激光原理及應(yīng)用試驗(yàn)報(bào)告有詳細(xì)答案

1、實(shí)驗(yàn)一測定空氣折射率、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 熟練掌握邁克爾遜干涉光路的調(diào)節(jié)方法；2 2、 學(xué)會調(diào)出非定域干涉條紋，并測量常溫下空氣的折射率。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)室建立在邁克爾遜干涉光路的基礎(chǔ)上來做的。激光束經(jīng)短焦距凸透鏡會聚后可得到點(diǎn)光源 S,S,它發(fā)出球面波照射干涉儀，經(jīng) G1G1 分束，及 M1M1、M2M2 反射后射向屏 H H 的光可以看成由虛光源 S1S1、S2S2 發(fā)出的。其中 S1S1 為點(diǎn)光源 S S 經(jīng) G1G1 及 M1M1 反射后成的像，S2S2 為點(diǎn)光 源 S S 經(jīng) M2M2 及 G1G1 反射后成的像。這兩個(gè)虛光源S1S1、S2S2 發(fā)出的球面波，在它們能相遇的空間里處處

2、相干，即各處都能產(chǎn)生干涉條紋。我們稱這種干涉為非定域干涉。隨著S1S1、S2S2 與屏 H H 的相對位置不同，干涉條紋的形狀也不同 。當(dāng)屏 H H 與 S1S1、S2S2 連線垂直時(shí)（此時(shí) M1M1、 M2M2 大體平行），得到園條紋，圓心在 S1S1、S2S2 連線與屏 H H 的交點(diǎn)。處。當(dāng)屏 H H 與 S1S1、S2S2 連線垂直平分線垂直時(shí)（此時(shí)M1M1、M2M2 于H H 的距離大體相等），將得到直線條紋。圖 1 1 實(shí)驗(yàn)裝置三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1 1、測空氣的折射率調(diào)出非定域條紋干涉后，改變氣室 ARAR 的氣壓變化 錯(cuò)誤！未找到引用源。，從而使氣體 折射率改變 錯(cuò)誤！未找到引用

3、源。，引起干涉條紋“吞”或“吐” N N 條。則有錯(cuò)誤！未找到 引用源。，于是得錯(cuò)誤！未找到引用源。（1 1）其中 D D 為氣室煩人厚度。理論上，溫度一定，氣壓不太大時(shí)，氣體折射率的變化量錯(cuò)誤！未找到引用源。 與氣壓變化量錯(cuò)誤！未找到引用源。 成正比：錯(cuò)誤！未找到引用源。 （常數(shù)）故錯(cuò)誤！未找到引用源。p,p,將式（1 1）代入可得錯(cuò)誤！未找到引用源。2 2、 實(shí)驗(yàn)步驟1 1）將各器件夾好，靠攏，調(diào)等高。2 2） 調(diào)激光光束平行于臺面，按圖所示，組成邁克耳孫干涉光路（暫不用擴(kuò)束器）。3 3）調(diào)節(jié)反射鏡 M1M1 和 M2M2 的傾角，直到屏上兩組最強(qiáng)的光點(diǎn)重合。4 4）加入擴(kuò)束器，經(jīng)過微調(diào)，

4、使屏上出現(xiàn)一系列干涉圓環(huán)。5 5） 緊握橡膠球反復(fù)向氣室充氣，至血壓表滿量程（40kPa40kPa）為止，記為 p p。6 6） 緩慢松開氣閥放氣，同時(shí)默數(shù)干涉環(huán)變化數(shù)N,N,至表針回零。7 7）計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境的空氣折射率Nkp 2D實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃摹?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理測量次數(shù)1 12 23 34 45 56 6干涉環(huán)變 化數(shù) N N626264646464636362626464平均值63.563.5空氣折射率 n n1.000251.00025五、思考題1 1、實(shí)驗(yàn)中怎樣才能觀察到非定域的直條紋和雙曲線條紋?答：直接用激光加擴(kuò)束鏡干涉前不加毛玻璃，干涉后在毛玻璃屏上觀察。2 2、 在邁克爾干涉光路中分

