МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
_______________________________________________________________________________________
Филиал ФЕДЕРАЛЬНОГО государственного
БЮДЖЕТНОГО образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»
в г. Смоленске
ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ
Методические указания к
лабораторным работам по дисциплине
«ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ»
Смоленск 2011 г.
УДК 535.6(076.5)
О-62
Утверждено учебно-методическим Советом филиала ФГБОУВПО «НИУ«МЭИ» в
г. Смоленске в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по направлению "Оптотехника"
Подготовлено на кафедре оптико-электронных систем
Рецензент
к.т.н., доц. кафедры ОЭС филиала ФГБОУВПО «НИУ«МЭИ» в г. Смоленске В. В. Нюбин
О-62 ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ.
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Введение в оптотехнику» / Сост.: В. А. Гавриленков, М. В. Беляков. — Смоленск: РИО филиала ФГБОУВПО «НИУ«МЭИ» в г. Смоленске, 2011. — 36 с.
Учебное издание
Гавриленков Владимир Андреевич
Беляков Михаил Владимирович
ВВЕДЕНИЕ В ОПТОТЕХНИКУ
Методические указания к
лабораторным работам по дисциплине
«Введение в оптотехнику»
Технический редактор М.А. Андреев
Корректор Л.И. Чурлина
_______________________________________________________________________
Темплан издания филиала ФГБОУВПО «НИУ«МЭИ» в г. Смоленске, 2011 г., метод.
Подписано в печать 24.12.2011 г.
Формат бумаги 6084 1/16 . Тираж 25 экз. Печ.л. 1,5. Усл. печ. л. 1,4.
__________________________________________________________________
Издательский сектор филиала ФГБОУВПО «НИУ«МЭИ» в г. Смоленске
214013 Г. Смоленск, Энергетический проезд, 1
© Московский энергетический институт, филиал в г. Смоленске, 2011.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ, ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
При подготовке к лабораторной работе следует изучить соответству-ющие разделы лекционного курса и рекомендуемую литературу, а также задание на соответствующую лабораторную работу.
Необходимо подготовить бланк протокола стандартного формата и миллиметровую бумагу для построения графиков. Бланк протокола должен содержать все необходимые формулы и расчеты, а также таблицы с необходимым количеством строк и столбцов для записи и обработки результатов измерений. Весь материал должен быть расположен в порядке, определяемым рабочим заданием. Допуск к работе осуществляется по результатам собеседования.
При наличии допуска студент осуществляет подготовку лабораторного стенда к работе, осуществляет сборку схемы измерения и производит необходимые измерения. Подключение каких-либо внешних источников и приборов, не предусмотренных описанием стенда, не допускается. При выполнении лабораторной работы особое внимание следует обратить на полноту и правильность полученных результатов.
Оформление отчёта по работе должно производиться строго по результатам измерений, отраженным в протоколе. На титульном листе должны быть указаны: номер и название работы, группа, фамилия студента.
Защита лабораторной работы осуществляется в индивидуальном порядке при наличии отчета, подписанного преподавателем.
В процессе выполнения работы необходимо:
а) строго соблюдать заданный электрический режим источников света и правила работы с приборами;
б) бережно относиться к лабораторному оборудованию и оптическим деталям (не ударять и не царапать их, не класть рабочими поверхностями на стол, не брать руками за рабочие поверхности и т.п.);
в) по окончании работы на установке привести рабочее место в порядок и сдать преподавателю раздаточные материалы.
Запрещается:
а) выполнять работу в отсутствие преподавателя или лаборанта;
б) самостоятельно устранять повреждения в системе электрического питания;
в) находиться в лаборатории в верхней одежде;
г) класть одежду, портфели и сумки на лабораторные стенды и приборы.
В аварийной ситуации (пробой напряжения на корпус и т.п.) необходимо выключить рубильник сетевого напряжения и немедленно сообщить о случившемся преподавателю или лаборанту.
Лабораторная работа № 1
Изучение принципов построения микроскопа и его применение
Введение
Целью настоящей работы является изучение принципов построения микроскопов (включая измерительные) и приобретение навыков работы с подобными приборами, обработки и оформления результатов измерений.
Микроскопом называют оптическую систему (ОС), предназначенную для наблюдения близко расположенных микрообъектов с большим увеличением. Основными компонентами микроскопа (рис.1.1) являются объектив и окуляр. Принцип действия микроскопа определяется следующими факторами.
