光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告要點(diǎn)

光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：姓名學(xué)號(hào)日期序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課時(shí)實(shí)驗(yàn)儀器（臺(tái)套數(shù)）房間指導(dǎo)教師1焦距測(cè)量（分別在焦距儀和光學(xué)平臺(tái)上測(cè)量）4焦距儀（3-4）、光學(xué)平臺(tái)及配件（1-2）西北付輝、樊宏2典型成像系統(tǒng)的組建和分析（在光學(xué)平臺(tái)上搭建顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、投影儀:4)光學(xué)平臺(tái)及配件（1-2）東南付輝、樊宏3典型成像系統(tǒng)的使用（使用商用典型成像系統(tǒng)）4顯微鏡（3）、望遠(yuǎn)鏡（3）、水準(zhǔn)儀（2）東南付輝、樊宏4分光計(jì)的使用（含調(diào)整、測(cè)量角度和聲速）4分光計(jì)（3-4）、超聲光柵（2）東南付輝、樊宏5棱鏡耦合法測(cè)波導(dǎo)參數(shù)4棱鏡波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)儀（2）西南郎賢禮、李建全

6半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性測(cè)試4半導(dǎo)體激光器實(shí)驗(yàn)儀（2）西南郎賢禮、李建全7電光調(diào)制4電光調(diào)制儀2）西南郎賢禮、李建全8法拉第效應(yīng)測(cè)試4法拉第效應(yīng)測(cè)試儀（2）東北郎賢禮、李建全9聲光調(diào)制4聲光調(diào)制儀2）西南郎賢禮、李建全10干涉、衍射和頻譜分析4光學(xué)平臺(tái)（1-2）東北丁蘇紅、劉志健11邁克爾遜干涉儀4邁克爾遜干涉儀（4）東北丁蘇紅、劉志健12氦氖激光器綜合實(shí)驗(yàn)4氦氖激光器綜合實(shí)驗(yàn)儀（3-4）西南西北丁蘇紅、劉志健13光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)4計(jì)算機(jī)（2）東南丁蘇紅、劉志健實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排：12月23或24日晚開(kāi)始（具體時(shí)間屆時(shí)通知）。每晚（7：00-10：30）；前四日輪流進(jìn)行，每次一個(gè)半班。第5天后不分班。大約開(kāi)放12-14個(gè)晚上。每位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不少于八個(gè)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄；2、現(xiàn)象分析、數(shù)據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。（手寫(xiě)或計(jì)算機(jī)編輯不限）。上交：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后十天內(nèi)由班長(zhǎng)收集上交給教師劉志健。考試：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的一至三天。類(lèi)型為簡(jiǎn)答題。成績(jī)：實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)（30）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30）+考試成績(jī)（40）目錄1、 焦距測(cè)量 4TOC\o"1-5"\h\z2、 典型成像系統(tǒng)的組建和分析 73、 典型成像系統(tǒng)的使用 104、 分 光 計(jì) 的 使 用 105、 棱鏡耦合法測(cè)波導(dǎo)參數(shù) 146、 半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性測(cè)試 227、 電光調(diào)制 29

8、法拉第效應(yīng) 38測(cè)試9、聲光調(diào)制---4610、干涉、衍射和頻譜分析--4711、邁克爾遜干涉儀 5812、氦氖激光器綜合實(shí)驗(yàn) 6313、光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)本次所選做九個(gè)實(shí)驗(yàn)依次為:13光學(xué)仿真焦距測(cè)量典型成像系統(tǒng)的組建和分析典型成像系統(tǒng)的使用分光計(jì)的使用棱鏡耦合法測(cè)波導(dǎo)參數(shù)半導(dǎo)體激光器的光學(xué)特性測(cè)試電光調(diào)制9.聲光調(diào)制11.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)一光學(xué)仿真在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了偏振光研究。具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：內(nèi)容一：起偏內(nèi)容二：消光內(nèi)容三：三塊偏振片的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四：圓偏光和橢圓偏振光的產(chǎn)生內(nèi)容五：區(qū)分圓偏振光與自然光；橢圓偏振光與部分偏振光個(gè)人總結(jié)：利用偏振片和波片區(qū)分各光源首先，讓它們分別通過(guò)一個(gè)檢偏器，并將檢偏器繞光傳播方向旋轉(zhuǎn)一周，根據(jù)現(xiàn)象做如下分析：（1）若出現(xiàn)2個(gè)完全消光的位置，則為線(xiàn)偏振光（2）若光強(qiáng)五變化，則可能是自然光和或圓偏振光（3）若光強(qiáng)有變化，但無(wú)消光位置，則為部分偏振光或橢圓偏振光（4）針對(duì)（2）（3）進(jìn)一步區(qū)分，在檢偏器前加一塊1/4波片。