物光實驗報告

邁克遜干預(yù)儀一、試驗?zāi)康?、把握邁克耳遜干預(yù)儀的構(gòu)造、原理、調(diào)整方法；2、用邁克耳遜干預(yù)儀觀看平板干預(yù)條紋的特征，測定單色光波長；3、觀看白光干預(yù)條紋，測量光波的相干長度；二、儀器和裝置HE-NE激光器、白熾燈、擴束鏡、準(zhǔn)直鏡、會聚鏡、邁克爾遜干預(yù)儀。整個裝置包括三局部：照明系統(tǒng)、干預(yù)系統(tǒng)和觀看系統(tǒng)，如圖1所示。干預(yù)系統(tǒng)——邁克爾遜干預(yù)儀2所示G1分光鏡，它是在其次外表鍍以半反射介質(zhì)膜的平行平面板。G2G1全同的平板，成為補償板，它與G1平行。M1M2M2的鏡座上還有垂直安裝的兩只微調(diào)螺釘，用來對M2的空間取向作微調(diào)。2、觀看系統(tǒng)為了觀看不同類型的干預(yù)，觀看系統(tǒng)可以是望遠(yuǎn)鏡、放大鏡或者是人的眼睛。3、照明系統(tǒng)HE-NEL2會聚。三、試驗原理1K上被分22”射到M上被反射回來后，透過G到達(dá)E處；光dMMdMM2”12激光G1kG21EM1圖1邁克爾遜干預(yù)儀 圖2非定域干預(yù)線“1GMM反射回來后再透過GK上，反射到達(dá)E處。這兩條光2 1 1 2線是由一條光線分出來的，故它們是相干光。光線“1M在半透亮層中的1虛像M反射來的。在爭論干預(yù)時，M與M是等效的。調(diào)整邁克爾遜干預(yù)儀，使之產(chǎn)生1 1 1的干預(yù)現(xiàn)象可以等效為MM

之間的空氣薄膜產(chǎn)生的薄膜干預(yù)。1 2用凸透鏡會聚的激光束是一個很好的點光源，它向空間放射球面波，從M和M反射1 2后可看成由兩個光源SS發(fā)出的〔見圖2，SS)至屏的距離分別為點光源S從1 2 1 2

