应用光学实验指导书-光电工程-长春理工大学.DOC

物理光学实验指导书 张磊 陈宇等主编 长春理工大学光电工程学院 2004年 前 言 按照“物理光学”教学大纲规定的实验要求，并结合光电工程学院的《物理光学》教学特点及具体的实验情况，我们新编了《物理光学实验指导书》。 本指导教程着眼于物理光学实验的原理及内容，侧重于相关实验现象的分析及理解，以提高学生的综合分析能力的培养，达到理论教学与实验教学的融合及统一。在该实验指导教程中共包含八项实验，系统的介绍了所有实验的原理、内容、步骤、装置等，并在每个实验中都配备了相应的思考题，在编写过程中吸纳了过去实验教学的经验与长处，具有自己的特色。 本教程由光电工程学院张磊、陈宇等主编。 由于本人水平有限，教程中难免有不足之处，衷心希望广大读者对教程中的不足之处给予批评指正。 编者 2003年12月 目 录 ［实验一］ 用激光照明的迈克耳逊干涉仪 1 ［试验二］ 法布里——珀罗干涉仪实验 3 ［实验三］　 扩展光源的夫琅禾费衍射 5 ［实验四］　 色散实验 10 ［实验五］ 旋光实验 14 ［实验六］ 偏振光演示实验 18 ［实验七］ 激光衍射光强自动记录系统实验 19 ［实验八］ 激光衍射演示实验 20 ［］ 迈克耳逊干涉仪的原理光路如图1－1所示。 光源S发出的光首先到达分光板，的第二个折射面上涂有半反半透膜层，入射光将在分光面上同时发生反射及折射，形成1、2两支光路，1光路经由反射镜反射、透射进入观察系统；2支光路经补偿板透射、反射镜反射及的分光面反射之后进入观察系统，1、2两支光路相遇发生干涉通过观察系统即可观察到干涉条纹。 当采用扩展光源时将形成定域条纹，若此时两个反射镜相平行，则形成定域于无限远的等倾干涉条纹；若之间有一小的夹角，则将产生等厚条纹，条纹定域在倾斜反射镜附近。反射镜可以借助于微动鼓轮在精密导轨上前后移动，当前后移动反射镜改变的位置时，将改变虚平板（或虚楔板）的厚度，条纹将发生移动。 图 1－1 当采用的是点光源照明的条件下（诸如本次实验），将产生非定域条纹，只要在两只光路重叠的空间里都能产生干涉条纹，因此不用任何成像元件只用一个白屏就能够看见干涉条纹。可见当采用激光点光源照明时比较容易观察到干涉现象。 五、测量步骤 １、首先接通激光器的电源开关，用激光束照明迈克耳逊干涉仪，调整激光管的高低位置，以便使激光将束能进入系统。 ２、固定反射镜的位置，调整反射镜后的三个粗调螺钉，使两个反射镜基本垂直（或基本平行于），此时在观察屏上可以观察到弧状的条纹，如果条纹很密，通过继续调节反射镜后的三个粗调螺钉能够使条纹变疏并使条纹成圆形并令环的中心处于视场的中心位置处。 ３、转动反射镜附近的测微鼓轮，反射镜将发生前后的移动，此时观察屏上 的条纹将随着反射镜的移动不断的收缩或者冒出，令视场中心的条纹是亮条纹（或暗条纹），此时读出测微鼓轮上的读数；然后再转动测微鼓轮，数出冒出（或收缩）的条纹数为个，再次读出测微鼓轮上的读数，则两次读数之差即为反射镜移动的距离。 利用公式就能够求出激光的波长。 如此反复测量5次取其平均值。 六、思考题 1、激光照明的迈克耳逊干涉仪实验与用扩展光源照明的迈克耳逊干涉仪实验室内有何不同？ 2、扩展光源照明的迈克耳逊干涉仪中，补偿板的作用？ ［］ 图1—1 F-P干涉仪原理图 由扩展源S（纳光灯）发出的光经镀高反膜表面G和G之间的多次反射，变成互相平行的多光束并且相干，干涉条纹的定域在无限远处。人眼通过由透镜L和L组成的望远镜，便可观察到同心圆环状的等倾干涉条纹，亦可用眼睛直接观察干涉条纹。 　G固定不动，G可以平移，因此改变 G和G的间距h。G和G始终保持严格平行。根据多光束干涉理论，则相邻两束光的光程差为：△=2hcosθ，其中θ是G和G之间的反射角，h是G和G之间的间距，则相位差为 　　　　　　=　　　　　　　　　　　　　　（２－１） 透射光的干涉强I满足下式 　　　　=　　　　　　　　　　　　（２－２） 当，即 　　　2hcos=m(m=整数)　　　　　　　　　　　（２－３） 产生等倾两干涉环。当平板的反射率很高时，即F很大，条纹对比度也很高，并且亮环的宽度变窄。因此在同级于涉条纹中，波长差很小的两条谱线可以分解开。这对于光谱分析和提