浙江大學(xué)物理光學(xué)實驗報告 (500字)

課程名稱：姓 名：系：專 業(yè)：學(xué) 號：指導(dǎo)教師本科實驗報告物理光學(xué)實驗郭天翱光電信息工程學(xué)系信息工程（光電系）3100101228蔣凌穎20121127實驗報告課程名稱物理光學(xué)實指導(dǎo)老師成績實驗名稱實驗類型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、掌握邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理、調(diào)節(jié)方法；2、用邁克耳遜干涉儀觀察平板干涉條紋的特征，測定單色光波長；3、觀察白光干涉條紋，測量光波的相干長度；二、實驗原理22m2m1圖2非定域干涉g2射到m1，m1反射回來后再透過g2射到k上，反射到達(dá)e”也可看作是從m1虛像m1ˊ與m1生的干涉現(xiàn)象可以等效為m1ˊ與m2用凸透鏡會聚的激光束是一個很好的點光源，它向空間發(fā)射球面波，從m1和m2反射后可看成由兩個光源s1和s2發(fā)出的（見圖，s1s2為點光源sg1m1m2g1s2離為m1ˊ和m2之間距離d2ds1s2的空間處處相干，這種干涉是非定域干涉。1、等傾干涉（定域干涉）若m2m1與m1hm1和m2因而通常觀察這種條紋需要采用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。干涉場中某一點所對應(yīng)的兩支相干光線的光程差為光波波長的整數(shù)倍時，即該點為亮條紋中心；而光程差為光波長的半整數(shù)倍時，即該點為暗條紋中心。對于等傾圓環(huán)條紋，中心處于干涉級m0最高，由圓心向外，依次降低，當(dāng)觀察圓心附近的條紋時；亮、暗條紋的條件分別為錯誤！未找到引用源。和錯誤！未找到引用源m2移動以改變虛平板厚度hn個時m2引用源。，由關(guān)系式錯誤！未找到引用源。，便可計算出光波長。2、等厚干涉條紋（定域干涉）若m2m1和m1（如人眼h的變化。干涉條紋是虛平板厚度相同點的軌跡，稱為等厚條紋。通常m1和m2的平面度很好，等厚條紋是相互平行的等間距直條紋，條紋的方向與虛面（m1）附近，觀察這種條紋需要采用放大鏡，或者人眼直接觀察虛平板表面。當(dāng)和h都不能視為常數(shù)時，將同時對光程產(chǎn)生影響，這時條紋形狀介于等傾等厚之間，稱為混合條紋。3、非定域干涉如果光源是單色點光源采用he-ne4、白光條紋紋。中央零級為白（或黑）的彩色條紋。三、主要儀器設(shè)備he-ne激光器、白熾燈、擴束鏡、準(zhǔn)直鏡、會聚鏡、邁克爾遜干涉儀。整個裝置包括三部分：照明系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)和觀察系統(tǒng)，如圖1所示。1干涉系統(tǒng)——邁克爾遜干涉儀，如圖2所示g1分光鏡，它是在第二表面鍍以半反射介質(zhì)膜的平行平面板。g2是一塊與g1全同的平板，成為補償板，它與g1平行。m1和m2都是平面反射板，兩鏡的背面各有三個調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)整鏡面的空間取向。m2的鏡座上還有垂直安裝的兩只微調(diào)螺釘，用來對m2的空間取向作微調(diào)。2、觀察系統(tǒng)為了觀察不同類型的干涉，觀察系統(tǒng)可以是望遠(yuǎn)鏡、放大鏡或者是人的眼睛。3、照明系統(tǒng)本實驗單色光源為he-ne激光器，激光經(jīng)擴束準(zhǔn)直，再經(jīng)l2會聚。四、實驗內(nèi)容1、觀察單色光等厚干涉條紋（1）調(diào)整及抱起使其光束基本平行于實驗臺面，并使光斑位于鏡面中心。在毛玻璃上看到m1，m2反射形成的兩套光斑，調(diào)整m1，m2，使光斑嚴(yán)格重合。（2）在入射光路中加入擴束鏡，并調(diào)整。這時在毛玻璃上觀察到弧形或圓形的干涉條紋。加入準(zhǔn)直透鏡，調(diào)整l1位置，直到毛玻璃上出現(xiàn)直條紋，再插入l2，出現(xiàn)圓環(huán)條紋。如果條紋很多，應(yīng)該轉(zhuǎn)動手輪移動m1，1-3。使用微調(diào)螺桿調(diào)整m2的傾斜方向，和移動m1并記錄。2、觀察單色光的等傾干涉條紋僅有一條條紋。l1后放置會聚鏡l2，并使照明在m1m2（3）毛玻璃屏，可以看到等傾圓環(huán)。