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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本科实验报告课程名称：物理光学实验姓 名：郭天翱系：光电信息工程学系专 业：信息工程（光电系）学 号：指导教师：蒋凌颖2012年 11月27日专业：光电信息工程姓名： 郭天翱 学号： 日期：2012年 月 日地点：紫金港东1A407实验报告课程名称：_物理光学实验_指导老师：_成绩：_实验名称： 迈克尔逊干涉仪实验 实验类型：_ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求装 订 线1、掌握迈克耳逊干涉仪的结构、原理、调节方法；2
2、、用迈克耳逊干涉仪观察平板干涉条纹的特征，测定单色光波长；3、观察白光干涉条纹，测量光波的相干长度；二、 实验原理图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分光线“1”和“2”。光线“2”射到M2上被反射回来后，透过G1到达E处；光M1M2激光器EG1G2 2 k 1 图1 迈克尔逊干涉仪 图2 非定域干涉线“1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，反射到达E处。这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。光线“1”也可看作是从M1在半透明层中的虚像M1反射来的。在研究干涉时，M1与M1是等效的。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象
3、可以等效为M1与M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从 反射至屏的光程，的距离为M1和M2之间距离的二倍，即2。虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。1、等倾干涉（定域干涉）若M2和M1严格垂直，M2与M1互相平行，虚光板各处的厚度h相同。这时影响光程差的因素只有入射角，当用会聚或者发散光束照明干涉仪时，具有相同入射角的光经M1和M2反射后在其相遇点有相同的光程差，因而入射角相同的光形成同一级干涉条纹，称为等倾条纹。等倾条纹呈圆环状，条纹分布内
4、疏外密。在扩展光源照明下，等倾条纹定位于无穷远，因而通常观察这种条纹需要采用望远镜系统。干涉场中某一点所对应的两支相干光线的光程差为光波波长的整数倍时，即该点为亮条纹中心；而光程差为光波长的半整数倍时，即该点为暗条纹中心。对于等倾圆环条纹，中心处于干涉级m0最高，由圆心向外，依次降低，当观察圆心附近的条纹时；亮、暗条纹的条件分别为和.这是如果转动丝杆使M2移动以改变虚平板厚度h时，h每减少时，条纹便向圆中心收缩并消失一个，如果测量出中心处条纹共消失N个时M2镜的移动距离，由关系式，便可计算出光波长。2、等厚干涉条纹（定域干涉）若M2和M1相互不垂直，M2和M1间就有一楔角，这是若用平行光照明或
5、者使用孔径很小的观察系统（如人眼），使整个视场内入射角的变化可以忽略不计，则两支相干光束的光程差的变化只依赖于虚光板的厚度h的变化。干涉条纹是虚平板厚度相同点的轨迹，称为等厚条纹。通常M1和M2的平面度很好，等厚条纹是相互平行的等间距直条纹，条纹的方向与虚平板的交棱平行。当用扩展光源照明时，若虚光板的厚度不大，等厚条纹就定位在虚平板表面（M1）附近，观察这种条纹需要采用放大镜，或者人眼直接观察虚平板表面。当和h都不能视为常数时，将同时对光程产生影响，这时条纹形状介于等倾等厚之间，称为混合条纹。3、非定域干涉如果光源是单色点光源，无论是在等倾干涉还是在等厚干涉的情况下，条纹都是非定域的，采用HE
6、-NE激光器作光源，由于光源的空间相干性很好，可以将其看作点光源。这时用一毛玻璃屏插在干涉仪的出射光路中的任何位置，均可以观察到干涉条纹。4、白光条纹白光照明，当两路相干光束的光程差为零或者零程差附近的位置，可以观察到白光干涉条纹。中央零级为白（或黑）的彩色条纹。三、主要仪器设备HE-NE激光器、白炽灯、扩束镜、准直镜、会聚镜、迈克尔逊干涉仪。整个装置包括三部分：照明系统、干涉系统和观察系统，如图1所示。1干涉系统迈克尔逊干涉仪，如图2所示G1分光镜，它是在第二表面镀以半反射介质膜的平行平面板。G2是一块与G1全同的平板，成为补偿板，它与G1平行。M1和M2都是平面反射板，两镜的背面各有三个调
7、节螺钉，用来调整镜面的空间取向。M2的镜座上还有垂直安装的两只微调螺钉，用来对M2的空间取向作微调。2、观察系统 为了观察不同类型的干涉，观察系统可以是望远镜、放大镜或者是人的眼睛。3、照明系统 本实验单色光源为HE-NE激光器，激光经扩束准直，再经L2会聚。四、实验内容1、观察单色光等厚干涉条纹（1）调整及抱起使其光束基本平行于实验台面，并使光斑位于镜面中心。在毛玻璃上看到M1，M2反射形成的两套光斑，调整M1，M2，使光斑严格重合。（2）在入射光路中加入扩束镜，并调整。这时在毛玻璃上观察到弧形或圆形的干涉条纹。（3）加入准直透镜L1，调整L1位置，直到毛玻璃上出现直条纹，再插入L2，毛玻璃
