干涉衍射法测激光波长-计量技术实验教学中心.PPT

干涉/衍射法测激光波长 本实验的意义 从物理光学的内容可以知道，不同波长的光具有不同的颜色，光的波长不同，那么造成的光学特性就有很大的差别，比如折射率。波长是光波的一个重要参数，为了利用和控制光波，我们需要具备测量激光波长的手段。激光的应用遍及于工农业、医学、国防等部门。利用激光的各种精密仪器设备已为科研、工程设计、生产技术的检验等提供了极有价值的方法。 一、实验目的 1、了解激光波长的测量方法。 2、加深理解光的干涉和衍射现象。 3、学习光路的调整和准直。 二、实验原理 1. 迈克尔逊干涉仪法 迈克尔逊干涉仪的光路走向为：从光源S发出的光到达分光板P1 的半透膜面分成两路,一路光(1) 经P1 的半透膜面反射到达平面反射镜M1 ,经M1 的反射沿原路返回穿过P1 到达观察屏E ,另一路光(2)经P1 折射后到达平面反射镜M2 ,经M2 反射沿原路返回又经P1 的半透膜反射与光(1) 重合到达观察屏E ,两束光符合相干条件, 形成干涉, 其干涉图样是同心圆环。用 λ 表示被测光波波长, △d 为M1 移过的距离, N 为中心出现的圆环数,由于激光相干性能好,相干度长,可用下列方程求出波长。 λ =2 △d / N ( △d = d2 - d1 ) 为两次读数差 二、实验原理 迈克尔逊干涉仪光路图 二、实验原理 2. 钢板尺方法 激光是一种方向性和单色性极好的光源, 试验过程中首先将钢尺固定在水平桌面上, 使激光的一部分照射在钢尺的刻痕上, 一部分反射到垂直于桌面的墙壁上。这时通过微调激光的人射角度, 则会在墙面上出现系列亮点S0，S1, S2, S3等。这是因为激光在钢尺两刻痕之间的许多光滑面上均发生了反射, 这些反射光线如果相位相同则会相互叠加而在墙面上形成亮斑。原理如图1所示。 二、实验原理 二、实验原理 3. 衍射法 利用光盘的衍射，使用光盘作为反射光栅，如图所示： 二、实验原理 二、实验原理 三、实验内容 光盘衍射法实验图片 四、数据处理与作业 1、数据表格自拟。 2、利用记录的数据和相关公式，计算出测量的波长值，要求详细步骤。 3、分析实验误差。 上一页 下一页 主目录 返 回 * 实验的意义 实验目的 实验的基本原理 实验内容 数据处理与作业 当光程差恰好等于波长 λ 的整数倍时, 则在墙壁上出现亮点, 若角a等于角b时, 光程差为零,此时对应于墙壁上的中央亮点S0, 依次S1, S2, S3，S4点对应于光程差为1倍波长, 2倍波长,3倍波长, 4倍波长的位置。根据光程差公式有： d(cosα-cosβ1) = λ d(cosα-cosβ2) = 2λ 因此只要测量出各亮斑到点O 的距离h ,以及激光的照射中心B到墙面的距离L ,即可测量出激光的波长。 激光器 屏 光盘 +1 -1 L h 光栅衍射方程如下: d (sin φ+ sin θ) = K λ (1) 式中,φ为入射角,θ为衍射角。为计算方便,使入射光垂直光盘表面,此时φ=0 。测量1 级谱线衍射角, K = 1 ,所以 λ= d sin θ (2) 其中,d =1/625mm = 0.0016 mm，θ= arctan h / 2L 于是，测量+1级和-1级衍射条纹间距h，以及观察屏与光盘的距离L，代入（2）式即可求出波长值。 实验中应注意几点： （1）入射光应采取垂直照射,可以用光线是否沿原路返回来判断是否垂直照射；(2) 为避免入射光不垂直照射而造成正、负级谱线关于零级谱不对称,只测量一侧谱线造成衍射角测量误差,应测量正、负1 级谱线间总夹角,除以2 后得到垂直入射时的衍射角；(3) 应尽量使屏与光盘平行,并与入射光垂直,可用测量不同位置光盘与屏间的距离是否相等来判断；(4) 为准确测量衍射光斑位置,可在光源后加凸透镜,将光斑汇聚成较小的光点；(5) 多次测量取平均值。 也可以直接利用小孔衍射或者细丝衍射来测量。 原理图如下： 激光束 L 激光器 屏 S 小孔 a 利用小孔的芙琅禾费衍射公式，条纹间距： S = L λ / a 测量出S, a, L的值代入公式即可。 1、使用两种不同的方法测量激光波长。 2、要求写明实验的具体步骤。 3、记录相关数据，表格自拟。 顺着光束方向 逆着光束方向 其中白屏中心为反射光，上面和下面的小红点分别为±1级衍射 * *