实验报告格式

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！实验日期：2014年11月24-25日一、实验目的1.干涉的实验目的1)组装调节迈克尔逊干涉仪，观察点光源产生的非定域等厚、等倾干涉条纹记录。2)观察干涉条纹反衬度随光程差变化。了解光源干涉长度的意义，检查防震台稳定性。3)比较平面波和球面波产生干涉条纹的区别。2.衍射的实验目的1)验证夫琅禾费衍射图样的若干规律。2)掌握测量利用光电元件测量光强的方法。3)用Matlab模拟夫琅禾费衍射现象。二、实验仪器1.干涉实验仪器He-Ne激光器，反射镜，衰减器，分光光楔，扩束器，显微物镜镜头，光阑，CCD，配备相关软件的计算机，白板。2.衍射实验仪器He-Ne激光器，反射镜，双凸透镜，狭缝，圆孔，一维光栅，衰减器，CCD，计算机。三、基本原理1.迈克尔逊干涉仪的非定域干涉条纹镜，形成岀射光束，这是第一光束；另一束透过分光棱镜，到达反射镜，经过反的重叠区域放上CCD。干涉原理，如有图所示，其中SMM为互相垂直放置12的平面反射镜。BS为分束镜，放在MM法线的交点上，并分别与M、121M成45°角。电光源S发出球面波经BS的镀膜层分为两束光。这两束光2分别经MM反射又回到BS，在BS上透过和反射的这两束光在BS的右12上可以看到干涉条纹。M与M平行时（及M与M相互垂直），产生圆2121形干涉条纹，当M与M之间有一定小的倾角时，屏幕上的干涉条纹不再21部分）。圆心条纹中心处的光强取决于MM相对的距离d，即：12dIPAB当d=k时，（k为整数），中心出现亮点；当d=(k+1/2)时,中心出dd而粗；当d增大时，条纹变得细而密。2，撒格雷特干涉仪用分振幅法产生两束光以实现干涉的仪器合适的平行光。这束平行光射入分光棱镜之后分为两束，一束由分光P。大，干涉条纹越密。3.马赫曾德干涉仪用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器方两束光的重叠区域放上屏P。若两束光严格平行，则在屏幕不出现干涉条纹；束光交角越大，干涉条纹越密。4.夫琅禾费衍射原理夫琅禾费衍射使光源距离衍射屏为无限远即用平面波照射衍射屏，并在无限远接收的装置。实际上要把光源及接收屏放在离衍射屏无限远处是办不到的。此外，根据菲涅尔近似条件和夫琅禾费近似条件，只要依据近似条件，观察屏相对而言足够远，便是夫琅禾费衍射。（1）夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射花样的特点是：衍射斑条纹方向与狭缝方向相平行，各级衍射斑沿狭缝垂直的方向分布开。在中央具有特别明亮的亮条纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹，绝大部分光能都落在中央条纹上。相邻的亮条纹之间有一条暗条纹，以相邻暗条纹之间的间隔作为亮条纹的宽度，则两侧亮条纹是等宽的。而中央亮条纹的宽度是其他亮条纹的两倍。中央亮条纹的宽度与波长成正比，与狭缝宽度成反比，当缝宽变大时，衍射分布范围变小。0.1～0.3毫米宽），在狭缝后大于1.5米的地方放上观察屏，就可以看到衍射条纹，这就是夫琅禾费衍射条纹。根据理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布规律为：d2II,Bx,BD02式中，d是狭缝宽，是波长，D是单缝位置到光源位置的距离，x是从条纹的中心位置到测量点之间的距离。（2）夫琅禾费圆孔衍射84%以上的相对低很多。的大小，即第一暗环的角半径来衡量,=1.22/D,其中D是圆孔直径，在衍射花样中，亮斑与圆环的边缘都很不清晰，是缓慢变化的。光强衍射花样的线度大不相同。衍射光强分布函数：2Jx2II10x四、实验内容与步骤1.调节迈克尔逊干涉仪（1为平行光，调节反射镜及分束镜仰角，使镜面垂直于光束。（2）观察非定域干涉条纹，按照光路图搭建好光路，首先MM与BS12MMM（或M1212（3）观察条纹反衬度随光程差的变化。移动M（或M）以改变一束1光的光程，观察条纹反衬度的变化，估算相干长度。22.调节萨格奈特干涉仪在迈克尔逊干涉仪的光路中，直接加入一个全反射镜，调节三个反射镜的角度，使两束光最后在CCD面板上重合。基本步骤四步：（1）调光束高度及水平；（2）调平行光；（3）搭光路，量光程；（4）调两光斑的重合。内容：（1）记录实验的数据和显示图。（2观察实验台的稳定性。（3）移动任意一块反射镜，以改变光束方向，一直到干涉条纹消失，观察其灵敏度。3.调节马赫曾德干涉仪在萨格奈特干涉仪的光路中，将加入的全反射镜替换为一个分光束CCD面板上重合。