和G反射至屏的光程，S和S

的距離為M

M

之間距離d1 1 2 1

1 2 1 2dS和S1 2果把屏垂直于S和SS和S連線與屏1 2 1 2的交點。如圖2，由SS到屏上的任一點A，兩光線的光程差 +可得：1 2干預(yù)場中某一點對應(yīng)的兩支相干光線的光程差為光波波長的整數(shù)倍時，+ =mλ ,(m=0,)則該點為亮條紋中心；干預(yù)場中某一點對應(yīng)的兩支相干光線的光程差為光波波長的半整數(shù)倍時+ =〔m+1/2〕λ ,(m=0,)則該點為暗條紋中心；對于等傾圓環(huán)條紋，中心處于干預(yù)級m0最高，由圓心向外，依次降低。當(dāng)移動MM 的距離d增大時，圓心干預(yù)級數(shù)越來越高，我們就可以看到圓條紋一個一1 2個從中心“冒”出來，反之當(dāng)d減小時，圓條紋一個一個地向中心“縮”進(jìn)去。每當(dāng)“冒”出或“縮”進(jìn)一條條紋時，d就增加或減小2，所以測出“冒出”或“縮進(jìn)”的條紋數(shù)目N就可求得MM1 1移動的距離，則就可求得波長，它們的關(guān)系為：hN2 〔2〕即2hN 〔3〕2、等厚干預(yù)條紋假設(shè)M1M2不相互垂直，這時候假設(shè)用平行光照明或使用孔徑很小的觀看系統(tǒng)，使整個視場內(nèi)入紋是虛平面厚度一樣點的軌跡。當(dāng)合h3、非定域干預(yù)假設(shè)光源是單色點光源，無論是在等傾干預(yù)還是在等厚干預(yù)下，條紋都是非定域的，承受HE-NE激光器作光源，由于干預(yù)性好，可以看成點光源。這時用毛玻璃屏插在干預(yù)儀的出射光路中的任何位置，均可以觀看到干預(yù)條紋。4、白光條紋中心零級為白或者黑色的彩色條紋。四、試驗內(nèi)容1、觀看單色光等厚干預(yù)條紋調(diào)整及抱起使其光束根本平行于試驗臺面，并使光斑位于鏡面中心。在毛玻璃上看到M1，M2M1，M2，使光斑嚴(yán)格重合。在入射光路中參加擴束鏡，并調(diào)整。這時在毛玻璃上觀看到弧形或圓形的干預(yù)條紋。參加準(zhǔn)直透鏡L1，調(diào)整L1位置，直到毛玻璃上消滅直條紋，再插入L2，毛玻璃上消滅圓環(huán)條紋。假設(shè)條紋很多，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪移動M11-3。使用微調(diào)螺桿調(diào)整M2的傾斜方向，和移動M1。觀看原干預(yù)條紋的變化，并記錄。2、觀看單色光的等傾干預(yù)條紋在上一步觀看到的等厚條紋根底上，微調(diào)，是等厚干預(yù)間距漸漸變大，直到視場中僅有一條條紋。L1L2M1M2上的光斑盡可能小。觀看系統(tǒng)承受毛玻璃屏，可以看到等傾圓環(huán)。M1觀看等傾圓環(huán)的變化，并記錄。3、測量單色光波長轉(zhuǎn)動粗動手輪，使屏上的等傾條紋的數(shù)目適中轉(zhuǎn)動微動手輪，可見到圓條紋緩緩向中心收縮，并在中心消逝，登記讀數(shù)S1；連續(xù)向一個方向轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，觀看條紋在中心消逝50個，登記讀數(shù)S2；重復(fù)三次，并作記錄4、觀看白光的彩色條紋在觀看到單色等傾條紋的根底上，移動M1，直到在視場中只剩下一個條紋。移去毛玻璃屏，用一白熾燈照亮干預(yù)儀，用眼睛觀看，連續(xù)按原來方向轉(zhuǎn)動手輪，直到消滅彩色條紋。M2M1觀看彩色條紋的變化，并做記錄。一、試驗?zāi)康?/p>

用法布里-珀羅干預(yù)儀測鈉黃光雙波長差1、觀看多光束干預(yù)的條紋特征2、學(xué)會法布里-珀羅干預(yù)儀的調(diào)整，及光波微小波長差的測量二、儀器和裝置鈉光燈、聚光燈、小孔光欄、準(zhǔn)直鏡、會聚鏡、法-珀干預(yù)儀、濾色片三、試驗原理有高反射膜〔介質(zhì)膜或金屬膜〕的相互平行的高平面度玻璃板或石英板組成，依據(jù)平行平面板反射單色光的多光束疊加產(chǎn)生細(xì)窄光明干預(yù)條紋的根本原G1

G2能夠產(chǎn)生多光束干預(yù)現(xiàn)象。假設(shè)有肯定光譜寬度的單色擴展光源發(fā)出的發(fā)散級條紋角半徑稍有不同而能清楚的被分開，從而能直接進(jìn)展測量。所以，法-珀干預(yù)儀〔標(biāo)準(zhǔn)具〕是一種高區(qū)分率的光譜儀器，常用于爭論譜線的精細(xì)構(gòu)造。當(dāng)光源發(fā)出有微小波長差△λ條紋，對于干預(yù)場的某一點，可寫出兩個相接近譜線的程差表示式：112hcosm112hcosm2 2

對于不同波長的光波，△所對應(yīng)的干預(yù)級差為： 1 (m)mm ()co 1 1 2 2 1考慮干預(yù)場中心四周的點〔可認(rèn)為θ≈0，則可計算波長差公式為：(

(2) (e)) 1

2 2h e式中，為1 2

△e為兩波長同級條紋之相對位移，e是同一波長的條紋間距△△e而相應(yīng)的兩板間距變化為〔△h，則有

()

(2)2(h)長差〔△λ〕四、試驗內(nèi)容法布里-3所示，由邁克爾干預(yù)儀改裝而成，儀器的調(diào)整機構(gòu)與邁克爾干預(yù)儀一樣2~3mm左右(切勿使兩反射以看到光闌的清楚的實像，及經(jīng)平板屢次反射產(chǎn)生的一系列光闌的反射像，調(diào)整兩反射的微調(diào)螺絲，使反射像重合成一個，取下觀探望遠(yuǎn)鏡目鏡，物鏡大條紋間距，直致視場中亮度均勻一片，此時兩反射面平行。

