浙江大学物理光学实验报告 (500字)

课程名称：姓 名：系：专 业：学 号：指导教师本科实验报告物理光学实验郭天翱光电信息工程学系信息工程（光电系）3100101228蒋凌颖20121127实验报告课程名称物理光学实指导老师成绩实验名称实验类型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、实验目的和要求1、掌握迈克耳逊干涉仪的结构、原理、调节方法；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22m2m1图2非定域干涉g2射到m1，m1反射回来后再透过g2射到k上，反射到达e”也可看作是从m1虚像m1ˊ与m1生的干涉现象可以等效为m1ˊ与m2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m1和m2反射后可看成由两个光源s1和s2发出的（见图，s1s2为点光源sg1m1m2g1s2离为m1ˊ和m2之间距离d2ds1s2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m2m1与m1hm1和m2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错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源m2移动以改变虚平板厚度hn个时m2引用源。，由关系式错误！未找到引用源。，便可计算出光波长。2、等厚干涉条纹（定域干涉）若m2m1和m1（如人眼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采用he-ne4、白光条纹纹。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。加入准直透镜，调整l1位置，直到毛玻璃上出现直条纹，再插入l2，出现圆环条纹。如果条纹很多，应该转动手轮移动m1，1-3。使用微调螺杆调整m2的倾斜方向，和移动m1并记录。2、观察单色光的等倾干涉条纹仅有一条条纹。l1后放置会聚镜l2，并使照明在m1m2（3）毛玻璃屏，可以看到等倾圆环。（4）移动m13、测量单色光波长转动粗动手轮，使屏上的等倾条纹的数目适中转动微动手轮，可见到圆条纹缓缓向中心收缩，并在中心消失，记下读数s1；50s2；重复三次，并作记录4、观察白光的彩色条纹在观察到单色等倾条纹的基础上，移动直到出现彩色条纹。调整m2观察彩色条纹的变化，移动m1五、实验数据记录和处理1.记录在实验过程中观察到的现象，并加以解释观察单色光等厚干涉条纹时，微调螺杆）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m（虚镜面）和m1之间存在楔角。调整螺杆）和4，或微动手轮都会导致m1和m2移动或者间距发生变化。在观察白光的彩色条纹时，调整m2m1m2’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。六、思考题补偿平板g2g2g1g1并且摆放位置也要与g1l1等厚条纹？等厚条纹。m1和m24．请考虑利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。调整迈克课程名称物理光学实指导老师成绩实验名称实验类型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、实验目的和要求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）的相互平行的高装平面度玻璃板或石英板组成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（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。涉场的某一点，可写出两个相接近谱线的程差表示式：订线??2hcos??m1?1??2hcos??m2?2对于不同波长的光波，△所对应的干涉级差为：(?m)?m1?m2?(?1??2)?2?1cos?考虑干涉场中心附近的点（θ0，则可计算波长差公式为：(?)(?e)(??)??1??2??2he?1,?2e移，e2当改变法-珀干涉仪两板之间的间距h，两波长条纹之相对位移为（△e）=e，(?)(??)?2(?h)而相应的两板间距变化为（h，则有测出两波长条纹从一次重合到再一次重合的间距变化，即可求得两谱线的微小波长差（△λ）2三、主要仪器设备钠光灯、聚光灯、小孔光栏、准直镜、汇聚镜、法-珀干涉仪、滤色片四、操作方法和实验步骤法布里-珀罗干涉仪外形如图3所示，由迈克尔干涉仪改装而成，仪器的调节机构与迈克尔干涉仪相同1、调整干涉仪使两平板内表面平行42~3mm经平板多次反射产生的一系列光阑的反射像（多光束等厚干涉图4实验装置原理简图2、观察钠黄光的多光束干涉条纹反射镜微调螺丝，使两镜与入射光束垂直。3、测量钠双线的波长差调节微动机构，改变两镜距离，分离 重合的变化全过程测量两组条纹从一次重合到下一次重合时两镜间距的变（△，连测三次，求取钠双线波长差的平均值。分开之间距变化，取其中间位置作为一次重合之位置进行计算。本实验主要是仪器及多光束干涉条纹的观察及测量光束干涉条纹的特征应着重讨论。五、实验数据记录和处理造成误差的主要原因是视场中两个不同系列的条纹不是很好区分误差。六、思考题的知识，解释这一现象。由公式??=2?e2he可知，当程差发生变化，即h发成变化时，?e也将发生变化。随着?e的变化，干涉条纹从重合的一套条纹变成了两套条纹，因此会觉得条纹从模糊变清晰或者从清晰变模糊。利用已学过的双光束和多光束干涉装置，试提出几种测量钠双线之微小波长差的方法。????e?dd失的个数(m?1)???m?(????)得????m实验报告课程名称物理光学实指导老师成绩 实验名称实验类型一实验目的和要（必填二实验内容和原（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1、观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点；2、用牛顿环测定平凹透镜的曲率半径；二、实验内容牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光装学玻璃平板（平晶）上构成的，如图3的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，后，将发生干涉。