此時(shí)再旋轉(zhuǎn)檢偏器（5）若光強(qiáng)無(wú)變化，則入射光為自然光；若出現(xiàn)2個(gè)完全消光的位置，則為圓偏振光（6）當(dāng)波片光軸與與檢偏器透振軸方向平行式，如果出現(xiàn)2個(gè)完全消光的位置，則入射光為圓偏振光；若沒(méi)有消光位置，則為部分偏振光。實(shí)驗(yàn)二焦距測(cè)量（一）用自準(zhǔn)法和位移法測(cè)透鏡焦距1：用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距［實(shí)驗(yàn)裝置］1、帶有毛玻璃白熾燈光源S；2、品字型物像屏P：SZ-14；3、凸透鏡L：f，=190mm；4、二維調(diào)整架：SZ-07；5、平面反射鏡M；6、三維調(diào)整架：SZ-16；7、二維底座：SZ-02；8、三維底座：SZ-01；9、底座：SZ-04；10、底座：SZ-04；［實(shí)驗(yàn)步驟］1、 把全部器件夾好靠在標(biāo)尺上，靠攏，調(diào)至共軸。2、 前后移動(dòng)L,使在P屏上成一清晰的品字形像。3、 調(diào)M的傾角，使P屏上的像與物重合。4、 再前后微動(dòng)L,使P上的像既清晰又與物同大小。5、 分別記下P和L的位置a1、a2。6、 把P和L都轉(zhuǎn)180。，重復(fù)做前四步。7、 再記下P和L新的位置b1、b2。數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算fa=a2-a1fb=b2-b1被測(cè)透鏡焦距：f=（fa+fb）/2a1a2b1b2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象前后移動(dòng)L,在P屏上成一清晰的品字形像。調(diào)M的傾角，P屏上的像與物重合。再前后微動(dòng)L，P上的像既清晰又與物同大小2、用位移法測(cè)凸透鏡焦距［實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖］1、帶有毛玻璃白熾燈光源S；2、品字型物像屏P：SZ-14；3、凸透鏡L：f，=190mm；4、二維調(diào)整架：SZ-07；5、白屏：SZ-13；6、三維底座：SZ-01；7、二維底座：SZ-02；8、三維底座：SZ-01；9、底座：SZ-04；［實(shí)驗(yàn)步驟］1、 把全部器件夾好，放在標(biāo)尺導(dǎo)軌上，靠攏，目測(cè)調(diào)至共軸2、 沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)L，使品型物在屏H上成一清晰的放大像，記下L的位置a13、 在沿導(dǎo)軌向后移動(dòng)L，使物在屏H上成一縮小像，記下L的位置a24、將P、L、H轉(zhuǎn)180。，重復(fù)做前三步，又得到L的兩個(gè)位置b1、b2數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算fa，=（A2-da2）/4Afb，=（A2-db2）/4A透鏡焦距：f，二（fa,+fb,）/2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)L，在品型物在屏H上成一清晰的放大像。在沿導(dǎo)軌向后移動(dòng)L，從而物在屏H上成一縮小像。1、 不能用手摸透鏡的光學(xué)面。2、 透鏡不用時(shí)，應(yīng)將其放在光具座的另一端，不能放在桌面上，避免摔壞。3、 區(qū)分物光經(jīng)凸透鏡內(nèi)表面和平面鏡反射后所成的像，前者不隨平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)而后者移動(dòng)。4、由于人眼對(duì)成像的清晰度分辨能力有限，所以觀(guān)察到的像在一定范圍內(nèi)都清晰，加之球差的影響，清晰成像位置會(huì)偏離高斯像。為使兩者接近，減小誤差，記錄數(shù)值時(shí)應(yīng)使用左右逼近的方法。5、物距像距法測(cè)凹透鏡焦距時(shí)不能找到像最清晰的位置，可能是：(1)輔助凸透鏡產(chǎn)生的像是放大的實(shí)像。(2)輔助凸透鏡與物的距離遠(yuǎn)大于凸透鏡的二倍焦距。6、二種方法測(cè)量凸透鏡的焦距，從理論上講物像法最小、自準(zhǔn)法誤差最大，但自準(zhǔn)法測(cè)量最簡(jiǎn)單，常用做粗測(cè)。物像法測(cè)量時(shí)，物距和相距相等實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)三典型成像系統(tǒng)的組建和分析自組顯微鏡數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算顯微鏡放大率的測(cè)量值：M=100/a顯微鏡放大率的計(jì)算值：M=|25XCA/fo,Xfe,)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和總結(jié)沿標(biāo)尺導(dǎo)軌前后移動(dòng)Fl(Fl緊挨毛玻璃裝置)；直至在顯微鏡系統(tǒng)中看清分劃板F1的刻線(xiàn)。自組望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算望遠(yuǎn)鏡放大率的測(cè)量值：M=100/a望遠(yuǎn)鏡放大率的計(jì)算值：M=V(U1+V1+U2)/(U1XU2)其中：U1二b-a、V1=c-b、U2=d-c實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和總結(jié)1、 把F和Le的間距調(diào)至最大，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)Lo,使一只眼睛通過(guò)Le看到清晰的分劃板F上的刻線(xiàn)。