牛顿环实验操作参考

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光轴 当光线穿过光学元件时不发生任何变化，这个方向被称为光轴。一般的光学成像系统中，所有光学元件的光轴是重合的，即共轴成像。在本系统中，透镜光轴就是几何中心轴。平面型元件的光轴就是法线，所以它的光轴有任意多根，可以根据需要横向平移。

当光轴不重合时，图像畸变就会加大，因此首先要调试各个光学元件的状态，当它们在导轨上移动时，始终保持共轴，即同轴等高。

　　要注意牛顿环安放方向，如图所示安放，则牛顿环是平面型元件。如果反过来放，将产生一个附加的凸透镜效应，会与定标光路的放大倍数不同。

小孔准直法 小孔在导轨上移动时，其轨迹围出一根与导轨走向平行的“管子”，我们使激光只在这根“管子”里面走，那么我们就能把它当做系统光轴来看，以此来校准各个光学元件。

最高位光轴 首先要确定光轴位置最高的光学元件，不然将来换上高位置的元件后，高度降不下来，整个系统都要重新调整。在本系统中这个元件就是牛顿环。
1.在导轨右侧放上牛顿环滑块，注意安放方向，锁住滑块。目测并调整牛顿环平面与导轨垂直。
2.在导轨左侧放上激光准直器，靠紧锁住。连接电源，注意正负极性。打开恒流源，调节电流到激光斑亮度清晰可见，不要过亮。
3.调节准直组件杆子的高低，只要光点大致位于牛顿环中心接触点位置即可，因为以后我们可以平移牛顿环来“凑”系统光轴。注意使激光大致与导轨平行。
4.移走牛顿环及滑块，这样就确定了系统光轴的高低。

激光线四维调节架

小孔板 在导轨上放上小孔板及滑块，贴近激光器出口锁紧滑块。

调节小孔板高度使激光大致与小孔等高即可。调整小孔板转角，目测小孔板的法线平行于导轨并锁紧。

准直 
1.两点定位小孔板，观察光点在小孔板上的变化。一点是贴近激光出口位置，另一点位于导轨右边端部
注意，每次观察时都要固紧滑块，不然会导致平行度失真。
2.调节准直组件的四个微调螺丝，其原则是：贴近激光出口时，调节x-y平移。位于导轨右边端部时，调节两个角度。调整会有点相互影响，来回几次即可完成。
3.把小孔板移到导轨最右端，固紧待用。
4.这样，一根与导轨平行的光线就找到了，这就是系统光轴。后面的光学元件的调整就要依据它来操作，做到与它共轴。

镜头调整 放上成像镜头连滑块，镜头盖不要拿下！
粗调：放在导轨中部目测调整，使镜筒与导轨平行以及光点位于镜头盖中心。拿掉镜头盖，使光线穿过镜头射到小孔板上。
细调：远近点位来回移动镜头并微调整镜头位置（平移和角度，角度是手动的），使得光斑几何中心的位移不超过1mm。这样可以认为系统光轴与镜头的光轴重合。

镜头远离小孔板时的光点

牛顿环调整

1.镜头移到导轨右边，放上牛顿环及滑块。目测牛顿环的压点是否在几何中心，如果相差太远，先手动三个压力螺丝把压力点调到接近几何中心。不可一味拧紧，以防平板玻璃变形。
2.注意，三个调节螺丝朝向镜头方向，不能搞错。
3.调节高度，使光点穿过环的中心，因为以后可以平移微调，所以精度不必很高
4.特别注意平板的法线要与导轨平行即圆盘与导轨垂直（目测，手动）。

摄像头放置
1.激光器电源 闭，准直器和小孔板都移走。
2.放上摄像头及滑块，目测调整摄像头位置，使遮光罩基本与接筒同轴。

按图大致安排元件，数字指的是杆座的间距，不必苛求准确。

透射光路 放置钠灯，调节高低等使照射均匀

连接计算机，按使用手册操作，要点如下:
　　1.先取800x600，反应速度快，便于调节。以后再选大尺寸的。
　　2.轻轻移动牛顿环底座，观察屏幕，可以看到牛顿环出现。
　　3.平移摄像头，使牛顿环位于图像中心部位。
　　4.开大光圈以减少景深，这样容易定位。
　　5.仔细移动杆座，观测屏幕。注意整体上牛顿环最清晰。
　　6.固紧牛顿环，适当缩小光圈，加大景深。
　　7.调节钠灯、散射屏的位置，使得图像照明均匀，横向的干扰条纹最弱（是50Hz纹波，一般光强越大，条纹越明显，可以拉开灯的距离）。

优化摄像头参数
　　在摄像头参数自动设置的情况下获取的不一定是最优的，可以手动设置。

摄像头参数优化后的透射光路图像 800x600

参数设置前后对比

反射光路 注意，反射光路中绝大部分光从牛顿环中反向透过去了，能利用到的光能较少，所以牛顿环后部不能有反射率高的物体，操作环境也要暗。

1.导轨相应位置放上透/反射镜，45°角，把灯放到与导轨垂直的位置。
2.调节灯的位置，使牛顿环照明均匀。可看到，图像反差明显增大。
3.开大光圈，左右轻微移动牛顿环底座。注意观察条纹明暗部位的细节变化，精确定位，使图像更清晰，然后再缩小光圈。

换反射光路后

反射光路，光源为激光532nm。

标尺拍摄
1.导轨上其它都不变，只用标尺替换牛顿环。特别注意像距绝对不能变。
2.调整标尺方向及与光轴的角度，锁紧标尺杆。缓慢左右移动底座，使图像变清晰，开大光圈仔细定位，然后再缩小光圈。
3.建议用透射光路拍摄（但是透/反镜不要动），效果会比反射光路好很多。

透射光路

反射光路。因为标尺片平行度很好，出现了等倾干涉。

关于图形参数测量，为了不失通用性，我们用的是微软办公套件中的visio，具体操作请见测量操作指导。

图像畸变及比例测量

x=110.50 y=110.52

　　x-y的相对误差为E=0.018%。

图像畸变及比例测量

　 三点定圆，与标尺的圆符合的很好。
　　因加工精度关系，牛顿环的圆度不是很好，在定点时要注意选取点位。

放了三种标尺测量，五毫米间距的读数基本接近。

绿色激光532nm，反射光路。