一-Physics@NCKU.docVIP

第二組 姓名：李 日期：4.7.2000 實驗目的 學習Fabry-Prot 干涉儀的操作及原理 觀察He-Ne Laser 頻寬 觀察都卜勒加寬效應 實驗內容 1.調整干涉儀共振腔兩平面,使兩者平行。 2. 利用Fabry-Perot頻譜儀，找尋雷射的頻率分佈，求出雷射光束兩波長的頻率差及在一固定偏壓下的解析度(resolution)。 3. 計算都卜勒加寬效應 實驗器材 1雷射光源 2 Optical isolator (光阻隔器) 3 Fabry-Perot 干涉儀 4 Ramp Generator 5 示波器 6 detector 7匯聚透鏡 8平面反射鏡 實驗步驟: 不同波長在不同長度的共振腔產生駐波，光需直線前進且尋原路反射，則共振腔兩面需平行，先粗調使光成一點打到detector，在用電壓微調壓控晶體，在示波器上觀察圖形。 首先，將Isolator移開，調整共振腔的高度及左右，使光線能反射後仍打回原發射源，而沒有發散，再來調整共振腔兩面平行，當光線成一點即達到平行，此時可利用平面鏡的三個粗調鈕，在利用平面鏡後方的壓控晶體受微小電壓可改變共振腔長度的微調鈕，當光線形成駐波時就可增強光強度而穿透平面鏡，在利用反射鏡打到detector，中間可加上會聚透鏡，希望光能會聚成一點，而更容易測量。 Detector接著示波器，讓我們觀察在不同共振腔長度所產生的頻率分佈，我們由示波器的圖形上，看到每一段有兩個波峰，兩個波峰代表有兩個波長，波峰愈大代表在雷射中所佔比重愈大，而為了準確，不斷粗調、微調及外加電壓，使兩個波峰分的更清楚，我們希望示波器上的圖形，波峰與波峰之間愈平坦愈好，而振幅也盡量調大，如此才可準確地確定FSR等值。接下來再將示波器上的圖形列印下來，以求得我們所要的資料。 詳細步驟如下: 1 架設He-Ne雷射光源。 2 打開所有儀器的電源。 3 調整雷射光源位置，使雷射光通過壓電晶體後能射到Detector (偵測器 的中央)。在示波器找到一最大Y值。 4 放入光阻隔器（注意：光阻隔器有方向性） 5 調整光阻隔器使雷射光從鏡面中心射入，且使鏡面與入射雷射光垂直， 也就是使雷射光大部分都射入光阻隔器，減少因反射而造成的能量損失。換言之在isolator與一平面鏡(接近detector者)間放入干涉儀,使共振腔平面與雷射光行進方向大約垂直。在示波器上找到兩波峰。 6 粗調壓電晶體座的方向、俯仰、前後、左右，使之在示波器上能有最大的振幅。 7 實際實驗時因使用了兩個平面反射鏡，所以在粗調壓電晶體時也需調整平面鏡的俯仰角。 8 當粗調使示波器上的振幅為最大時，換調整壓電晶體的控制器，同樣也是調整使示波器上的振幅為最大。 9. 調整干涉儀的水平、手動平行、Ramp Generator上的三個平行微調鈕,使示波器上的兩波峰峰值最大,且相互分離。 10. 完成細調後，用印表機列印X-Y mode時的(X接Ramp Generator的bias ;Y接Detector)示波器圖形。 11. 都卜勒加寬效應：入射光在某個頻率ν0下，可以產生gain，然而因為光子的相對速度，使得在ν0附近的頻率都被當作ν0而有gain，雷射光的頻率範圍加寬，而不限制在非常陡峭的範圍裡。為什麼示波器上的圖形會每一段有兩個波峰不斷重複？原因是He-Ne雷射，當入射光頻率符合粒子數反轉所產生光的頻率ν0相當，使入射光hν0成2hν0離開，持續增加，將形成非常大強度的雷射，而因為光子的相對速度，產生都卜勒加寬效應，即在ν0附近都有gain的現象，在加上共振腔長度的共振現象，只有在一定的共振條件下才可以通過所以結果只留下兩個頻率。將示波器autostore，即兩個頻率的相對位置持續記錄下來，而所有雷射光可產生的位置即是屬於都卜勒頻寬的範圍 五、結果與討論 數據整理： 雷射光的波長為6328 A Fabry-Porot干涉儀 雷射共振腔 L 2.89 cm 22.5 FSR(free spectral rage) 5.1903E+09 Hz 6.6667E+08 Resolution 1.8125E+08 Hz Finesse 28 Δν 6.5909E+08 Hz Δλ 0.008797404 分析與誤差評估： 在示波器的的數值並不是很大，可detecter，使得誤差增大，形成不合理的數據。光阻隔器的放置方向也有些問題。 討論與原理說明： Fabry-Perot Interferometer 其結構是利用兩個近乎平行的高反