一凸透镜上,经过第一凸透镜形成一束平行光,接着平行光线垂直入射光栅,经过光栅衍射,接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上,通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜;(2)将第三凸透镜移除,使用第二凸透镜替换第三凸透镜,光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上,此时第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系:,其中f2为第二凸透镜的焦距,d为光栅常数,λ为钠光波长;(3)在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜,再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹,测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系:,,,其中f为待测凹透镜的焦距,u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离,v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离,f3为第三凸透镜的焦距,将步骤(2)中的公式代入公式中得到关系式:,再将代入中得到,再将代入中得到,最后将、、 代入中得到:,根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f2和第三凸透镜的焦距f3及衍射条纹的间距Δ,以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。在测量时,钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜均通过轨道进行固定,在进行步骤(1)时,保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜的中心轴均等高同轴;在进行步骤(2)时,保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜和测微目镜中心轴均等高同轴;在进行步骤(3)时,保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、被测凹透镜和测微目镜中心轴均等高同轴。
本实施例中,矩形通光孔位于第一凸透镜的焦平面。
本实施例中,矩形通光孔与光栅的平行刻线相互平行。
本实施例中,第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
本实施例中,所述钠灯为普通的低压钠灯,中心波长为589.3nm的黄光。
上述操作流程及软硬件配置,仅作为本发明的较佳实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种测量凹透镜焦距的测量方法,其特征在于:包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜,在遮光板上设置有矩形通光孔,在测量时,包括如下步骤:(1)沿光线入射方向,依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜,打开钠灯,钠灯的光线通过矩形通光孔,入射到第一凸透镜上,经过第一凸透镜后形成一束平行光,接着平行光线垂直入射光栅,经过光栅衍射,接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上,通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜;(2)将第三凸透镜移除,使用第二凸透镜替换第三凸透镜,光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上,此时在第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系:,其中f2为第二凸透镜的焦距,d为光栅常数,λ为钠光波长;(3)在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜,再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹,测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系:,,,其中f为待测凹透镜的焦距,u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离,v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离,f3为第三凸透镜的焦距,将步骤(2)中的公式代入公式中得到关系式:,再将代入中得到,再将代入中得到,最后将、、代入中得到:,根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f2和第三凸透镜的焦距f3及衍射条纹的间距Δ,以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。
2.根据权利要求1所述的测量凹透镜焦距的测量方法,其特征在于:矩形通光孔位于第一凸透镜的焦平面。
3.根据权利要求2所述的测量凹透镜焦距的测量方法,其特征在于:矩形通光孔与光栅的平行刻线相互平行。
4.根据权利要求3所述的测量凹透镜焦距的测量方法,其特征在于:第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
5.根据权利要求4所述的测量凹透镜焦距的测量方法,其特征在于:所述钠灯为普通的低压钠灯,中心波长为589.3nm的黄光。
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