（4）移動m13、測量單色光波長轉(zhuǎn)動粗動手輪，使屏上的等傾條紋的數(shù)目適中轉(zhuǎn)動微動手輪，可見到圓條紋緩緩向中心收縮，并在中心消失，記下讀數(shù)s1；50s2；重復(fù)三次，并作記錄4、觀察白光的彩色條紋在觀察到單色等傾條紋的基礎(chǔ)上，移動直到出現(xiàn)彩色條紋。調(diào)整m2觀察彩色條紋的變化，移動m1五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1.記錄在實驗過程中觀察到的現(xiàn)象，并加以解釋觀察單色光等厚干涉條紋時，微調(diào)螺桿）和4，或微動手輪移動m1，觀察到原等厚干涉條紋發(fā)生移動，而且間距變大。等厚干涉的發(fā)生是由于m（虛鏡面）和m1之間存在楔角。調(diào)整螺桿）和4，或微動手輪都會導(dǎo)致m1和m2移動或者間距發(fā)生變化。在觀察白光的彩色條紋時，調(diào)整m2m1m2’之間的夾角，可以觀察到彩色條紋的彎曲程度和粗細(xì)發(fā)生了變化；移動m1即改變m1和m2’之間的距離，可以觀察到彩色條紋由細(xì)變粗，然后又變細(xì)。六、思考題補償平板g2g2g1g1并且擺放位置也要與g1l1等厚條紋？等厚條紋。m1和m24．請考慮利用干涉方法測量一塊均勻的已知厚度的透明平行薄片折射率的方法。調(diào)整邁克課程名稱物理光學(xué)實指導(dǎo)老師成績實驗名稱實驗類型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、觀察多光束干涉的條紋特征2、學(xué)會法布里-珀羅干涉儀的調(diào)整，及光波微小波長差的測量二、實驗內(nèi)容法布里－珀羅（f-p）干涉儀是由兩塊內(nèi)表面鍍有高反射膜（介質(zhì)膜或金屬膜）的相互平行的高裝平面度玻璃板或石英板組成干涉儀的主要部件是兩塊各有一面鍍高反射膜的玻璃板g1和g2光束干涉現(xiàn)象。若有一定光譜寬度的單色擴展光源發(fā)出的發(fā)散光照明法-珀干涉儀，則在透鏡l的焦面上將形成一系列細(xì)銳的等傾亮條紋，若透鏡l的光軸和干涉儀的板面垂直，則在透鏡焦面上形成一組同心圓亮條紋。通常多光束情況下觀察（標(biāo)準(zhǔn)具是一種高分辨率的光譜儀器，常用于研究譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。涉場的某一點，可寫出兩個相接近譜線的程差表示式：訂線??2hcos??m1?1??2hcos??m2?2對于不同波長的光波，△所對應(yīng)的干涉級差為：(?m)?m1?m2?(?1??2)?2?1cos?考慮干涉場中心附近的點（θ0，則可計算波長差公式為：(?)(?e)(??)??1??2??2he?1,?2e移，e2當(dāng)改變法-珀干涉儀兩板之間的間距h，兩波長條紋之相對位移為（△e）=e，(?)(??)?2(?h)而相應(yīng)的兩板間距變化為（h，則有測出兩波長條紋從一次重合到再一次重合的間距變化，即可求得兩譜線的微小波長差（△λ）2三、主要儀器設(shè)備鈉光燈、聚光燈、小孔光欄、準(zhǔn)直鏡、匯聚鏡、法-珀干涉儀、濾色片四、操作方法和實驗步驟法布里-珀羅干涉儀外形如圖3所示，由邁克爾干涉儀改裝而成，儀器的調(diào)節(jié)機構(gòu)與邁克爾干涉儀相同1、調(diào)整干涉儀使兩平板內(nèi)表面平行42~3mm經(jīng)平板多次反射產(chǎn)生的一系列光闌的反射像（多光束等厚干涉圖4實驗裝置原理簡圖2、觀察鈉黃光的多光束干涉條紋反射鏡微調(diào)螺絲，使兩鏡與入射光束垂直。3、測量鈉雙線的波長差調(diào)節(jié)微動機構(gòu)，改變兩鏡距離，分離 重合的變化全過程測量兩組條紋從一次重合到下一次重合時兩鏡間距的變（△，連測三次，求取鈉雙線波長差的平均值。分開之間距變化，取其中間位置作為一次重合之位置進行計算。本實驗主要是儀器及多光束干涉條紋的觀察及測量光束干涉條紋的特征應(yīng)著重討論。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理造成誤差的主要原因是視場中兩個不同系列的條紋不是很好區(qū)分誤差。六、思考題的知識，解釋這一現(xiàn)象。由公式??=2?e2he可知，當(dāng)程差發(fā)生變化，即h發(fā)成變化時，?e也將發(fā)生變化。隨著?e的變化，干涉條紋從重合的一套條紋變成了兩套條紋，因此會覺得條紋從模糊變清晰或者從清晰變模糊。利用已學(xué)過的雙光束和多光束干涉裝置，試提出幾種測量鈉雙線之微小波長差的方法。????e?dd失的個數(shù)(m?1)???m?(????)