2、 再用另一只眼睛直接看分劃板F上的刻線(xiàn)，讀出直接看到的F上的100條線(xiàn)對(duì)應(yīng)于通過(guò)望遠(yuǎn)鏡所看到F上的刻線(xiàn)格數(shù)a3、 用屏H找到F通過(guò)L所成的像，分別讀出F、Lo、H、Le的位置a、b、c、d自組透射式幻燈一、數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算放映物鏡焦距和聚光鏡焦距的選擇：放映物鏡的焦距：f2=(M/(M+l)2)XD2聚光鏡的焦距：f1=D2/(M+l)-D2/(M+l)2X1/D1其中：D2=U2+V2；Dl=Ul+VlM為像的放大率二、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和總結(jié)1、 L2與H的間隔固定在1.2米左右，前后移動(dòng)P,經(jīng)L2在屏H上成一最清晰的像。2、 聚光鏡L1緊挨底片P的位置固定，拿去底片P，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)光源S，其經(jīng)聚光鏡L1剛好成像于放映物鏡L2的平面上。實(shí)驗(yàn)四典型成像系統(tǒng)的使用使用生物顯微鏡、測(cè)量顯微鏡、數(shù)碼顯微鏡、手持望遠(yuǎn)鏡、天文望遠(yuǎn)鏡等。詳見(jiàn)儀器說(shuō)明書(shū)生物顯微鏡1、調(diào)整儀器將電源插頭插入外接電源插座（插入前應(yīng)檢查電源電壓是否與儀器要求相符）。外接電源必須有接地線(xiàn)。先將電位器調(diào)節(jié)手柄調(diào)到箭頭的小端位置，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)電位器調(diào)節(jié)手柄至燈泡亮度適中的位置。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器，將10X物鏡置入光路中。將標(biāo)本置于工作平臺(tái)上，用片夾固定，轉(zhuǎn)動(dòng)縱尺移動(dòng)手輪和橫尺移動(dòng)手輪使被觀(guān)察物進(jìn)入聚光鏡的照明區(qū)域內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)聚光鏡升降手輪，使聚光鏡上升至定位位置。撥動(dòng)光欄撥桿，將孔徑光欄開(kāi)至中間大小位置。用右眼觀(guān)察，調(diào)焦使物像清晰（可轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)調(diào)焦手輪使工作平臺(tái)上升至見(jiàn)物像輪廓，再用微動(dòng)調(diào)焦手輪調(diào)焦到物像清晰）。用左眼觀(guān)察，并轉(zhuǎn)動(dòng)雙目左鏡筒上的視度調(diào)節(jié)圈，也使標(biāo)本成像清晰。用雙手握住雙目外殼轉(zhuǎn)動(dòng)兩鏡筒，使兩目鏡出瞳中心距離適合您的雙眼瞳距，使兩眼圖像合一為止。轉(zhuǎn)動(dòng)電位器調(diào)節(jié)手柄調(diào)節(jié)光源亮度，撥動(dòng)光欄撥桿調(diào)節(jié)孔徑光欄的大??；也可根據(jù)使用的標(biāo)本情況選擇合適的濾色片放入聚光鏡的壓蓋（旋開(kāi)即可換用不同的濾色片）下面，便能獲得良好的物像襯度?？讖焦鈾诘拇笮】砂聪铝性瓌t調(diào)整，當(dāng)取下目鏡向鏡筒內(nèi)觀(guān)察時(shí)可看到孔徑光欄像，使其充滿(mǎn)物像光孔的70%-80%，通常會(huì)獲得滿(mǎn)意的效果。濾色片的選擇可參考下表：標(biāo)本色藍(lán)紅、紫黃、棕濾片色黃綠藍(lán)配置選配選配隨機(jī)2、注意事項(xiàng)使用高倍lOOXoil（油鏡）物鏡時(shí)，應(yīng)在物鏡與標(biāo)本之間滴上一小滴合成浸油（香柏油）使用完畢應(yīng)立即用脫脂棉沾少許酒精乙醚（3:7）混合液將油擦拭干凈，但要注意保護(hù)100X物鏡，勿受損傷和浸油太多。使用高倍lOOXoil（油鏡）物鏡時(shí),標(biāo)本的蓋玻片厚度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的O.l7±O.Olmm，否則將影響成像的清晰度。3、粗動(dòng)防滑裝置的使用儀器長(zhǎng)期使用后有可能產(chǎn)生工作平臺(tái)下滑的現(xiàn)象，這時(shí)只要按下圖所示的箭頭方向旋緊松緊調(diào)節(jié)手輪，即可調(diào)整粗動(dòng)調(diào)節(jié)手輪的松緊，防止工作臺(tái)的下滑2、天文望遠(yuǎn)鏡為什么好多朋友剛開(kāi)始為什么好多朋友剛開(kāi)始為什么好多朋友剛開(kāi)始為什么好多朋友剛開(kāi)始使用天文望遠(yuǎn)鏡使用天文望遠(yuǎn)鏡使用天文望遠(yuǎn)鏡使用天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)什么都看不見(jiàn)時(shí)什么都看不見(jiàn)時(shí)什么都看不見(jiàn)時(shí)什么都看不見(jiàn)?答:安裝正確后,在目鏡里觀(guān)察到的正常光線(xiàn)是:白天白光,晚上黑光,為什么看不見(jiàn)目標(biāo)呢?因?yàn)樘煳耐h(yuǎn)鏡具有高倍的特性,倍數(shù)和視場(chǎng)（可觀(guān)察到的范圍）是反比關(guān)系,由于存在著高倍小視場(chǎng)的關(guān)系,所以一般新手比較難掌握找目標(biāo)的技巧,望遠(yuǎn)鏡看不見(jiàn)目標(biāo)不要著急，1.保護(hù)蓋全部打開(kāi)了嗎？安裝上最低倍（最長(zhǎng)焦距）的目鏡了嗎？找到目標(biāo)了嗎?（這是最重要的環(huán)節(jié)）仔細(xì)調(diào)焦了嗎？解決了以上4個(gè)問(wèn)題，同時(shí)不要隔著玻璃窗觀(guān)察.應(yīng)該可以正常觀(guān)察了.