多光束干涉實(shí)驗(yàn)

多光束干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容1、觀察多光束干涉現(xiàn)象，掌握多光束干涉的原理2、了解激光的頻譜結(jié)構(gòu)，掌握掃描干涉儀的使用方法以及測(cè)定其性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)技能3、測(cè)量并計(jì)算平行平面干涉儀的腔長(zhǎng)、自由光譜區(qū)以及精細(xì)常數(shù)4、用平行平面掃描干涉儀對(duì)He-Ne激光器進(jìn)行模式分析二、實(shí)驗(yàn)原理1、多光束干涉F—PF—P干涉儀。上圖表示的是一束入射角為i1

（i2

）的光束的多次反射和透射。形成振幅依次條紋。每相鄰的兩束光在到達(dá)透鏡的焦平面上的同一點(diǎn)，彼此的光程差都相等為由此引起的位相差

：=2nhcosi2由計(jì)算可以得出透射的光強(qiáng)為:

=/=nh2

os/II 0t 4Rsin2(/2)1 (1R)2I為入射光強(qiáng)。R為鏡子的反射率。0同一入射角的入射光經(jīng)F—P干涉儀的透鏡會(huì)聚后，都位于透鏡的焦平面的同一個(gè)圓周F—P干涉儀是振幅急劇遞減的多光束干涉，后，而邁克耳遜干涉儀是F—P干涉儀的條紋及其細(xì)銳。F—P干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)具所產(chǎn)生的干涉干涉條紋十分清晰明銳的特點(diǎn)，使其成為研究光譜線超精細(xì)結(jié)構(gòu)的有力工具。激光諧振腔就是應(yīng)用F—P干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)具的原理3、平行平面腔掃描干涉儀將F—T干涉儀的一塊反射鏡固定不動(dòng)，另一塊固定在壓電陶瓷環(huán)上就形成了平行平面腔掃描干涉儀。如圖所示：L（約波長(zhǎng)量級(jí)。當(dāng)有某一波長(zhǎng)為次反射后恰好閉合，與起始光線的光程差為2nL其中n為兩塊反射鏡間介質(zhì)的折射率，當(dāng)滿足2nL=m（m為正整數(shù)）時(shí)，干涉儀對(duì)入射光有最大透過(guò)率。因此，改變腔長(zhǎng)L即可實(shí)現(xiàn)光譜掃描。具體地說(shuō)，用壓電陶瓷環(huán)驅(qū)動(dòng)并依次通過(guò)干涉儀；激光由光電接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大接到專用示波器的Y輸入端，同時(shí)將改變腔長(zhǎng)的鋸齒波電壓接到示波器的X輸入端。這時(shí)，示波器的橫向坐標(biāo)示波器顯示的激光模譜掃描干涉儀有以下性能指標(biāo)：自由光譜區(qū)v 。F由2Lm（介質(zhì)是空氣，n=1）可知，當(dāng)腔長(zhǎng)變化/2時(shí)，波長(zhǎng)λ（q）的?？稍俅瓮高^(guò)干涉儀通常把腔長(zhǎng)改變/2所對(duì)應(yīng)的頻率變化量vFc/2L (2/2L)為干涉儀的自由光譜區(qū)。如果vF可能重疊，這是應(yīng)該避免的。儀器帶寬v。

小于激光工作物質(zhì)的增益線寬，不同級(jí)的模式頻譜就有儀器帶寬v鏡的反射率越高，調(diào)整精度越高，腔內(nèi)損耗越小，則窄帶越窄。F。精細(xì)常數(shù)F率極限寬度之比。即在自由光譜區(qū)內(nèi)能分辨的最多的譜線數(shù)目。根據(jù)精細(xì)常數(shù)的定義F精細(xì)常數(shù)的理論公式為 F

vFuR1R三、實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容連接各種線路，接好示波器。打開(kāi)激光器電源開(kāi)關(guān)，對(duì)光路進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，使得激光器的輸出光束平行于導(dǎo)軌。F-PF-PF-P儀附件的兩個(gè)光學(xué)面，使得其反射回的激光光束分別處于激光器輸出光束孔的正上方和正下方一點(diǎn)處，注意不要使得反射激光束回到激光器中。F-PF-P干涉儀附件的一個(gè)光學(xué)面的兩個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，使得透過(guò)F-P干涉儀附件的激光束（盡可能的）聚焦于一點(diǎn)。干涉儀附件上的四個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，使得從示波器上觀察接收到的波形中的尖峰細(xì)銳。如下圖所示。測(cè)量平行平面腔掃描干涉儀的特征參數(shù)、腔長(zhǎng)、自由光譜區(qū)以需要計(jì)算出該平行平面掃描干涉儀工作時(shí)的腔長(zhǎng)。通過(guò)示波器可以測(cè)量出v，它正比自由光譜區(qū)vF

，vF

c/2L，所以通過(guò)改變腔長(zhǎng)兩次測(cè)量v和v'由公式：v/v'(c/2L)/(c/2(LL')) 就可以算出初始態(tài)下的腔長(zhǎng)L來(lái)，也可以知道改變后的腔長(zhǎng)LL，從而可以計(jì)算出該干涉儀在某工作狀態(tài)下的自由光譜區(qū)vF、精細(xì)常數(shù)

c/2L。進(jìn)而計(jì)算以后的工作。上圖中的v正比于干涉儀帶寬為uv正比自由光譜區(qū)vF

，通過(guò)示波器可以測(cè)量出v，vF來(lái)，F(xiàn)R精細(xì)常數(shù)F，F(xiàn) 。1R

vFu

。也可以通過(guò)理論公式計(jì)算出3、用平行平面掃描干涉儀對(duì)He-Ne激光器進(jìn)行模式分析v正比于干涉儀的自由光譜區(qū)vF

vu正比于激光器相鄰縱模的頻率間隔vq

，由試驗(yàn)?zāi)軠y(cè)出：vvuvF

v由前面已