得????m實驗報告課程名稱物理光學(xué)實指導(dǎo)老師成績 實驗名稱實驗類型一實驗?zāi)康暮鸵ū靥疃嶒瀮?nèi)容和原（填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、觀察光的等厚干涉現(xiàn)象，熟悉光的等厚干涉的特點；2、用牛頓環(huán)測定平凹透鏡的曲率半徑；二、實驗內(nèi)容牛頓環(huán)裝置是由一塊曲率半徑較大的平凸玻璃透鏡，以其凸面放在一塊光裝學(xué)玻璃平板（平晶）上構(gòu)成的，如圖3的空氣層厚度從中心到邊緣逐漸增加，后，將發(fā)生干涉。從透鏡上看到的干涉圖3實驗原理圖訂線花樣是以玻璃接觸點為中心的一系列明暗相間的圓環(huán)（如圖4所示同一干涉環(huán)上各處的空氣層厚度是相同的，因此它屬于等厚干涉。圖4實驗光路圖由圖3可見，如設(shè)透鏡的曲率半徑為ｒ，與接觸點ｏ相距為ｒ處空氣層的厚度為ｄ，其幾何關(guān)系式為：r2?(r?d)2?r2?r2?2rd?d2?r2?由于ｒ>>ｄ，可以略去d2得?r2d? 2r (1)帶來?/2??2d?產(chǎn)生暗環(huán)的條件是：?2 (2)??(2k?1)?2?? 其中(2)和(3)式可得第ｋ級暗環(huán)的半徑為：r2?kr? (4)由(4)式可知，如果單色光源的波長已知，測出第ｍ級的暗環(huán)半徑rm，即可得出平凸透鏡的曲率半徑ｒ；反之，如果ｒ已知，測出rm后，就可計算出入射單色光波的波長。但是用此測量關(guān)系式往往誤差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的點或者空氣間隙層中有了灰塵，附加了光程差，干涉環(huán)中心為一亮（或暗）斑，均無法確定環(huán)的幾何中心。實際測量時，可以通過測量距中心較遠(yuǎn)的兩個暗環(huán)的半徑rmrnrm2?mr?兩式相減可得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,只要測出dm與n分別為第m與第n條暗環(huán)的直徑ｒ這樣就可避免實驗中條紋級數(shù)難于確定的困難，還可克服確定條紋中心位置的困難。三、主要儀器設(shè)備牛頓環(huán)儀、讀數(shù)顯微鏡、鈉燈四、操作方法和實驗步驟一、用牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑1、調(diào)節(jié)牛頓環(huán)儀上螺釘，用眼睛觀察使牛頓環(huán)的中心處于牛頓環(huán)儀的中心；2、將牛頓環(huán)3、調(diào)節(jié)顯微鏡，直至看清干涉條紋；4、觀察條紋的分布特征。查看各級條紋的粗細(xì)是否一致，條紋間隔是否一樣，并解釋；5、測量透鏡的直徑。6、自擬表格記錄實驗數(shù)據(jù)。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1.觀察條紋的分布特征，可以發(fā)現(xiàn)牛頓環(huán)中心是暗斑，粗細(xì)和間隔不一致。r2?kr?可知，暗條紋的半徑的平方和級數(shù)成正比，因此級數(shù)越大時，暗條紋的間距會越小。六、思考題1.能否用牛頓環(huán)裝置測量非球面的曲率？如果曲率變化比較慢的情況下，可以將非球面近似為球面，因此可以測量。2.若看到的牛頓環(huán)局部不圓，這說明了什么？說明被測量的透鏡表面有缺陷，如凸出，凹陷等。實驗報告課程名稱物理光學(xué)實指導(dǎo)老師成績實驗名稱實驗類型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、了解法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用標(biāo)準(zhǔn)具。2、用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具測定汞綠線（λ=546.07nm）的精細(xì)結(jié)構(gòu)。二、實驗內(nèi)容=546.07nm）精細(xì)結(jié)構(gòu)。裝在內(nèi)表面之間形成多次反射以產(chǎn)生多光束之間的干涉（圖成一小楔角，用以防止對內(nèi)表面反射光的干擾，兩內(nèi)表面的間隔做成固定式的，一般是由膨脹系數(shù)很小的銦鋼制成空心圓柱形間隔器。訂線的焦面上將形成一系列希瑞的等傾亮條紋，當(dāng)透鏡的光軸與標(biāo)準(zhǔn)具的板面垂而能直接進行測量。若錯誤！未找到引用源。