5、束板 G1G1 應(yīng)使反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1:1,1:1,這是為什么？答：這樣才能使干涉條紋的襯比度最大。兩束相干光只有在光強(qiáng)相等時(shí)，才能出現(xiàn)暗條紋強(qiáng)度為零，否則最暗處強(qiáng)度不等于零，使襯比度下降，效果不好。3 3、 同一氣室，在不同溫度下，折射率有何變化？答：由于溫度不一樣的原因，導(dǎo)致空氣密度改變，直接影響了折射率， 其實(shí)主要影響的是空氣的水蒸氣。實(shí)驗(yàn)二全息照相1 1、學(xué)習(xí)掌握全息照相的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)；2 2、初步掌握拍攝全息照片和再現(xiàn)信息的方法；3 3、了解全息照相技術(shù)的主要特點(diǎn)，并與普通照相進(jìn)行比較;4 4、了解照相顯影、定影、沖洗等暗室技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理1 1、全息照相與普通照相的主

6、要區(qū)別普通照相是根據(jù)幾何光學(xué)成像原理，記錄下光波的強(qiáng)度（即振幅）信息，將空間物體成像在一個(gè)平面上。全息照相是利用光的干涉和衍射原理，將物體發(fā)射的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，并在一定的條件下使其再現(xiàn)，形成逼真的原物立體像。 由于記錄了物體的全部信息（振幅和相位），因此稱為全息照相。全息照相包含兩個(gè)過程：記錄和再現(xiàn)。2 2、 光的干涉- 全息記錄的獲得全息照相是一種干涉技術(shù)。 激光器射出的激光束通過分束鏡分成兩束，透射光經(jīng)反射鏡反射及擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后射到被攝物體上，再經(jīng)物體漫反射到感光底片上，這束光稱為物光。另一束反射光經(jīng)反射鏡和擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后直接投射到感光底片上，這束光稱為參考光。由于激光是相干

7、光，物光和參考光又都由同一激光器發(fā)出，所以在感光底片上迭加的結(jié)果會形成干涉條紋，條紋的疏密和形狀反映了物光束的相位，條紋的強(qiáng)度反映了物光束的振幅。感光底片經(jīng)顯影、定影和漂白后，最后得到的是一塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光柵，它記錄下物光束的全部信息， 稱為全息照片或全息圖。3 3、光的衍射一一全息照相的再現(xiàn)一張全息圖片相當(dāng)于一塊復(fù)雜的“衍射光柵” ，而物象再現(xiàn)過程就是光的衍射過程。一 般用相當(dāng)于拍攝時(shí)的激光照射全息圖片， 就能在全息圖片一一衍射光柵的衍射光波中得到一 列零級衍射光波和兩列一級衍射光波。4 4、全息照相的主要特點(diǎn)（1 1）立體感強(qiáng)。（2 2）具有分割性。（3 3）同一張全息底片可重疊多個(gè)全息圖。

8、三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）全息記錄A A、調(diào)節(jié)光路1 1）按裝置圖的相對位置放好各器件，拿下L1L1 和 L2,L2,調(diào)等高2 2）使物光束與參考光束的光程近似相等，夾角在3030 -40-40 之間3 3）調(diào) M1M1 的傾角，使光束射在物的中間部位，調(diào)M2M2 的傾角，使參考光束射在全息干實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌宓闹胁? 4）加入 L1L1 , ,調(diào)其支架并前后移動(dòng)，使擴(kuò)束鏡恰好照全物體，加入L2L2 , ,調(diào)其支架并前后移動(dòng)，使參考光束對準(zhǔn)白屏，與物光束的光強(qiáng)比在5:1-10:15:1-10:1 之間B B、 曝光照相關(guān)閉激光器，打開暗綠燈，取下觀察屏，安裝全息干板后，進(jìn)行曝光。C C、 沖洗處理：顯影，停影