8、上出现圆环条纹。如果条纹很多，应该转动手轮移动M1，使条纹减少到1-3。（4）使用微调螺杆调整M2的倾斜方向，和移动M1。观察原干涉条纹的变化，并记录。2、观察单色光的等倾干涉条纹（1）在上一步观察到的等厚条纹基础上，微调，是等厚干涉间距逐渐变大，直到视场中仅有一条条纹。（2）L1后放置会聚镜L2，并使照明在M1和M2上的光斑尽可能小。（3）观察系统采用毛玻璃屏，可以看到等倾圆环。（4）移动M1观察等倾圆环的变化，并记录。3、测量单色光波长（1）转动粗动手轮，使屏上的等倾条纹的数目适中（2）转动微动手轮，可见到圆条纹缓缓向中心收缩，并在中心消失，记下读数S1；（3）继续向一个方向转动微调手轮，
9、观察条纹在中心消失50个，记下读数S2；（4）重复三次，并作记录4、观察白光的彩色条纹（1）在观察到单色等倾条纹的基础上，移动M1，直到在视场中只剩下一个条纹。（2）移去毛玻璃屏，用一白炽灯照亮干涉仪，用眼睛观察，继续按原来方向转动手轮，直到出现彩色条纹。（3）调整M2观察彩色条纹的变化，移动M1观察彩色条纹的变化，并做记录。五、实验数据记录和处理1.记录在实验过程中观察到的现象，并加以解释1) 观察单色光等厚干涉条纹时，微调螺杆（3）和（4），或微动手轮移动M1，观察到原等厚干涉条纹发生移动，而且间距变大。等厚干涉的发生是由于M2（虚镜面）和M1之间存在楔角。调整螺杆（3）和（4），或微动手
10、轮都会导致M1和M2之间的角度和距离发生一定的变化，从而使得等厚干涉条纹发生移动或者间距发生变化。2) 在观察白光的彩色条纹时，调整M2相当于改变M1和M2之间的夹角，可以观察到彩色条纹的弯曲程度和粗细发生了变化；移动M1即改变M1和M2之间的距离，可以观察到彩色条纹由细变粗，然后又变细。2.测量单色光波的数据处理 (mm) (mm)N(nm)10.647400.663330.0159350637.620.663340.679360.0160250640.430.711360.727700.0163450653.2643.7nm相对误差：（643.7-632.8）/632.8*100%=1.7
11、%六、思考题1补偿平板G2的主要作用是什么？对它有什么要求？答：补偿板G2主要是为了平衡光线在平板G1中的光程差，G2板应该和G1板完全一样，并且摆放位置也要与G1板平行。2为什么观察等厚条纹时，一定要使L1出射光束为平行光？如果不满此条件条纹是否为等厚条纹？答：如果不为平行光，则相位会有差别，不满足等厚干涉的条件。因此不满足此条件不是等厚条纹。3观察等倾条纹时，要求入射光束只照亮M1和M2表面上较小区域，这有什么好处？答：由于定域深度的大小与光源的宽度成反比，照亮区域小相当于光源的宽度变小了，因此定域的深度增大，使得在观察条纹时更容易找到干涉条纹，并且条纹更加清晰，方便观察和计数。4请考虑利
12、用干涉方法测量一块均匀的已知厚度的透明平行薄片折射率的方法。调整迈克尔逊干涉仪，直至视场中等倾条纹数至最少，再在一条光路上放上该透明平行薄片，移动手轮，使得视场中的等倾条纹数再次达到最少，测得移动的距离为S，则，由此可以求得薄片的折射率。 专业：光电信息工程姓名： 学号： 日期：2012年 月 日地点：紫金港东1A407实验报告课程名称：_物理光学实验_指导老师：_成绩：_实验名称： 用F-P干涉仪测量钠黄光波长差实验 实验类型：_ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心
13、得一、实验目的和要求装 订 线1、观察多光束干涉的条纹特征2、学会法布里-珀罗干涉仪的调整，及光波微小波长差的测量二、 实验内容 法布里珀罗（F-P）干涉仪是由两块内表面镀有高反射膜（介质膜或金属膜）的相互平行的高平面度玻璃板或石英板组成，根据平行平面板反射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹的基本原理制造的，如图所示，F-P干涉仪的主要部件是两块各有一面镀高反射膜的玻璃板G1和G2，使镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜，利用这层空气膜就能够产生多光束干涉现象。若有一定光谱宽度的单色扩展光源发出的发散光照明法-珀干涉仪，则在透镜L的焦面上将形成一系列细锐的等倾亮条纹，若透镜L的光轴和干涉仪的
14、板面垂直，则在透镜焦面上形成一组同心圆亮条纹。通常多光束情况下观察透射光条纹，条纹细而锐，波长差非常小的两条光谱线的同级条纹角半径稍有不同而能清晰的被分开，从而能直接进行测量。所以，法-珀干涉仪（标准具）是一种高分辨率的光谱仪器，常用于研究谱线的精细结构。当光源发出有微小波长差的两谱线时，由法-珀干涉仪产生多光束干涉条纹，对于干涉场的某一点，可写出两个相接近谱线的程差表示式： 对于不同波长的光波，所对应的干涉级差为： 考虑干涉场中心附近的点（可认为0），则可计算波长差公式为： 式中，为的平均波长，一般由低分辨率仪器测定； e为两波长同级条纹之相对位移，e是同一波长的条纹间距ee当改变法-珀干涉仪两板之间的间距h，