是被測譜線的波長范圍，則用來測量此譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的參數(shù)選配應(yīng)滿足條件式中，稱錯誤！未找到引用源。為標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)或自由光譜范圍，他表示與間距h相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)具所能測量的最大波長范圍；稱為標(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng)，錯誤！未找到引用源。為相應(yīng)h，r時標(biāo)準(zhǔn)具所能分辨的最小波長差。另外，由等傾干涉知識可知，在焦距f的透鏡焦面上形成的干涉條紋中，從中心向外數(shù)第n個亮圓條紋的直徑為未找到引用源。是干涉級小數(shù)。因此，測出第p和第q個亮紋的直徑dp、dq，則有關(guān)系式，式中錯誤！故有：錯誤！未找到引用源用源。的干涉圓環(huán)中心干涉級小數(shù)。如對各個波長的圓環(huán)分別求出中心干涉小數(shù)錯誤！未找到引用源關(guān)系式：可得到波長差表式：平均波長和強度最大的主線的波長；錯誤！未找到引用源。是同一波長的多個干涉圓直徑求得的錯誤！未找到引用源。的平均值。三、主要儀器設(shè)備四、操作方法和實驗步驟如圖2所示，用發(fā)散光照射fp標(biāo)準(zhǔn)具，并由會聚透鏡接收，則在透鏡焦面上形成汞綠線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。汞綠線的精細(xì)結(jié)構(gòu)主要由汞的同位素錯誤！未找到引用源。產(chǎn)生的譜線形546.1nm。1按圖2布置大致安排光路，使各元件等高；2標(biāo)準(zhǔn)具調(diào)整本實驗選用間距h=5mm的法布里-珀羅的標(biāo)準(zhǔn)具，標(biāo)準(zhǔn)具反射面多層介質(zhì)高反膜的反射率r=0.95,標(biāo)準(zhǔn)具上配有一個微調(diào)支架，支架可前后左右微動10°左右。平動，此時兩平板嚴(yán)格平行，得到理想的等傾條紋。3、精細(xì)結(jié)構(gòu)的測量（1）按圖2所示光路放入準(zhǔn)直物鏡，利用自準(zhǔn)直方法調(diào)整準(zhǔn)直鏡位置，使從準(zhǔn)直鏡出射（或發(fā)散光照明標(biāo)準(zhǔn)具，其后焦面上形成清晰地同心圓條紋。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理干涉圖樣如圖：20六、思考題由實驗數(shù)據(jù)，驗證dr2?dr2?2是常數(shù)由實驗數(shù)據(jù)可知，22d?drr?2=92901（nm2）α線：22d?drr?2=91728（nm2）β線：γ線：dr?dr?2=93900（nm2）22可以求出三者的均值為92843，標(biāo)準(zhǔn)差為887，相對于差值來說這個標(biāo)準(zhǔn)差很小，因此可以認(rèn)為dr2?dr2?2是常數(shù)h=5mm-珀標(biāo)準(zhǔn)具，試分析原因。答：用法珀標(biāo)準(zhǔn)具測量兩相近波長的波長差，目標(biāo)光線的波長差須滿足：(△λ)min<=△λ<=(△λ)s.r；h=5mm，所以（△λ）s.r=0.0298nm，大于所要測的波長差，因此可以用來測量。用本實驗裝置能否測定鈉雙線？為什么？0.6n其不在該標(biāo)準(zhǔn)具的測量范圍之內(nèi)。21實驗報告課程名稱物理光學(xué)實指導(dǎo)老師成績實驗名稱實驗類型 （必填（必填）（必填）四、（必填）心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、了解激光平面干涉的結(jié)構(gòu)原理及裝調(diào)方法；2、組裝平面干涉儀，獲取干涉圖；3、學(xué)會從干涉圖分析被測光學(xué)零件的面形誤差。三、實驗內(nèi)容裝訂線he-ne激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴束準(zhǔn)直后，直接入射到標(biāo)準(zhǔn)平板和待測平板。激光平面干涉儀是通過觀察標(biāo)準(zhǔn)平面與被檢平面之間的楔形空氣層所產(chǎn)生的等厚干涉條紋的變形情況來檢測待測平板的面形的。若通過cmos接收到的等厚干涉條紋彎曲表明被測平面不平條紋間距為，則被測平板