9、，定影，清水沖洗、晾干。（二）全息圖像的觀察A A、 觀察再現(xiàn)虛像：將全息照片放回原記錄光路中的原位置，遮住物光（最好將原物體移開），用參考光束照亮全息照片，可在全息照片上觀察到立體的再現(xiàn)物體的虛像。匚B B、 全息照相特點(diǎn)的研究四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果一元硬幣的全息照片：五、思考題1 1、 在拍攝全息相片時(shí)，為什么要求。光和 R R 光的光程盡量相等？-答：在拍攝全息相片時(shí)，要求 。光和 R R 光滿足光的干涉條件。當(dāng) 。光和 R R 光的光程差 比較大時(shí)，。光和 R R 光不在滿足光的干涉條件，因而不能拍攝出全息相片。2 2、 在全息底片重迭處，。光和 R R 光的光強(qiáng)之比為 1:11:1 時(shí)，其拍攝

10、效果是不是最好？為什么？答：不是最好。因?yàn)樵谌⒌灼娜槟z特性曲線中，當(dāng)光強(qiáng)為零時(shí)，其黑度與光強(qiáng)不成 線性關(guān)系，此時(shí)拍攝出來的全息底片在再現(xiàn)時(shí)，會存在一定的畸變。實(shí)驗(yàn)三電子散斑測量1 1、 了解電子散斑干涉原理2 2、 掌握干涉光路及圖像處理軟件實(shí)驗(yàn)原理和方法電子散斑干涉法是用激光光束直接照射到測試表面，再用電子攝像機(jī)采集其變形前后表面散斑顆粒干涉形成的條紋，以測定其離面位移的一種新型、先進(jìn)的測試技術(shù)。下圖為測量離面位移的光路，有激光器 1 1 發(fā)出的激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡 2 2 及準(zhǔn)直鏡 3 3 形成光斑放大了的準(zhǔn)直光， 再經(jīng)分光鏡 4 4 分成兩束，一束照射到反射鏡 5 5 在返回，另一 束照

11、射到被測物 6 6 的表面在返回，兩束返回的光束干涉形成干涉條紋， 也就是一系列等位移線 N,N,則離面位移為：錯(cuò)誤！未找到引用源。三、實(shí)驗(yàn)步驟1 1）把平臺擺好，并調(diào)平。2 2）各個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的中心高度調(diào)至共軸3 3）使激光器發(fā)出的光束平行于工作平臺的工作面，分別放入擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡，使通過它的被擴(kuò)束的激光變成平行光，平行光束應(yīng)通過放入光路中的部件的中心且平行于平臺。4 4） 放入被測物品和 CCDCCD 攝像機(jī)，調(diào)節(jié)分光鏡上二維調(diào)整臺的微調(diào)旋鈕，使物品反射的光的中心照射到 CCDCCD 攝像機(jī)接收表面上。5 5） 放入平面反射鏡，調(diào)節(jié)后得到的圖像的干涉條紋最清晰且為中心位置6 6） 給物品加上適當(dāng)?shù)膲毫?，并拍攝下其變形后的干涉條紋7 7） 利用電子散斑干涉的處理軟件對其圖像處理四、 思考題如果本實(shí)驗(yàn)采用平行光照明，從理論上看測試精度將有何變化，光路應(yīng)做何調(diào)整？答：平行光照明直接觀察其條紋時(shí)，還能得到更多的信息。散斑圖用平行光照明，在其前方距離為 S S 處設(shè)一屏，在屏上任一點(diǎn) 。開一小孔進(jìn)行觀察，當(dāng)只考慮散斑圖上某一點(diǎn)P P時(shí)，就相當(dāng)于用逐點(diǎn)進(jìn)行觀察， 在前方屏上將出現(xiàn)楊氏條