光學綜合實驗報告要點

光學綜合實驗報告班級：姓名學號日期序號實驗項目課時實驗儀器（臺套數(shù)）房間指導教師1焦距測量（分別在焦距儀和光學平臺上測量）4焦距儀（3-4）、光學平臺及配件（1-2）西北付輝、樊宏2典型成像系統(tǒng)的組建和分析（在光學平臺上搭建顯微鏡、望遠鏡、投影儀:4)光學平臺及配件（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）、望遠鏡（3）、水準儀（2）東南付輝、樊宏4分光計的使用（含調整、測量角度和聲速）4分光計（3-4）、超聲光柵（2）東南付輝、樊宏5棱鏡耦合法測波導參數(shù)4棱鏡波導實驗儀（2）西南郎賢禮、李建全

6半導體激光器的光學特性測試4半導體激光器實驗儀（2）西南郎賢禮、李建全7電光調制4電光調制儀2）西南郎賢禮、李建全8法拉第效應測試4法拉第效應測試儀（2）東北郎賢禮、李建全9聲光調制4聲光調制儀2）西南郎賢禮、李建全10干涉、衍射和頻譜分析4光學平臺（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氦氖激光器綜合實驗4氦氖激光器綜合實驗儀（3-4）西南西北丁蘇紅、劉志健13光學仿真實驗4計算機（2）東南丁蘇紅、劉志健實驗時間安排：12月23或24日晚開始（具體時間屆時通知）。每晚（7：00-10：30）；前四日輪流進行，每次一個半班。第5天后不分班。大約開放12-14個晚上。每位同學的實驗項目不少于八個。實驗報告內容：內容：1、實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄；2、現(xiàn)象分析、數(shù)據(jù)計算和實驗總結。（手寫或計算機編輯不限）。上交：實驗結束后十天內由班長收集上交給教師劉志健。考試：實驗結束后的一至三天。類型為簡答題。成績：實驗表現(xiàn)（30）+實驗報告（30）+考試成績（40）目錄1、 焦距測量 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 的 使 用 105、 棱鏡耦合法測波導參數(shù) 146、 半導體激光器的光學特性測試 227、 電光調制 29

8、法拉第效應 38測試9、聲光調制---4610、干涉、衍射和頻譜分析--4711、邁克爾遜干涉儀 5812、氦氖激光器綜合實驗 6313、光學仿真實驗本次所選做九個實驗依次為:13光學仿真焦距測量典型成像系統(tǒng)的組建和分析典型成像系統(tǒng)的使用分光計的使用棱鏡耦合法測波導參數(shù)半導體激光器的光學特性測試電光調制9.聲光調制11.邁克爾遜干涉儀實驗一光學仿真在計算機上進行了偏振光研究。具體的實驗內容如下：內容一：起偏內容二：消光內容三：三塊偏振片的實驗內容四：圓偏光和橢圓偏振光的產生內容五：區(qū)分圓偏振光與自然光；橢圓偏振光與部分偏振光個人總結：利用偏振片和波片區(qū)分各光源首先，讓它們分別通過一個檢偏器，并將檢偏器繞光傳播方向旋轉一周，根據(jù)現(xiàn)象做如下分析：（1）若出現(xiàn)2個完全消光的位置，則為線偏振光（2）若光強五變化，則可能是自然光和或圓偏振光（3）若光強有變化，但無消光位置，則為部分偏振光或橢圓偏振光（4）針對（2）（3）進一步區(qū)分，在檢偏器前加一塊1/4波片。此時再旋轉檢偏器（5）若光強無變化，則入射光為自然光；若出現(xiàn)2個完全消光的位置，則為圓偏振光（6）當波片光軸與與檢偏器透振軸方向平行式，如果出現(xiàn)2個完全消光的位置，則入射光為圓偏振光；若沒有消光位置，則為部分偏振光。實驗二焦距測量（一）用自準法和位移法測透鏡焦距1：用自準法測薄凸透鏡焦距［實驗裝置］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、二維調整架：SZ-07；5、平面反射鏡M；6、三維調整架：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；［實驗步驟］1、 把全部器件夾好靠在標尺上，靠攏，調至共軸。2、 前后移動L,使在P屏上成一清晰的品字形像。3、 調M的傾角，使P屏上的像與物重合。4、 再前后微動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180。，重復做前四步。7、 再記下P和L新的位置b1、b2。數(shù)據(jù)的記錄和計算fa=a2-a1fb=b2-b1被測透鏡焦距：f=（fa+fb）/2a1a2b1b2實驗現(xiàn)象前后移動L,在P屏上成一清晰的品字形像。調M的傾角，P屏上的像與物重合。再前后微動L，P上的像既清晰又與物同大小2、用位移法測凸透鏡焦距［實驗裝置簡圖］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；［實驗步驟］1、 把全部器件夾好，放在標尺導軌上，靠攏，目測調至共軸2、 沿導軌前后移動L，使品型物在屏H上成一清晰的放大像，記下L的位置a13、 在沿導軌向后移動L，使物在屏H上成一縮小像，記下L的位置a24、將P、L、H轉180。，重復做前三步，又得到L的兩個位置b1、b2數(shù)據(jù)的記錄和計算fa，=（A2-da2）/4Afb，=（A2-db2）/4A透鏡焦距：f，二（fa,+fb,）/2實驗現(xiàn)象沿導軌前后移動L，在品型物在屏H上成一清晰的放大像。在沿導軌向后移動L，從而物在屏H上成一縮小像。1、 不能用手摸透鏡的光學面。2、 透鏡不用時，應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)分物光經凸透鏡內表面和平面鏡反射后所成的像，前者不隨平面鏡轉動而后者移動。4、由于人眼對成像的清晰度分辨能力有限，所以觀察到的像在一定范圍內都清晰，加之球差的影響，清晰成像位置會偏離高斯像。為使兩者接近，減小誤差，記錄數(shù)值時應使用左右逼近的方法。5、物距像距法測凹透鏡焦距時不能找到像最清晰的位置，可能是：(1)輔助凸透鏡產生的像是放大的實像。(2)輔助凸透鏡與物的距離遠大于凸透鏡的二倍焦距。6、二種方法測量凸透鏡的焦距，從理論上講物像法最小、自準法誤差最大，但自準法測量最簡單，常用做粗測。物像法測量時，物距和相距相等實驗總結實驗三典型成像系統(tǒng)的組建和分析自組顯微鏡數(shù)據(jù)的記錄和計算顯微鏡放大率的測量值：M=100/a顯微鏡放大率的計算值：M=|25XCA/fo,Xfe,)實驗現(xiàn)象和總結沿標尺導軌前后移動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。自組望遠鏡數(shù)據(jù)的記錄和計算望遠鏡放大率的測量值：M=100/a望遠鏡放大率的計算值：M=V(U1+V1+U2)/(U1XU2)其中：U1二b-a、V1=c-b、U2=d-c實驗現(xiàn)象和總結1、 把F和Le的間距調至最大，沿導軌前后移動Lo,使一只眼睛通過Le看到清晰的分劃板F上的刻線。2、 再用另一只眼睛直接看分劃板F上的刻線，讀出直接看到的F上的100條線對應于通過望遠鏡所看到F上的刻線格數(shù)a3、 用屏H找到F通過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、實驗現(xiàn)象和總結1、 L2與H的間隔固定在1.2米左右，前后移動P,經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，沿導軌前后移動光源S，其經聚光鏡L1剛好成像于放映物鏡L2的平面上。實驗四典型成像系統(tǒng)的使用使用生物顯微鏡、測量顯微鏡、數(shù)碼顯微鏡、手持望遠鏡、天文望遠鏡等。詳見儀器說明書生物顯微鏡1、調整儀器將電源插頭插入外接電源插座（插入前應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。先將電位器調節(jié)手柄調到箭頭的小端位置，開啟電源開關轉動電位器調節(jié)手柄至燈泡亮度適中的位置。轉動物鏡轉換器，將10X物鏡置入光路中。將標本置于工作平臺上，用片夾固定，轉動縱尺移動手輪和橫尺移動手輪使被觀察物進入聚光鏡的照明區(qū)域內。轉動聚光鏡升降手輪，使聚光鏡上升至定位位置。撥動光欄撥桿，將孔徑光欄開至中間大小位置。用右眼觀察，調焦使物像清晰（可轉動粗動調焦手輪使工作平臺上升至見物像輪廓，再用微動調焦手輪調焦到物像清晰）。用左眼觀察，并轉動雙目左鏡筒上的視度調節(jié)圈，也使標本成像清晰。用雙手握住雙目外殼轉動兩鏡筒，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。轉動電位器調節(jié)手柄調節(jié)光源亮度，撥動光欄撥桿調節(jié)孔徑光欄的大??；也可根據(jù)使用的標本情況選擇合適的濾色片放入聚光鏡的壓蓋（旋開即可換用不同的濾色片）下面，便能獲得良好的物像襯度。孔徑光欄的大小可按下列原則調整，當取下目鏡向鏡筒內觀察時可看到孔徑光欄像，使其充滿物像光孔的70%-80%，通常會獲得滿意的效果。濾色片的選擇可參考下表：標本色藍紅、紫黃、棕濾片色黃綠藍配置選配選配隨機2、注意事項使用高倍lOOXoil（油鏡）物鏡時，應在物鏡與標本之間滴上一小滴合成浸油（香柏油）使用完畢應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100X物鏡，勿受損傷和浸油太多。使用高倍lOOXoil（油鏡）物鏡時,標本的蓋玻片厚度應滿足設計的O.l7±O.Olmm，否則將影響成像的清晰度。3、粗動防滑裝置的使用儀器長期使用后有可能產生工作平臺下滑的現(xiàn)象，這時只要按下圖所示的箭頭方向旋緊松緊調節(jié)手輪，即可調整粗動調節(jié)手輪的松緊，防止工作臺的下滑2、天文望遠鏡為什么好多朋友剛開始為什么好多朋友剛開始為什么好多朋友剛開始為什么好多朋友剛開始使用天文望遠鏡使用天文望遠鏡使用天文望遠鏡使用天文望遠鏡時什么都看不見時什么都看不見時什么都看不見時什么都看不見?答:安裝正確后,在目鏡里觀察到的正常光線是:白天白光,晚上黑光,為什么看不見目標呢?因為天文望遠鏡具有高倍的特性,倍數(shù)和視場（可觀察到的范圍）是反比關系,由于存在著高倍小視場的關系,所以一般新手比較難掌握找目標的技巧,望遠鏡看不見目標不要著急，1.保護蓋全部打開了嗎？安裝上最低倍（最長焦距）的目鏡了嗎？找到目標了嗎?（這是最重要的環(huán)節(jié)）仔細調焦了嗎？解決了以上4個問題，同時不要隔著玻璃窗觀察.應該可以正常觀察了.找到目標是望遠鏡觀察的先決條件，只有目標進入望遠鏡，才能觀察到，由于天文望遠鏡倍數(shù)比較高，視場范圍比較小，找目標要由近到遠，由大到小,同時要學會使用尋星鏡快速尋找目標,這需要自己多加練習。為什么有時看見的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時看見的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時看見的天體成象不太穩(wěn)定為什么有時看見的天體成象不太穩(wěn)定?答:需要花時間才能看到細節(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.這需要觀察著要有極大的耐心和信心,這就是所謂的"天文探索".人類所有的探索都需要付出一定代價的. 如何觀察天象如何觀察天象如何觀察天象如何觀察天象?答:有的朋友安裝好天文望遠鏡,馬上想觀察到所有的天象,這種"一步登天"的想法不切實際,我們所能觀察到的天體是在不斷運動著的,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知識,本店鋪提供的學習光盤可以很好的幫助朋友們入門學習.B.一定要知道當前的天文預報，可以在本店鋪要求提供，所謂〃不打無準備之仗〃就是這個道理.C.不少朋友使用在這里購買的天文望遠鏡觀察到了許多天文天象，這說明學習+付出是一定有成果的，關鍵在〃堅持一下的努力之中〃去實踐. 天文望遠鏡提供了觀察天體的硬件，而天體隨著它的位置距離不同而展現(xiàn)不同的效果，不同型號不同價格的天文望遠鏡觀察的效果也不一樣，天文望遠鏡一般用來觀察太陽的黑子和耀斑，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、獵戶座大星云等實驗五分光計的使用基礎知識測量頂角1） 取下平行平板，放上被測棱鏡，適當調整工作臺高度，用自準直法觀察，使AB面和AC面都垂直于望遠鏡光軸。2） 調好游標盤的位置，使游標在測量過程中不被平行光管或望遠鏡擋住，鎖緊制動架（二）和游標盤，載物臺和游標盤的止動螺釘。3） 使望遠鏡對準AB面，鎖緊轉座與度盤、制動架（一）和底座的止動螺釘。4） 旋轉制動架（一）末端上的調節(jié)螺釘，對望遠鏡進行微調（旋轉），使亮十字與十字線完全重合。5） 記下對徑方向上游標所指標的度盤的兩個讀數(shù)，取其平均值Am。6） 放松制動架（一）與底座上的止動螺釘，旋轉望遠鏡，使對準AC面，鎖緊制動架（一）與底座上的止動螺釘。7） 重復4）、5）得到的平均值Bm。8） 計算頂角：a=180°-（Bm-Am）最好重復測量三次，求得平均值。測布儒斯特角1、原理：自然光投射到各向同性兩種介質分界面上時，光要反射，在一般情況下反射光為部分偏振光，只有當入射角為某一特定角度時，反射光才成為電振動矢量垂直于入射面的線偏振光，這個特定的角度稱為起偏角，用①p表示。

不 n①p角稱為布儒斯特角。tg①①p角稱為布儒斯特角。i布儒斯特定律示意圖2、放平面反射鏡于載物臺上，使從平行光管出射的光束與平面反射鏡平行，轉動載物臺，形成入射和反射光束。3、用檢偏器檢驗反射光的偏振態(tài)，將檢偏器轉過90°，從望遠鏡目鏡觀察。4、 首先，置望遠鏡與平行光管同軸，讀出游標所指示的度盤的讀數(shù)，此位置即為望遠鏡的角位置，并鎖緊游標盤。然后轉動載物臺，同時轉動望遠鏡，以保證始終能觀察到反射的狹縫像，直至狹縫像消失或最暗，記下此時同一游標所指的度盤讀數(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），觀察能否找到消光位置，并測出對應的①p，分析折射率對布儒斯特角的影響。個人總結/實驗遇到的問題1）問題：打開開關為何找不到綠色十字？解決：在大致的調光軸，平行后，調整工作臺平面大致平行，轉動角度，找不到綠色十字，接下來再怎么調都找不到，在其他實驗儀器上相同的方法很快找到了，后來從老師那得知，那臺實驗儀器是壞的，2）問題：調光軸和調工作臺都能使綠色十字與分劃板的十字從何要調哪個？在調好一面是兩個十字重合后，轉動反射鏡180度，又不重合了，怎么辦？解決：其實在調整分光計的時候，要用的方法，光軸調一半，工作臺調一半，使兩個十字重合，然后再轉動工作臺180度，再“分別調一半”，重復以上步驟直到轉動反射鏡兩面的兩個十字都能重合。3）問題：如何快速的找布儒斯特角？解決：轉動工作臺，光線最暗的角度大約就是布儒斯特角的位置，再用偏振片檢查，實驗六鈮酸鋰晶體的電光調制［實驗目的］掌握晶體電光調制的原理和實驗方法學會用簡單的實驗裝置測量晶體半波電壓、電光常數(shù)的實驗方法觀察電光效應所引起的晶體光學性質的變化和會聚偏振光的干涉現(xiàn)象［實驗原理］1．一次電光效應的一般描述橫向電光調制［實驗裝置］實驗裝置如圖所示，由晶體電光調制電源，調制器和接收放大器三個主要部分組成圖3實驗裝置圖偏振器 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 7.正弦波振蕩器 8.揚聲器9.雙線示波器晶體電光調制電源：調制電源由-300至+300V之間連續(xù)可調的直流電源、單一頻率振蕩器、音樂片和放大器組成，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”上面的旋鈕調節(jié)。調制信號可以由機內振蕩器或音樂家片提供，也可以由外部通過前面板上的“輸入”插孔輸入任意電信號。此調制信號是用裝在面板上的“信號選擇”鍵，選擇三個信號中的任意信號。所有的調制信號的大小是通過“幅度”上面的旋鈕控制。通過前面板上的“輸出”孔輸出阻抗的參考信號，接到雙線示波器上與輸出信號比較，觀察調制器的輸出特性。調制器調制器由三個可旋轉的偏振片和一塊鈮酸鋰晶體組成，采用橫向調制方式。晶體放在兩個正交的偏振片之間，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。晶體放在四維調節(jié)架上，可精細調節(jié)，使光束嚴格沿光軸方向通過晶體。接收放大器接收放大器由光電三極管和功率放大器組成。光電三極管把被調制的氦氖激光經光電轉換，輸入到功率放大器上，放大后的信號接收到雙線示波器，同參考信號比較，觀察調制器的輸出特性。交流輸出信號的大小通過“交流輸出”上面的旋鈕調節(jié)。放大器內裝有揚聲器，用來再現(xiàn)調制信號的聲音，放大器面板上還有“直流輸出”插孔，用于測量直流輸出光強，繪出T-V曲線。［光路調節(jié)］調節(jié)激光管使激光束與晶體調節(jié)臺上表面平行，同時使光束通過各光學元件中心。調節(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調。由于晶體的不均勻性，在檢偏器后面的白屏上可看到一點弱光點，然后緊靠晶體前放一毛玻璃片，這樣在白屏上可觀察到單軸晶體的錐光干涉圖。一個暗十字圖形貫穿整個圖樣，四周為明暗相間的同心干涉圓環(huán)，十字中心同時也是圓環(huán)的中心。在觀察過程中反復微調晶體使干涉圖樣中心與光點位置重合，同時盡可能使圖樣對稱、完整，確保光束即與晶體光軸平行，又從晶體中心穿過的要求，再調節(jié)使干涉圖樣出現(xiàn)清晰的暗十字，且十字的一條線平行于X軸。［實驗內容］觀察晶體會聚偏振光干涉圖形和電光效應現(xiàn)象。把輸入光強調到最大，屏上可看到干涉圖樣。(1)偏壓為零時呈現(xiàn)單軸晶體的錐光干涉圖，這一現(xiàn)象已在調節(jié)光路時看見過。⑵加上偏壓時呈現(xiàn)雙軸晶體的錐光干涉圖，它說明單軸晶體在電場作用下變成雙軸晶體。⑶兩個偏振片正交和平行時干涉圖形是互補的。⑷改變偏壓的極性時，干涉圖形旋轉90度⑸只改變偏壓的大小時，干涉圖形不旋轉，只是雙曲線分開的距離發(fā)生變化。這一現(xiàn)象表明，外加電場只改變感應主軸方向的主折射率的大小，折射率橢球旋轉的角度和電場大小無關。2。 測定鈮酸鋰晶體的透過率曲線(即T-V曲線)，求出半波電壓，算出電光系數(shù)€，并和理論值比較。22在我們實驗中，用兩種方法測量鈮酸鋰晶體的半波電壓，一種方法是極值法，另一種是調制法，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，并把直流電壓從小到大逐漸改變時，輸出光強出現(xiàn)極小值和極大值，相鄰第20頁極小值和極大值對應的直流電壓之差就是半波電壓。⑵調制法晶體上直流電壓和交流信號出現(xiàn)倍頻失真，與出現(xiàn)相鄰倍頻失真對應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，觀察正弦波電壓的調制特性。電源面板上的信號選擇琴鍵開關可以提供三種不同的調制信號，按下“正弦”鍵，機內但一頻率的正弦波振蕩器工作，此信號經放大后，加到晶體上，同時，通過面板上的“輸出”孔，輸出此信號，把它接到雙線示波器的Y1上，作為參考信號，改變直流偏壓，使調制器工作在不同的狀態(tài)，把被調制信號以光電轉換、放大后接到雙線示波器的Y上，和Y1上的參考信號相比較，工作點選定在曲線的極小值（或極大值）時，輸出信號“倍頻”失真；工作點選定在曲線的極小值（或極大值）附近時信號失真，觀察時調制信號幅度不能太大，否則調制信號本身失真，輸出信號的失真無法判斷由什么原因引起的，把觀察到的波形描述下來，并和前面的理論分析作比較。用14波片改變工作點，觀察輸出特性。在上述實驗中，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，繞光軸緩慢旋轉時，可以看到輸出波形隨著發(fā)生變化。當波片的快慢軸平行于晶體的感應軸方向時，輸出光線性調制；當波片的快慢軸分別平行于晶體的X，Y軸時，輸出光失真，出現(xiàn)“倍頻”失真，因此，把波片旋轉一周時，出現(xiàn)四次線性調制和四次“倍頻”失真。光通訊的演示按下電源面板上信號選擇開關中的“音樂”鍵，此時正弦信號被切斷，輸出裝在電源里的“音樂”片信號。輸出信號通過放大器上的揚聲器播放，改變工作點，此時，所聽到的音樂不同。圖4圖5圖6實驗過程：參照實驗指導書進行試驗一，觀察晶體會聚偏振光干涉圖形和電光效應現(xiàn)象。把輸入光強調到最大，屏上可看到干涉圖樣，電流最大，激光亮度最強，形成的干涉是四個方向的。偏壓為零時顯示屏上呈現(xiàn)單軸晶體的錐光干涉圖樣加上偏壓時顯示屏上呈現(xiàn)雙軸晶體的錐光干涉圖樣改變偏壓的極性時，觀察到干涉圖形旋轉90度只改變偏壓的大小時，干涉圖形不旋轉，只是雙曲線之間的距離發(fā)生變化。二，光通訊的演示按下電源面板上信號選擇開關中的“音樂”鍵，通過放大器上的揚聲器播會播放出圣誕歌實驗七棱鏡耦合法測波導參數(shù)［實驗目的］1.學習一種波導耦合方式—棱鏡耦合通過觀察棱鏡耦合的m線，加深對波導模式耦合概念的理解通過測量不同山線甲角，進一步加深對波導模式概念的理解掌握有效折射率的測量與計算方法掌握利用棱鏡耦合法測量波導參數(shù)的方法通過波導參數(shù)的計算，學會數(shù)值求解超越方程的方法［實驗儀器］激光器，棱鏡耦合測試系統(tǒng)，直角耦合棱鏡，平板玻璃波導［實驗原理］1.1三層平板波導中的導模一個均勻的三層平板波導如下圖所示，它是由低折射率襯底和包層及高折射率波膜構成的，若假設波膜，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光波導當光線在波膜—包層的界面（上界面）及薄膜--襯底的界面（下界面）反復地發(fā)生全反射時，光波就限制在上、下界面之間按照鋸齒形的路線沿著與界面平行的方向（圖中Z軸方向）傳播形成導模。下面，我們進一步分析鋸齒形射線的傳播，并說明，鋸齒形射線與界面的夾角0只能取有限個離散值，相應的導1模模式只能是有限個。鋸齒形光線實際上是在薄膜內互相疊加的兩個均勻平面波，一個是斜向上傳播的，另一個是斜向下傳播的，它們的波面的法線即如圖所示的鋸齒形光線。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，波矢量沿Z方向的分量（寫作卩）為：P€knsin?011（1）而X方向的分量則分為K=±k這里k€kncos?011（2）正負號分別相應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，這兩個光波的相位差應該等于2兀的整數(shù)倍。這個維持導模的條件亦稱為橫向共振條件，也就是在橫向形成駐波的條件，對于厚度為d的薄膜，光波從下界面行進到上界面的相移是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，亦即平板波導中能形成導模的條件是：式中m叫做模的階數(shù)，取以零開始的有限個正整數(shù)，上式可改寫為：Kd，m€+Q+q12103)稱為平板波導的模方程，亦稱平板波導的模式本征值方程或平板波導的色散方程。該方程的未知數(shù)是卩或…，對于給定的m，就1有確定的卩或…，相應的卩叫做m階導模的傳播常數(shù)，…叫做m階導模的模角。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)的平板波導模式的本征值方程。對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(7)對TM模，有Kd二(7)對TM模，有Kd二m…+tan?i+tan?iq=(,2?k2n2)2oo仃、2n2<n丿Vo丿8)在導波光學中，丁一波導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)光波導中導模直接入射到平板波導上的光不能在平板波導中形成導模，要想在平板波導中形成導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波激發(fā)的實驗中我們采用這種方法。棱鏡耦合的結構如圖所示，當入射的激光在棱鏡的底面上全反射時，若入射光滿足相位匹配條件，會產生光學隧道效應，光會通過空氣隙進入薄膜。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滿足棱鏡一波導系統(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，所以滿足相位匹配的€也是一3系列分立的值。當€滿足香味匹配時，光束就會從入射棱鏡被耦合進薄膜，3然后從波導的另一頭從與入射棱鏡完全相同的出射棱鏡中射出。（光在波導與出射棱鏡中的行為與前面講的耦合原理類似）。在例行情況下，從出射棱鏡中射出的光線投影在屏上應是一個光斑，但實際上由于波導沿波的傳播方向的不均勻行賄時光在各個模式間耦合，使波導出射時的光都存在，所以會形成如圖所示的多條亮線，即m線，其中有最亮光斑的那條線就是符合相位匹配條件的模所對應的m線。1.3有效折射率的計算由于N二P.'k，所以由相位匹配的關系式可以改寫為ef''0N，nsin€eff3 3（14）但上式中的€不是直接可測量量，所以可按幾何關系和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光線從法線左側入射由幾何關系得：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光線從法線右側入射有幾何關系得所以N=sina'n2—sin2€—cosasin€ef 3（16）由（15）、（16）式可見，若測量出€，在已知a、n的情況3下就可以得到n。eff1.4波導參數(shù)：膜厚度d和膜折射率n的計算1棱鏡--波導系統(tǒng)原則上可以看成一個四層平板波導系統(tǒng)，但在空氣間隙較大的情況下，可以近似看成一個三層平板波導。所以若測得兩個模的有效折射率、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）式可得到兩個模K的表0011達式（表達式中n是待求值），可分別表為K，K由（4）式可列201出以下兩個方程。Kd=Kd=tan-i0?tan-iqo17)KdKd=tan-ii18)借助計算機求解上述超越方程就可以求出d、nii［實驗內容］2.1觀察m線調節(jié)激光器的高度、俯仰和水平方位角，使激光束基本與導軌平行并通過轉盤中心，入射到棱鏡斜面上。耦合光斑的穩(wěn)定調節(jié)。調整棱鏡---波導系統(tǒng)在轉盤上的位置。使得輸入棱鏡的直角底位于轉盤中心附近，激光束在棱鏡底形成的光斑（稱耦合光斑）接近直角棱鏡的壓力點處，慢慢轉動轉盤，當角度適當時可以在屏上觀察到m線。為了有效激勵波導所有可能的模式，當轉盤在所有導模的角度范圍內轉動時，應保持光斑不動，再不同角度上反復調節(jié)棱鏡在轉盤上的位置，可得到穩(wěn)定的耦合光斑。觀察m線。緩慢轉動轉盤，m線的中心亮斑會從一條線轉移到另一條線。注意光斑移動的方向。根據(jù)耦合角的大小辨別基模和高次模，數(shù)出m線的條數(shù)。€角的測量反復調節(jié)棱鏡和轉盤的位置，使得入射到棱鏡斜面上的反射光可以通過光闌，表明此時入射光與棱鏡的反射面垂直，記下此時的刻度，轉動轉盤再記下出現(xiàn)不同m線的刻度，此刻度與上述刻度的差即位不同模相對應的€角有效折射率與波導參數(shù)的計算利用附錄中的公式（15）、（16）由測量的€，在已知a、n的3情況下就可以得到有效折射率N。用一種計算機語言編寫程序，eff數(shù)值求解附錄中的超越方程（17）、（18）.根據(jù)已測得的有效折射率及給定的襯底和包層的折射率在計算機上運行，解出波導參數(shù)：膜厚度d和膜折射率n。1實驗過程:由于實驗儀器的損壞（平面波導片碎裂），所以我們首先是根據(jù)老師提供的材料，參照另一組的實驗儀器，進行儀器安裝。通過在實驗中發(fā)現(xiàn)問題，不斷的調整棱鏡的位置，和壓緊程度，終于組合成了一個可以進行試驗的裝置。這個實驗我們只觀察了m線，老師還給我們簡單介紹了一下怎么讀數(shù)。首先打開激光器，通過調節(jié)激光器的高度，導軌的方向，使