内容：记录实验的数据和显示图。4.调节夫琅禾费衍射装置（1）夫琅禾费圆孔衍射装置调节按如下图的光路搭建光路。实验中调节圆孔的孔径大小，观察衍射条纹的变化。（2）夫琅禾费单缝衍射装置调节夫琅禾费单缝衍射装置的调节是将上述圆孔衍射装置的扩束器去掉，同时将圆孔替换为单缝，即完成夫琅禾费单缝衍射装置的调节。实验中，改变缝宽，观察条纹的变化，并记录相关的数据和条纹现象。五、实验结果及讨论1.迈克尔逊干涉仪实验结果及讨论迈克尔逊干涉仪实物搭建：图1图）图）图经组装好的光路所得平面波与球面波形呈现的都很清晰，实验很成功。但是我们在这个实验中浪费了很长时间，原因无它，就是因为对实验理解上出现了偏差，一度在平面波干涉图样中寻找环形图样，费时很1是M1与M2’距离很小时，得到的干涉图样，比较清晰。当改变距离后得到1.2(b)所示的图样。比较两图，可以看出，变化后，条纹变密且变细。在光路中的加入一个傅里叶透镜得到球面波的干涉图样，如图1.3所示。2.萨格奈特干涉仪实验结果图图经过第一次的教训，我们认真的阅读了实验原理，很顺利的完成了这个实验。3.马赫曾德干涉实验结果图图应该是条纹太密集的原因，图3.1右图所示就是放大之后的结果。4.夫琅禾费衍射实验结果(1)夫琅禾费单缝衍射图图有规律可寻的。缝越窄条纹越宽，但是亮度变暗。（2）夫琅禾费圆孔衍射图CCD里面固件构造有关，也可能是放大镜中存在的问题七、Matlab模拟夫琅禾费衍射1.Matlab模拟夫琅禾费圆孔衍射clearallclcN=256;circle=zeros(N,N);[m,n]=meshgrid(linspace(-N/2,N/2-1,N));r=5;a=0;b=0;%确定圆孔的圆心位置D=((m+a).^2+(n+b).^2).^(1/2);I=find(D<r);circle(I)=1;figure(3)imshow(circle);%显示这个圆孔f1=fft2(circle);f2=abs(f1);f3=fftshift(f2);figure(4)imshow(f3,[]);在一个256*256的屏上，开一个半径为5的圆孔，得结果如下：图2.Matlab模拟夫琅禾费单缝衍射clearallclcSlit=zeros(256,256);%建立一个256*256的空矩阵Slit(10:246,122:134)=1;%在空矩阵中开一个宽为12的单缝imshow(Slit);%显示这个孔f1=fft2(Slit);f2=abs(f1);f3=fftshift(f2);figureimshow(f3,[]);在一个256*256的屏上，开一个缝宽为12的缝，结果如下：图3.Matlab模拟夫琅禾费矩形孔衍射clearallclcRect=zeros(256,256);%建立一个256*256的空矩阵Rect(123.5:132.5,123.5:132.5)=1;%在空矩阵中开一个101*101的方孔imshow(Rect);%显示这个孔f1=fft2(Rect);f2=abs(f1);f3=fftshift(f2);figureimshow(f3,[]);在一个256*256的屏上，开一个边长为5的矩形孔，衍射结果如下：图八、实验思考题回答1.分析、总结干涉实验系统的搭建技巧答：（1）在搭建的过程中，首先是准备好实验所需的光学器件。（2）其次，对所用的光学器件根据激光束的岀射高度进行统一调整。（3）一定要调节平行光，在调节时，要同时微调两个反射面。（4在所要照射的面前，观察光束。2.对于迈克尔逊干涉系统，使用平行光与点光源生成的干涉条纹有什么区别？答：平行光生成的条纹更清晰，且条纹为圆条纹。点光源生成的条纹不是圆条纹，因为，入射光有一定的倾角。3.这三种干涉系统中，干涉条纹的粗细与什么因素有关，请分析。当距离增加时条纹变细；反之，当距离减小时，条纹变粗。（2）萨格奈特干涉仪：条纹的粗细和两束光的交角有关，交角越大，干涉条纹越密。（3）马赫-曾德干涉仪：条纹的粗细和两束光的交角有关，交角越大，干涉条纹越密。4.那么这个距离差是否可以任意调节？为什么？答：不能任意调节。因为激光虽然是单色光，但并不是绝对的单色光，所以，存在一个相干长度，使两个反射镜的距离差在相干长度以内，会得到很好的干涉图样，如果比相干长度大很多，得到的干涉图样就很模糊。5.请问你在实验中遇到什么问题，解决的方法是什么？答：（1）由于实验中需要调节平面镜为45°角，因为没有专门的仪器辅助调节，所以，我们根据光学平台上的孔，对角线是45°来调节。（2作用，从而是衍射图像上出现本不应该出现的亮点，干扰实验。解决的方法是，找到发射光源后，利用一个镜面把它反射到其他地方。6.什么叫光的