找到目標(biāo)是望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察的先決條件，只有目標(biāo)進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡，才能觀(guān)察到，由于天文望遠(yuǎn)鏡倍數(shù)比較高，視場(chǎng)范圍比較小，找目標(biāo)要由近到遠(yuǎn)，由大到小,同時(shí)要學(xué)會(huì)使用尋星鏡快速尋找目標(biāo),這需要自己多加練習(xí)。為什么有時(shí)看見(jiàn)的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時(shí)看見(jiàn)的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時(shí)看見(jiàn)的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時(shí)看見(jiàn)的天體成象不太穩(wěn)定?答:需要花時(shí)間才能看到細(xì)節(jié)的一大原因是地球不穩(wěn)定的大氣。由于在我們上方微弱但總是存在的熱氣流，使星像在高倍放大下總是顯得閃爍和沸騰。這種閃爍的劇烈程度——被稱(chēng)為大氣視寧度——每晚甚至是每分鐘都在變,特別是深空的星云,星團(tuán).這需要觀(guān)察著要有極大的耐心和信心,這就是所謂的"天文探索".人類(lèi)所有的探索都需要付出一定代價(jià)的. 如何觀(guān)察天象如何觀(guān)察天象如何觀(guān)察天象如何觀(guān)察天象?答:有的朋友安裝好天文望遠(yuǎn)鏡,馬上想觀(guān)察到所有的天象,這種"一步登天"的想法不切實(shí)際,我們所能觀(guān)察到的天體是在不斷運(yùn)動(dòng)著的,就是恒星也隨著季節(jié)的變化而展現(xiàn)不同的景色,作為初次接觸天文觀(guān)察的朋友.一定需要持久的耐心和極大的信心.A.需要一定的天文基礎(chǔ)知識(shí),本店鋪提供的學(xué)習(xí)光盤(pán)可以很好的幫助朋友們?nèi)腴T(mén)學(xué)習(xí).B.一定要知道當(dāng)前的天文預(yù)報(bào)，可以在本店鋪要求提供，所謂〃不打無(wú)準(zhǔn)備之仗〃就是這個(gè)道理.C.不少朋友使用在這里購(gòu)買(mǎi)的天文望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察到了許多天文天象，這說(shuō)明學(xué)習(xí)+付出是一定有成果的，關(guān)鍵在〃堅(jiān)持一下的努力之中〃去實(shí)踐. 天文望遠(yuǎn)鏡提供了觀(guān)察天體的硬件，而天體隨著它的位置距離不同而展現(xiàn)不同的效果，不同型號(hào)不同價(jià)格的天文望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察的效果也不一樣，天文望遠(yuǎn)鏡一般用來(lái)觀(guān)察太陽(yáng)的黑子和耀斑，月亮上的環(huán)行山、金星的盈虧、土星的光環(huán)、木星的條紋與衛(wèi)星、火星上的極冠以及仙女座大星云、獵戶(hù)座大星云等實(shí)驗(yàn)五分光計(jì)的使用基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量頂角1） 取下平行平板，放上被測(cè)棱鏡，適當(dāng)調(diào)整工作臺(tái)高度，用自準(zhǔn)直法觀(guān)察，使AB面和AC面都垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸。2） 調(diào)好游標(biāo)盤(pán)的位置，使游標(biāo)在測(cè)量過(guò)程中不被平行光管或望遠(yuǎn)鏡擋住，鎖緊制動(dòng)架（二）和游標(biāo)盤(pán)，載物臺(tái)和游標(biāo)盤(pán)的止動(dòng)螺釘。3） 使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)AB面，鎖緊轉(zhuǎn)座與度盤(pán)、制動(dòng)架（一）和底座的止動(dòng)螺釘。4） 旋轉(zhuǎn)制動(dòng)架（一）末端上的調(diào)節(jié)螺釘，對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行微調(diào)（旋轉(zhuǎn)），使亮十字與十字線(xiàn)完全重合。5） 記下對(duì)徑方向上游標(biāo)所指標(biāo)的度盤(pán)的兩個(gè)讀數(shù)，取其平均值A(chǔ)m。6） 放松制動(dòng)架（一）與底座上的止動(dòng)螺釘，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，使對(duì)準(zhǔn)AC面，鎖緊制動(dòng)架（一）與底座上的止動(dòng)螺釘。7） 重復(fù)4）、5）得到的平均值Bm。8） 計(jì)算頂角：a=180°-（Bm-Am）最好重復(fù)測(cè)量三次，求得平均值。測(cè)布儒斯特角1、原理：自然光投射到各向同性?xún)煞N介質(zhì)分界面上時(shí)，光要反射，在一般情況下反射光為部分偏振光，只有當(dāng)入射角為某一特定角度時(shí)，反射光才成為電振動(dòng)矢量垂直于入射面的線(xiàn)偏振光，這個(gè)特定的角度稱(chēng)為起偏角，用①p表示。