4試驗裝置原理簡圖鏡焦面上即可觀看到鈉黃光雙線的多光束干預(yù)條紋，條紋呈同心圓環(huán)。假設(shè)圓環(huán)中心不在中心，可同時調(diào)整兩反射鏡微調(diào)螺絲，使兩鏡與入射光束垂直。3調(diào)整微動機構(gòu)，轉(zhuǎn)變兩鏡距離，觀看納雙線兩組條紋從重合分別重合的變化全過程。測量兩組條紋從一次重合時兩鏡間距的變化〔△h測三次，求取鈉雙線波長差的平均值留意：為了削減誤差，測出兩組條紋從開頭重合分開之間距變化，取其中間位置作為一次重合之位置進(jìn)展計算。整方法的原理及多光束干預(yù)條紋的特征應(yīng)著重爭論。激光平面干預(yù)儀一、試驗?zāi)康牧私饧す馄矫娓深A(yù)的構(gòu)造原理及裝調(diào)方法；組裝平面干預(yù)儀，獵取干預(yù)圖；學(xué)會從干預(yù)圖分析被測光學(xué)零件的面形誤差。二、試驗原理激光平面干預(yù)儀是通過觀看標(biāo)準(zhǔn)平面與被檢平面之間的楔形空氣層所產(chǎn)生的等厚干預(yù)條紋的變樣子況來檢測待測平板的面形的。假設(shè)通過CMOS接收到的等厚干預(yù)條紋彎曲說明被測平面不平。經(jīng)測得條紋彎H，條紋間距為e，則被測平板的平面度為P=H/e，相應(yīng)的平面偏差，即凹陷或凸起的厚度為：h=Hλ/2e.DNΔh表示：Δh=Nλ/2n=Dλ/2neα為：α=Δh/D=λ/2ne三、試驗步驟He-Ne調(diào)整每個光學(xué)件的高度；參加分束鏡，并轉(zhuǎn)角；參加擴束鏡和準(zhǔn)直鏡，用剪切干預(yù)法獲得平行光；射回擴束鏡小孔；CMOS，找到適宜的接收位置后，微調(diào)空氣層楔角，直至視3-5用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具測量汞綠線的光譜精細(xì)構(gòu)造一、試驗?zāi)康?、了解法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的構(gòu)造，學(xué)會使用標(biāo)準(zhǔn)具2、用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具測定汞綠線的精細(xì)構(gòu)造二、試驗儀器汞燈、聚光燈、光闌、準(zhǔn)直鏡、干預(yù)濾光片、會聚鏡、法-珀標(biāo)準(zhǔn)具、CMOS三、試驗原理用高區(qū)分率分光儀器可看到光譜線的微小構(gòu)造，利用法布里－珀羅〔F-P〕標(biāo)準(zhǔn)具就可以觀看汞綠線〔=546.07nm〕的精細(xì)構(gòu)造。F-P形成屢次放射而產(chǎn)生多光束間干預(yù)〔如以下圖。兩外外表與內(nèi)外表做成小楔角以防止內(nèi)外表反射光的干擾。假設(shè)有肯定光譜寬度的單色擴展光源發(fā)出的發(fā)散光照明法-珀干預(yù)儀，則在透鏡的焦面上將L地分開，從而直接測量。假設(shè)被測譜線的波長范圍，用來測量此譜線精細(xì)構(gòu)造的 F-P標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù)滿足：其中波長差。

=為自由光譜范圍，=為標(biāo)準(zhǔn)具所能區(qū)分最小由等傾干預(yù)，在焦距f的透鏡焦面上形成的干預(yù)條紋中第p和第q個亮紋直徑 和=干預(yù)級小數(shù)。