从透镜上看到的干涉图3实验原理图订线花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环（如图4所示同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此它属于等厚干涉。图4实验光路图由图3可见，如设透镜的曲率半径为ｒ，与接触点ｏ相距为ｒ处空气层的厚度为ｄ，其几何关系式为：r2?(r?d)2?r2?r2?2rd?d2?r2?由于ｒ>>ｄ，可以略去d2得?r2d? 2r (1)带来?/2??2d?产生暗环的条件是：?2 (2)??(2k?1)?2?? 其中(2)和(3)式可得第ｋ级暗环的半径为：r2?kr? (4)由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，测出第ｍ级的暗环半径rm，即可得出平凸透镜的曲率半径ｒ；反之，如果ｒ已知，测出rm后，就可计算出入射单色光波的波长。但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的点或者空气间隙层中有了灰尘，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环的几何中心。实际测量时，可以通过测量距中心较远的两个暗环的半径rmrnrm2?mr?两式相减可得rm2?rn2?r(m?n)?rn2?nr?rm2?rn2dm2?dn2所以r?或r?(m?n)?4(m?n)? （5）由上式可知,只要测出dm与n分别为第m与第n条暗环的直径ｒ这样就可避免实验中条纹级数难于确定的困难，还可克服确定条纹中心位置的困难。三、主要仪器设备牛顿环仪、读数显微镜、钠灯四、操作方法和实验步骤一、用牛顿环测量透镜的曲率半径1、调节牛顿环仪上螺钉，用眼睛观察使牛顿环的中心处于牛顿环仪的中心；2、将牛顿环3、调节显微镜，直至看清干涉条纹；4、观察条纹的分布特征。查看各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔是否一样，并解释；5、测量透镜的直径。6、自拟表格记录实验数据。五、实验数据记录和处理1.观察条纹的分布特征，可以发现牛顿环中心是暗斑，粗细和间隔不一致。r2?kr?可知，暗条纹的半径的平方和级数成正比，因此级数越大时，暗条纹的间距会越小。六、思考题1.能否用牛顿环装置测量非球面的曲率？如果曲率变化比较慢的情况下，可以将非球面近似为球面，因此可以测量。2.若看到的牛顿环局部不圆，这说明了什么？说明被测量的透镜表面有缺陷，如凸出，凹陷等。实验报告课程名称物理光学实指导老师成绩实验名称实验类型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、实验目的和要求1、了解法布里-珀罗标准具的结构，学会使用标准具。2、用法布里-珀罗标准具测定汞绿线（λ=546.07nm）的精细结构。二、实验内容=546.07nm）精细结构。装在内表面之间形成多次反射以产生多光束之间的干涉（图成一小楔角，用以防止对内表面反射光的干扰，两内表面的间隔做成固定式的，一般是由膨胀系数很小的铟钢制成空心圆柱形间隔器。订线的焦面上将形成一系列希瑞的等倾亮条纹，当透镜的光轴与标准具的板面垂而能直接进行测量。若错误！未找到引用源。是被测谱线的波长范围，则用来测量此谱线的精细结构的法布里-珀罗标准具的参数选配应满足条件式中，称错误！未找到引用源。为标准具常数或自由光谱范围，他表示与间距h相对应的标准具所能测量的最大波长范围；称为标准具的分辨本领，错误！未找到引用源。为相应h，r时标准具所能分辨的最小波长差。另外，由等倾干涉知识可知，在焦距f的透镜焦面上形成的干涉条纹中，从中心向外数第n个亮圆条纹的直径为未找到引用源。是干涉级小数。因此，测出第p和第q个亮纹的直径dp、dq，则有关系式，式中错误！故有：错误！未找到引用源用源。的干涉圆环中心干涉级小数。如对各个波长的圆环分别求出中心干涉小数错误！未找到引用源关系式：可得到波长差表式：平均波长和强度最大的主线的波长；错误！未找到引用源。是同一波长的多个干涉圆直径求得的错误！未找到引用源。的平均值。三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤如图2所示，用发散光照射fp标准具，并由会聚透镜接收，则在透镜焦面上形成汞绿线的精细结构。汞绿线的精细结构主要由汞的同位素错误！未找到引用源。产生的谱线形546.1nm。1按图2布置大致安排光路，使各元件等高；2标准具调整本实验选用间距h=5mm的法布里-珀罗的标准具，标准具反射面多层介质高反膜的反射率r=0.95,标准具上配有一个微调支架，支架可前后左右微动10°左右。平动，此时两平板严格平行，得到理想的等倾条纹。3、精细结构的测量（1）按图2所示光路放入准直物镜，利用自准直方法调整准直镜位置，使从准直镜出射（或发散光照明标准具，其后焦面上形成清晰地同心圆条纹。五、实验数据记录和处理干涉图样如图：20六、思考题由实验数据，验证dr2?dr2?2是常数由实验数据可知，22d?drr?2=92901（nm2）α线：22d?drr?2=91728（nm2）β线：γ线：dr?dr?2=93900（nm2）22可以求出三者的均值为92843，标准差为887，相对于差值来说这个标准差很小，因此可以认为dr2?dr2?2是常数h=5mm-珀标准具，试分析原因。答：用法珀标准具测量两相近波长的波长差，目标光线的波长差须满足：(△λ)min<=△λ<=(△λ)s.r；h=5mm，所以（△λ）s.r=0.0298nm，大于所要测的波长差，因此可以用来测量。用本实验装置能否测定钠双线？为什么？0.6n其不在该标准具的测量范围之内。21实验报告课程名称物理光学实指导老师成绩实验名称实验类型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、实验目的和要求1、了解激光平面干涉的结构原理及装调方法；2、组装平面干涉仪，获取干涉图；3、学会从干涉图分析被测光学零件的面形误差。三、实验内容装订线he-ne激光器发出的激光经扩束准直后，直接入射到标准平板和待测平板。激光平面干涉仪是通过观察标准平面与被检平面之间的楔形空气层所产生的等厚干涉条纹的变形情况来检测待测平板的面形的。若通过cmos接收到的等厚干涉条纹弯曲表明被测平面不平条纹间距为，则被测平板