不 n①p角稱(chēng)為布儒斯特角。tg①①p角稱(chēng)為布儒斯特角。i布儒斯特定律示意圖2、放平面反射鏡于載物臺(tái)上，使從平行光管出射的光束與平面反射鏡平行，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，形成入射和反射光束。3、用檢偏器檢驗(yàn)反射光的偏振態(tài)，將檢偏器轉(zhuǎn)過(guò)90°，從望遠(yuǎn)鏡目鏡觀(guān)察。4、 首先，置望遠(yuǎn)鏡與平行光管同軸，讀出游標(biāo)所指示的度盤(pán)的讀數(shù)，此位置即為望遠(yuǎn)鏡的角位置，并鎖緊游標(biāo)盤(pán)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，以保證始終能觀(guān)察到反射的狹縫像，直至狹縫像消失或最暗，記下此時(shí)同一游標(biāo)所指的度盤(pán)讀數(shù)，二值相減值為①。①p‘=（180—①）/2；0pz為布儒斯特角的角度數(shù)，可與理論值①p比較。5、 可換用其他的玻璃材料，如三棱鏡（材料為ZF1，nD=1.6475），觀(guān)察能否找到消光位置，并測(cè)出對(duì)應(yīng)的①p，分析折射率對(duì)布儒斯特角的影響。個(gè)人總結(jié)/實(shí)驗(yàn)遇到的問(wèn)題1）問(wèn)題：打開(kāi)開(kāi)關(guān)為何找不到綠色十字？解決：在大致的調(diào)光軸，平行后，調(diào)整工作臺(tái)平面大致平行，轉(zhuǎn)動(dòng)角度，找不到綠色十字，接下來(lái)再怎么調(diào)都找不到，在其他實(shí)驗(yàn)儀器上相同的方法很快找到了，后來(lái)從老師那得知，那臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器是壞的，2）問(wèn)題：調(diào)光軸和調(diào)工作臺(tái)都能使綠色十字與分劃板的十字從何要調(diào)哪個(gè)？在調(diào)好一面是兩個(gè)十字重合后，轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡180度，又不重合了，怎么辦？解決：其實(shí)在調(diào)整分光計(jì)的時(shí)候，要用的方法，光軸調(diào)一半，工作臺(tái)調(diào)一半，使兩個(gè)十字重合，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)180度，再“分別調(diào)一半”，重復(fù)以上步驟直到轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡兩面的兩個(gè)十字都能重合。3）問(wèn)題：如何快速的找布儒斯特角？解決：轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，光線(xiàn)最暗的角度大約就是布儒斯特角的位置，再用偏振片檢查，實(shí)驗(yàn)六鈮酸鋰晶體的電光調(diào)制［實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菡莆站w電光調(diào)制的原理和實(shí)驗(yàn)方法學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量晶體半波電壓、電光常數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法觀(guān)察電光效應(yīng)所引起的晶體光學(xué)性質(zhì)的變化和會(huì)聚偏振光的干涉現(xiàn)象［實(shí)驗(yàn)原理］1．一次電光效應(yīng)的一般描述橫向電光調(diào)制［實(shí)驗(yàn)裝置］實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，由晶體電光調(diào)制電源，調(diào)制器和接收放大器三個(gè)主要部分組成圖3實(shí)驗(yàn)裝置圖偏振器 2.鈮酸鋰電光晶體3.光電三極管4.放大器直流電源錄音機(jī) 7.正弦波振蕩器 8.揚(yáng)聲器9.雙線(xiàn)示波器晶體電光調(diào)制電源：調(diào)制電源由-300至+300V之間連續(xù)可調(diào)的直流電源、單一頻率振蕩器、音樂(lè)片和放大器組成，電源面板上有三位半數(shù)字面板表，可顯示直流偏壓值。晶體上加的直流電壓的極性通過(guò)面板上的“極性”鍵可以改變，電壓的大小用“偏壓”上面的旋鈕調(diào)節(jié)。調(diào)制信號(hào)可以由機(jī)內(nèi)振蕩器或音樂(lè)家片提供，也可以由外部通過(guò)前面板上的“輸入”插孔輸入任意電信號(hào)。此調(diào)制信號(hào)是用裝在面板上的“信號(hào)選擇”鍵，選擇三個(gè)信號(hào)中的任意信號(hào)。所有的調(diào)制信號(hào)的大小是通過(guò)“幅度”上面的旋鈕控制。通過(guò)前面板上的“輸出”孔輸出阻抗的參考信號(hào)，接到雙線(xiàn)示波器上與輸出信號(hào)比較，觀(guān)察調(diào)制器的輸出特性。調(diào)制器調(diào)制器由三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的偏振片和一塊鈮酸鋰晶體組成，采用橫向調(diào)制方式。晶體放在兩個(gè)正交的偏振片之間，起偏器和晶體的X軸平行。偏振片和晶體之間可插入四分之一波片，偏振片和波片均可繞光軸旋轉(zhuǎn)。晶體放在四維調(diào)節(jié)架上，可精細(xì)調(diào)節(jié)，使光束嚴(yán)格沿光軸方向通過(guò)晶體。接收放大器接收放大器由光電三極管和功率放大器組成。光電三極管把被調(diào)制的氦氖激光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，輸入到功率放大器上，放大后的信號(hào)接收到雙線(xiàn)示波器，同參考信號(hào)比較，觀(guān)察調(diào)制器的輸出特性。交流輸出信號(hào)的大小通過(guò)“交流輸出”上面的旋鈕調(diào)節(jié)。放大器內(nèi)裝有揚(yáng)聲器，用來(lái)再現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的聲音，放大器面板上還有“直流輸出”插孔，用于測(cè)量直流輸出光強(qiáng)，繪出T-V曲線(xiàn)。［光路調(diào)節(jié)］調(diào)節(jié)激光管使激光束與晶體調(diào)節(jié)臺(tái)上表面平行，同時(shí)使光束通過(guò)各光學(xué)元件中心。調(diào)節(jié)起偏器和檢偏器正交，且分別平行于X，Y軸，放上晶體后各元件要細(xì)調(diào)。由于晶體的不均勻性，在檢偏器后面的白屏上可看到一點(diǎn)弱光點(diǎn)，然后緊靠晶體前放一毛玻璃片，這樣在白屏上可觀(guān)察到單軸晶體的錐光干涉圖。一個(gè)暗十字圖形貫穿整個(gè)圖樣，四周為明暗相間的同心干涉圓環(huán)，十字中心同時(shí)也是圓環(huán)的中心。在觀(guān)察過(guò)程中反復(fù)微調(diào)晶體使干涉圖樣中心與光點(diǎn)位置重合，同時(shí)盡可能使圖樣對(duì)稱(chēng)、完整，確保光束即與晶體光軸平行，又從晶體中心穿過(guò)的要求，再調(diào)節(jié)使干涉圖樣出現(xiàn)清晰的暗十字，且十字的一條線(xiàn)平行于X軸。［實(shí)驗(yàn)內(nèi)容］觀(guān)察晶體會(huì)聚偏振光干涉圖形和電光效應(yīng)現(xiàn)象。把輸入光強(qiáng)調(diào)到最大，屏上可看到干涉圖樣。(1)偏壓為零時(shí)呈現(xiàn)單軸晶體的錐光干涉圖，這一現(xiàn)象已在調(diào)節(jié)光路時(shí)看見(jiàn)過(guò)。⑵加上偏壓時(shí)呈現(xiàn)雙軸晶體的錐光干涉圖，它說(shuō)明單軸晶體在電場(chǎng)作用下變成雙軸晶體。⑶兩個(gè)偏振片正交和平行時(shí)干涉圖形是互補(bǔ)的。⑷改變偏壓的極性時(shí)，干涉圖形旋轉(zhuǎn)90度⑸只改變偏壓的大小時(shí)，干涉圖形不旋轉(zhuǎn)，只是雙曲線(xiàn)分開(kāi)的距離發(fā)生變化。這一現(xiàn)象表明，外加電場(chǎng)只改變感應(yīng)主軸方向的主折射率的大小，折射率橢球旋轉(zhuǎn)的角度和電場(chǎng)大小無(wú)關(guān)。2。 測(cè)定鈮酸鋰晶體的透過(guò)率曲線(xiàn)(即T-V曲線(xiàn))，求出半波電壓，算出電光系數(shù)€，并和理論值比較。22在我們實(shí)驗(yàn)中，用兩種方法測(cè)量鈮酸鋰晶體的半波電壓，一種方法是極值法，另一種是調(diào)制法，先面分別介紹：1極值法晶體上只加直流電壓，不加交流信號(hào)，并把直流電壓從小到大逐漸改變時(shí)，輸出光強(qiáng)出現(xiàn)極小值和極大值，相鄰第20頁(yè)極小值和極大值對(duì)應(yīng)的直流電壓之差就是半波電壓。⑵調(diào)制法晶體上直流電壓和交流信號(hào)出現(xiàn)倍頻失真，與出現(xiàn)相鄰倍頻失真對(duì)應(yīng)的直流電壓之差就是半波電壓。改變直流偏壓，選擇不同的工作點(diǎn)，觀(guān)察正弦波電壓的調(diào)制特性。電源面板上的信號(hào)選擇琴鍵開(kāi)關(guān)可以提供三種不同的調(diào)制信號(hào)，按下“正弦”鍵，機(jī)內(nèi)但一頻率的正弦波振蕩器工作，此信號(hào)經(jīng)放大后，加到晶體上，同時(shí)，通過(guò)面板上的“輸出”孔，輸出此信號(hào)，把它接到雙線(xiàn)示波器的Y1上，作為參考信號(hào)，改變直流偏壓，使調(diào)制器工作在不同的狀態(tài)，把被調(diào)制信號(hào)以光電轉(zhuǎn)換、放大后接到雙線(xiàn)示波器的Y上，和Y1上的參考信號(hào)相比較，工作點(diǎn)選定在曲線(xiàn)的極小值（或極大值）時(shí)，輸出信號(hào)“倍頻”失真；工作點(diǎn)選定在曲線(xiàn)的極小值（或極大值）附近時(shí)信號(hào)失真，觀(guān)察時(shí)調(diào)制信號(hào)幅度不能太大，否則調(diào)制信號(hào)本身失真，輸出信號(hào)的失真無(wú)法判斷由什么原因引起的，把觀(guān)察到的波形描述下來(lái)，并和前面的理論分析作比較。用14波片改變工作點(diǎn)，觀(guān)察輸出特性。在上述實(shí)驗(yàn)中，去掉晶體上所加的直流偏壓，把14波片置入晶體和偏振片之間，繞光軸緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以看到輸出波形隨著發(fā)生變化。當(dāng)波片的快慢軸平行于晶體的感應(yīng)軸方向時(shí)，輸出光線(xiàn)性調(diào)制；當(dāng)波片的快慢軸分別平行于晶體的X，Y軸時(shí)，輸出光失真，出現(xiàn)“倍頻”失真，因此，把波片旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，出現(xiàn)四次線(xiàn)性調(diào)制和四次“倍頻”失真。光通訊的演示按下電源面板上信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)中的“音樂(lè)”鍵，此時(shí)正弦信號(hào)被切斷，輸出裝在電源里的“音樂(lè)”片信號(hào)。輸出信號(hào)通過(guò)放大器上的揚(yáng)聲器播放，改變工作點(diǎn)，此時(shí)，所聽(tīng)到的音樂(lè)不同。圖4圖5圖6實(shí)驗(yàn)過(guò)程：參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行試驗(yàn)一，觀(guān)察晶體會(huì)聚偏振光干涉圖形和電光效應(yīng)現(xiàn)象。把輸入光強(qiáng)調(diào)到最大，屏上可看到干涉圖樣，電流最大，激光亮度最強(qiáng)，形成的干涉是四個(gè)方向的。偏壓為零時(shí)顯示屏上呈現(xiàn)單軸晶體的錐光干涉圖樣加上偏壓時(shí)顯示屏上呈現(xiàn)雙軸晶體的錐光干涉圖樣改變偏壓的極性時(shí)，觀(guān)察到干涉圖形旋轉(zhuǎn)90度只改變偏壓的大小時(shí)，干涉圖形不旋轉(zhuǎn)，只是雙曲線(xiàn)之間的距離發(fā)生變化。二，光通訊的演示按下電源面板上信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)中的“音樂(lè)”鍵，通過(guò)放大器上的揚(yáng)聲器播會(huì)播放出圣誕歌實(shí)驗(yàn)七棱鏡耦合法測(cè)波導(dǎo)參數(shù)［實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)一種波導(dǎo)耦合方式—棱鏡耦合通過(guò)觀(guān)察棱鏡耦合的m線(xiàn)，加深對(duì)波導(dǎo)模式耦合概念的理解通過(guò)測(cè)量不同山線(xiàn)甲角，進(jìn)一步加深對(duì)波導(dǎo)模式概念的理解掌握有效折射率的測(cè)量與計(jì)算方法掌握利用棱鏡耦合法測(cè)量波導(dǎo)參數(shù)的方法通過(guò)波導(dǎo)參數(shù)的計(jì)算，學(xué)會(huì)數(shù)值求解超越方程的方法［實(shí)驗(yàn)儀器］激光器，棱鏡耦合測(cè)試系統(tǒng)，直角耦合棱鏡，平板玻璃波導(dǎo)［實(shí)驗(yàn)原理］1.1三層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模一個(gè)均勻的三層平板波導(dǎo)如下圖所示，它是由低折射率襯底和包層及高折射率波膜構(gòu)成的，若假設(shè)波膜，襯底和包層的折射率分別為n，n和n，則n>n三n。包層通常為空氣，即n=11201200圖1光波導(dǎo)當(dāng)光線(xiàn)在波膜—包層的界面（上界面）及薄膜--襯底的界面（下界面）反復(fù)地發(fā)生全反射時(shí)，光波就限制在上、下界面之間按照鋸齒形的路線(xiàn)沿著與界面平行的方向（圖中Z軸方向）傳播形成導(dǎo)模。下面，我們進(jìn)一步分析鋸齒形射線(xiàn)的傳播，并說(shuō)明，鋸齒形射線(xiàn)與界面的夾角0只能取有限個(gè)離散值，相應(yīng)的導(dǎo)1模模式只能是有限個(gè)。鋸齒形光線(xiàn)實(shí)際上是在薄膜內(nèi)互相疊加的兩個(gè)均勻平面波，一個(gè)是斜向上傳播的，另一個(gè)是斜向下傳播的，它們的波面的法線(xiàn)即如圖所示的鋸齒形光線(xiàn)。平面波的波數(shù)k€nk，其中10k°€2K..-,為自由空間中的常數(shù)，,為自由空間中的波長(zhǎng)，波矢量沿Z方向的分量（寫(xiě)作卩）為：P€knsin?011（1）而X方向的分量則分為K=±k這里k€kncos?011（2）正負(fù)號(hào)分別相應(yīng)于斜向上和斜向下傳播的光波。所以光波從波膜下界面出發(fā)向上行進(jìn)到波膜上界面，在上界面遭全反射后返回到下界面，在下界面又遭全反射后與原先從下界面出發(fā)的光波疊加在一起。要發(fā)生相互加強(qiáng)，這兩個(gè)光波的相位差應(yīng)該等于2兀的整數(shù)倍。這個(gè)維持導(dǎo)模的條件亦稱(chēng)為橫向共振條件，也就是在橫向形成駐波的條件，對(duì)于厚度為d的薄膜，光波從下界面行進(jìn)到上界面的相移是Kd。在薄膜上界面的全反射相移是一2申，從上界面橫過(guò)薄膜返回到下界面的相移是Kd，10在薄膜下界面的全發(fā)射相移是一2申，因此，光波能在薄膜中傳播12的條件，亦即平板波導(dǎo)中能形成導(dǎo)模的條件是：式中m叫做模的階數(shù)，取以零開(kāi)始的有限個(gè)正整數(shù)，上式可改寫(xiě)為：Kd，m€+Q+q12103)稱(chēng)為平板波導(dǎo)的模方程，亦稱(chēng)平板波導(dǎo)的模式本征值方程或平板波導(dǎo)的色散方程。該方程的未知數(shù)是卩或…，對(duì)于給定的m，就1有確定的卩或…，相應(yīng)的卩叫做m階導(dǎo)模的傳播常數(shù)，…叫做m階導(dǎo)模的模角。l利用全反射相移的公式，可知:，tan-i((n二tan-i —，tan-i((n￥<<no丿（TE模）（TM模）（TE模）（TM模）將p，p的表示代入式（3），1210

就得到兩種偏振態(tài)的平板波導(dǎo)模式的本征值方程。對(duì)TE模有Kd，Kd，m€+tan-1+tan-1(4)式中K，式中K，(k2n2一01(?2-k2n202第25頁(yè)(7)對(duì)TM模，有Kd二(7)對(duì)TM模，有Kd二m…+tan?i+tan?iq=(,2?k2n2)2oo仃、2n2<n丿Vo丿8)在導(dǎo)波光學(xué)中，丁一波導(dǎo)的模折射率或有效折射率N= =nsin0effk1 1o9)那么K=(k2nK=(k2n2o110)(卩2?k2n2o2)2(N2eff11)(卩2(卩2?k2n2oo(N2eff12)1.2棱鏡耦合法激發(fā)光波導(dǎo)中導(dǎo)模直接入射到平板波導(dǎo)上的光不能在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模，要想在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模通常采用以下三種方法：棱鏡耦合法，光柵耦合法，和端面耦合法。棱鏡耦合法是比較方便的方法在導(dǎo)波激發(fā)的實(shí)驗(yàn)中我們采用這種方法。棱鏡耦合的結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)入射的激光在棱鏡的底面上全反射時(shí)，若入射光滿(mǎn)足相位匹配條件，會(huì)產(chǎn)生光學(xué)隧道效應(yīng)，光會(huì)通過(guò)空氣隙進(jìn)入薄膜。相位匹配的條件是指光在棱鏡中沿Z方向傳播的波矢量與光在薄膜沿Z方向傳播的波矢分量相等。即knsin€，knsin€，P033011（13）而傳播常數(shù)P滿(mǎn)足棱鏡一波導(dǎo)系統(tǒng)的本征值方程，由此本征值方程解出卩是一系列分立的值，所以滿(mǎn)足相位匹配的€也是一3系列分立的值。當(dāng)€滿(mǎn)足香味匹配時(shí)，光束就會(huì)從入射棱鏡被耦合進(jìn)薄膜，3然后從波導(dǎo)的另一頭從與入射棱鏡完全相同的出射棱鏡中射出。（光在波導(dǎo)與出射棱鏡中的行為與前面講的耦合原理類(lèi)似）。在例行情況下，從出射棱鏡中射出的光線(xiàn)投影在屏上應(yīng)是一個(gè)光斑，但實(shí)際上由于波導(dǎo)沿波的傳播方向的不均勻行賄時(shí)光在各個(gè)模式間耦合，使波導(dǎo)出射時(shí)的光都存在，所以會(huì)形成如圖所示的多條亮線(xiàn)，即m線(xiàn)，其中有最亮光斑的那條線(xiàn)就是符合相位匹配條件的模所對(duì)應(yīng)的m線(xiàn)。1.3有效折射率的計(jì)算由于N二P.'k，所以由相位匹配的關(guān)系式可以改寫(xiě)為ef''0N，nsin€eff3 3（14）但上式中的€不是直接可測(cè)量量，所以可按幾何關(guān)系和snell3定律把n表為光在入射棱鏡表面的入射角€和入射棱鏡底角aeff的函數(shù)1光線(xiàn)從法線(xiàn)左側(cè)入射由幾何關(guān)系得：所以 sin?=sin（a+€‘）=sinacos€‘+cosasin€‘3由snell定律得：把它代入上式得：所以N=sina：n2—sin2€+cosasin€ef 3（15）2光線(xiàn)從法線(xiàn)右側(cè)入射有幾何關(guān)系得所以N=sina'n2—sin2€—cosasin€ef 3（16）由（15）、（16）式可見(jiàn)，若測(cè)量出€，在已知a、n的情況3下就可以得到n。eff1.4波導(dǎo)參數(shù)：膜厚度d和膜折射率n的計(jì)算1棱鏡--波導(dǎo)系統(tǒng)原則上可以看成一個(gè)四層平板波導(dǎo)系統(tǒng)，但在空氣間隙較大的情況下，可以近似看成一個(gè)三層平板波導(dǎo)。所以若測(cè)得兩個(gè)模的有效折射率、如TE、TE的有效折射率并已知01k、n、n，由（11）和（12）式即可得到兩個(gè)模的P、q的值，002

可分別表示為P、q及P、q；由（10）式可得到兩個(gè)模K的表0011達(dá)式（表達(dá)式中n是待求值），可分別表為K，K由（4）式可列201出以下兩個(gè)方程。Kd=Kd=tan-i0?tan-iqo17)KdKd=tan-ii18)借助計(jì)算機(jī)求解上述超越方程就可以求出d、nii［實(shí)驗(yàn)內(nèi)容］2.1觀(guān)察m線(xiàn)調(diào)節(jié)激光器的高度、俯仰和水平方位角，使激光束基本與導(dǎo)軌平行并通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)中心，入射到棱鏡斜面上。耦合光斑的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。調(diào)整棱鏡---波導(dǎo)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)盤(pán)上的位置。使得輸入棱鏡的直角底位于轉(zhuǎn)盤(pán)中心附近，激光束在棱鏡底形成的光斑（稱(chēng)耦合光斑）接近直角棱鏡的壓力點(diǎn)處，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，當(dāng)角度適當(dāng)時(shí)可以在屏上觀(guān)察到m線(xiàn)。為了有效激勵(lì)波導(dǎo)所有可能的模式，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)在所有導(dǎo)模的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)保持光斑不動(dòng)，再不同角度上反復(fù)調(diào)節(jié)棱鏡在轉(zhuǎn)盤(pán)上的位置，可得到穩(wěn)定的耦合光斑。觀(guān)察m線(xiàn)。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，m線(xiàn)的中心亮斑會(huì)從一條線(xiàn)轉(zhuǎn)移到另一條線(xiàn)。注意光斑移動(dòng)的方向。根據(jù)耦合角的大小辨別基模和高次模，數(shù)出m線(xiàn)的條數(shù)。€角的測(cè)量反復(fù)調(diào)節(jié)棱鏡和轉(zhuǎn)盤(pán)的位置，使得入射到棱鏡斜面上的反射光可以通過(guò)光闌，表明此時(shí)入射光與棱鏡的反射面垂直，記下此時(shí)的刻度，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)再記下出現(xiàn)不同m線(xiàn)的刻度，此刻度與上述刻度的差即位不同模相對(duì)應(yīng)的€角有效折射率與波導(dǎo)參數(shù)的計(jì)算利用附錄中的公式（15）、（16）由測(cè)量的€，在已知a、n的3情況下就可以得到有效折射率N。用一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，eff數(shù)值求解附錄中的超越方程（17）、（18）.根據(jù)已測(cè)得的有效折射率及給定的襯底和包層的折射率在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，解出波導(dǎo)參數(shù)：膜厚度d和膜折射率n。1實(shí)驗(yàn)過(guò)程:由于實(shí)驗(yàn)儀器的損壞（平面波導(dǎo)片碎裂），所以我們首先是根據(jù)老師提供的材料，參照另一組的實(shí)驗(yàn)儀器，進(jìn)行儀器安裝。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷的調(diào)整棱鏡的位置，和壓緊程度，終于組合成了一個(gè)可以進(jìn)行試驗(yàn)的裝置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們只觀(guān)察了m線(xiàn)，老師還給我們簡(jiǎn)單介紹了一下怎么讀數(shù)。首先打開(kāi)激光器，通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的高度，導(dǎo)軌的方向，使