Рисунок 1.1 – Оптическая схема микроскопа:
1 – объектив; 2 – окуляр
Исследуемый предмет y находится на малом расстоянии от переднего фокуса объектива 1, который строит действительное, увеличенное и перевернутое изображение предмета y' в плоскости, совпадающей с передней фокальной плоскостью окуляра 2. Окуляр строит вторичное увеличенное, мнимое изображение предмета на большом расстоянии от глаза (от 250 мм до ). Это означает, что предмет находится вблизи переднего фокуса микроскопа (или совмещен с ним).
К основным характеристикам микроскопа относятся: видимое увеличение Гм, линейное поле 2y, диаметр D' и вынос ар' выходного зрачка; числовая апертура NA; разрешающая способность R, глубина изображаемого пространства и др.
Фокусное расстояние микроскопа согласно теории идеальной ОС может быть вычислено по формуле
f 'м = -(f '1·f '2)/Δ, (1.1)
где отрезок Δ – называют оптической длиной тубуса микроскопа.
Видимое увеличение микроскопа вычисляют по формуле:
Гм = 250/f 'м, (1.2)
откуда, подставляя f 'м из (1.1), находим:
Гм = 250Δ/(f '1·f '2) = βоб·Гок . (1.3)
Наряду с основными компонентами (объективом и окуляром) ОС микроскопа, как правило, включает апертурную (АД) и полевую (ПД) диафрагмы.
Апертурная диафрагма определяет входной и выходной зрачки микроскопа, апертурный угол σА и числовую апертуру NA микроскопа:
NA = n·sin А, (1.4)
где n – показатель преломления среды в пространстве предметов.
В микроскопе АД устанавливают обычно между последней поверхностью и задним фокусом объектива. Иногда (в измерительных микроскопах для обеспечения телецентрического хода лучей) АД устанавливают в задней фокальной плоскости объектива. В этом случае входной зрачок микроскопа расположен на бесконечности и в пространстве предметов обеспечивается телоцентрический ход главного полевого луча.
Выходной зрачок микроскопа расположен вблизи заднего фокуса окуляра и для него можем записать:
D'= 2n·f 'м·tg А (1.5)
Полевая диафрагма, установленная в плоскости промежуточного действительного изображения (в передней фокальной плоскости окуляра), определяет линейное поле микроскопа 2y:
2y = Dпд/βоб . (1.6)
При решении измерительных задач, наряду с информационными широкое применение находят измерительные микроскопы. Отличается измерительный микроскоп от наблюдательного наличием отсчетного устройства, выполненного в виде плоскопараллельной пластинки со шкалой или отсчетного устройства с микрометром.
Отдельную группу измерительных микроскопов составляют отсчетные микроскопы, применяемые в сложных оптических измерительных приборах для считывания показаний по шкалам с относительно большими делениями и имеющие точное отсчетное устройство, позволяющее оценивать долю деления основной шкалы грубого отсчета с высокой точностью.
К основным характеристикам измерительного микроскопа (кроме названных выше) относятся также метрологические характеристики отсчетного устройства: цена деления шкалы, диапазон показаний, диапазон измерений, инструментальная погрешность и др.
Видимое увеличение измерительных микроскопов не велико и лежит в пределах 50...100×, тогда как у наблюдательных микроскопов видимое увеличение может достигать 1000× и более.
При решении измерительных задач также находят применение автоколлимационные микроскопы. Автоколлимационный микроскоп может быть получен из двухкомпонентного микроскопа заменой второго компонента автоколлимационным окуляром. Схема автоколлимационного микроскопа с окуляром – кубиком приведена на рис. 1.2.
Здесь объектив 4 и поворотное зеркало (диагональная грань кубика 3) строят изображение марки 2 на зеркале 5, установленном в предметной плоскости микроскопа. Отраженные лучи снова попадают в объектив 4, который строит автоколлимационное изображение марки 2 в плоскости сетки 6, установленной в плоскости полевой диафрагмы микроскопа. Полевая диафрагма совмещена с передней фокальной плоскостью окуляра 7, и наблюдатель будет видеть совмещенными сетку 6 (шкалу или марку) и изображение марки 2 (рис. 1.2, б).
Рисунок 1.2 - Схема автоколлимационного микроскопа (а) и вид поля (б):
1 – источник света; 2 – марка; 3 – призма-куб; 4 – объектив; 5 – зеркало; 6 – шкала; 7 – окуляр
В последнее время широкое распространение находят фотоэлектрические микроскопы с матричными приемниками излучения, которые подобно глазу выполняют функцию анализа изображения.
Для расширения спектрального диапазона в область ультрафиолетовых и инфракрасных излучений применяют специальные ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы.