F-P干涉仪.ppt

Measurement of Wavelength Difference of Na Light with Fabry-Perot Interference 实验目的 了解 F-P干涉仪的结构，掌握调节与使用F-P干涉仪的方法； 进一步理解多光束干涉的理论和条纹特点； 用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长差。 实验仪器和装置 F-P 干涉仪的结构和原理 F-P 干涉仪工作原理 思考 思考 实验原理 ——测定钠黄双线的波长差 概述：利用干涉原理测量光程差从而测定有关物理量的光学仪器。 引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些? ? =2ndcos? 两物理量：几何路程(两反射镜间距)d 　　　　　　　　介质折射率n n恒定,d改变——F-P干涉仪。 　　　 d恒定,n改变——F-P标准具。 应用：长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、 用作高分辨率光谱仪。 实验内容及步骤 调节镜面平行 装上低压钠灯灯窗挡板，可能出现以下两种现象: 现象1、如果通过镜面观察光束反射形成一系列光点，说明两镜面是否平行？如何调节？ 现象2、光点重合，表明两镜面基本平行。 2、测定钠黄双线的波长差 数据记录及处理 代入公式计算出钠双线波长差： 实验注意事项 1、实验中两镜面不得相碰，造成设备损伤。 2、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震动，以防止两镜面擦伤。 3、禁止用手触及光学零件的透光表面。 4、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，不要急促右斜向用力。 5、禁止调节F-P干涉仪内侧的镜面。 为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干涉环中间时记录数据？ 实验值和理论值有误差吗？你认为产生误差的原因是什么？ 为什么记录数据时两镜面距离为1mm为宜？ 为什么在调两镜面平行的过程中不能调节内侧的镜面？ 注意：实验中会出现的几种现象及解决方法 无法调出环，这时主要调节前镜面螺丝，学生没有调节基准平行。 调的环一半明一半暗，还是两镜面没有完全平行； 调出的环经过一段行程后就不清晰了，这是由于机器主轴不严格造成的。可以通过让学生选择清楚的一段记录数据来弥补。 调出的环过粗或过细，是由于两镜面预置距离不当造成的。 观察不到两套环，两镜面未调节平行。 * * F-P干涉仪 测微目镜 会聚透镜 低压钠灯 毛玻璃 灯窗挡板 * 注意：G1，G2板可移动—光程可调 镀高反射膜 入射角? 镀高反射膜 F-P干涉仪的原理 主要结构:两块各有一面镀高反射膜的玻璃板，镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜。 基本原理:平行平面板反射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹. 多光束薄膜干涉 接收屏 会聚透镜L G2 G1 S * 注意：G1，G2板可移动—光程可调 入射角? 镀高反射膜 镀高反射膜 F-P干涉仪的原理 多光束干涉条纹图案的形成: 　　当两表面严格平行时，来自光源任一点的单色光以入射角? 照射到平行板上，这时透射光是许多透过平板的平行光束的叠加。任一对相邻光束的光程差为 ? =2ndcos? 通过计算可得透射光束叠加后的光强I`有极大值和极小值。接收屏上有明暗相间的干涉条纹。 接收屏 会聚透镜L G2 G1 S 镀高反射膜 入射角? 镀高反射膜 关于F-P干涉仪结构的思考 为避免没有涂反射膜的表面反射光产生干涉，两块平板通常做成锲形，锲角约1`到10`。 提问1：为什么G1和G2两反射面要做成锲形？ 接收屏 会聚透镜L G2 G1 镀高反射膜 入射角? 镀高反射膜 关于F-P干涉仪结构的思考 提问２：接收屏的放置位置有要求吗？ 提问３：为什么要采用扩张光源照明 ？在接收屏上应该形成什么样的干涉条条纹？ f r o 接收屏 会聚透镜L G2 G1 S O` * 注意：G1，G2板可移动—光程可调 ——多光束薄膜干涉的应用 镀高反射膜 入射角? 镀高反射膜 ? =2ndcos? ?:单色光的入射角 d:G1和G2之间的距离 n:介质折射率(空气，n=1） 相邻光束的光程差 干涉形成明暗相间的圆环 接收屏 会聚透镜L G2 G1 S 其中 可为 二波长平均值的平方。对钠黄双线，可取（589．3nm)2 根据原理推导：钠双黄线的波长差用以下公式计算： 钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹。 波长变化一个周期，两镜面G1、G2的距离差 钠双线的波长差 法布里-玻罗干涉仪的两套干涉圆环 实验原理 F-P干涉仪的应用 两束相干光 光程差变化 干涉条纹 移动 测量引起光程差 变化的相关物理量 优势：利用波长为测量手段精度高。 思考——F-P干