,則有[(q-1) -(p-1) ]/ )為波長干預(yù)圓環(huán)中心又由中心處的程差關(guān)系式：2nh=((,得到波長差表達(dá)式：)。式中為強度最大的主線波長，是同一波長多個干預(yù)圓環(huán)直徑求得四、試驗內(nèi)容綠燈的精細(xì)構(gòu)造主要由汞的同位素產(chǎn)生的譜線形成本試驗測量的是 片中心波長為546.1nm按要求安排光路使各元件等高按要求安排光路使各元件等高標(biāo)準(zhǔn)具調(diào)整：選用間距h=5mmF-P0.95，上有微調(diào)支架可左右微動10度左右。通過調(diào)整平行螺絲使光闌及其象完全重合，這時看到盡量清楚的圓條紋說明標(biāo)準(zhǔn)具兩板根本平行。再細(xì)調(diào)其中一板的微動螺釘使得干預(yù)中心沒有變化，此時兩板嚴(yán)格平行，得到抱負(fù)等傾條紋。3.精細(xì)構(gòu)造測量標(biāo)準(zhǔn)具上有足夠大光斑，參加接收系統(tǒng)在另一會聚鏡后腳面上形成清楚同心圓條紋。用CMOS接收干預(yù)圖像，測出中心四周線的三個亮圓環(huán)位置并記錄數(shù)據(jù)。1/4波片相位延遲角檢測一、試驗?zāi)康?、把握平行偏振光干預(yù)原理2、利用平行偏振光干預(yù)原理檢測波片的相位延遲角3、對偏振光的特性和偏振器件有一個根本的了解特性以及馬呂斯定律、1/4二、試驗儀器導(dǎo)軌、激光功率計、而為可調(diào)半導(dǎo)體激光器LD、起偏器P、檢偏器A、1/4Q、光探頭三、試驗原理準(zhǔn)值得單色偏振光垂直地通過波片后兩個相互初值的分別平行于波片快慢軸方向德光矢量之間，產(chǎn)生2|n 10

n|d的相位差。式中λ2

是入射光在自波片當(dāng)做光頻位相延遲期使用，δ1/4δ大小。QA1/4PxA，干預(yù)后的強圖可表示為II

[cos2()sin2sin2sin20

] 〔1〕2I0

是透過起偏器P的光強。對于某一確定的αA透光方向與波片投射的橢圓光的長軸方向全都I。假設(shè)與I對應(yīng)的β為β，為了MAX MAZ m確定β 的關(guān)系，可mdI由式1d

)m

0cos

tg2m〔2〕tg2對待側(cè)1/4波片，選定α值之后，旋轉(zhuǎn)檢偏器測出透射光強最大的β 值，即可m〔2〕1/4δ。我們留意到，當(dāng)α=45°時，有tg2α→∞，則不能用式〔2〕計算δ，試驗上，此時檢偏器的投射光強I1I2

sin2cos)，無論δ取什么值，Iβ=45°時有0極大值Imax，因此，用本方法測量位相延遲角δ時，不能選取α=45°進(jìn)一步分析說明，對于位相延遲角接近的波片，取α=35°或55°左右時，測2量誤差△δ最小。四、試驗內(nèi)容及試驗步驟1、光的偏振特性及馬呂斯定律驗證將激光器〔LDPA、激光功率計依次排列將激光器、光探頭分別于激光功率計相連兩個偏振片的中心通過，進(jìn)入功率計探頭。就記錄激光功率計指示值，并繪制角度與功率的關(guān)系曲線，驗證馬呂斯定律。、1/4在上面試驗根底上，旋轉(zhuǎn)檢偏器使激光完全不能通過，進(jìn)入消光狀態(tài)在起偏器、檢偏器之間參加1/4波片，這是可能會有用局部光通過檢偏器旋轉(zhuǎn)1/4波，使系統(tǒng)重進(jìn)入消光狀態(tài)1/445°〔對于抱負(fù)狀態(tài)光強應(yīng)無較大變化，近似為一圓偏振光〕、1/41P、AP、A轉(zhuǎn)中心重合旋轉(zhuǎn)起偏器或檢偏器，使他們的透光軸方向平行，此時輸出光的功率最大Q，1/4直，并盡可能使其轉(zhuǎn)動中心在系統(tǒng)光軸上。轉(zhuǎn)動1/4Q的方向與起偏器PAP、1/4QAQP，使其透光軸轉(zhuǎn)過某一α角度示值最大的位置，此時檢偏器A的透光軸轉(zhuǎn)過的角度即 為βm將α、β代入式〔2〕1/4Qδα=35°55°，6據(jù)表格，對試驗結(jié)果進(jìn)展誤差分析?？讖窖苌浜凸鈱W(xué)濾波一、試驗?zāi)康?、了解阿貝(二次)成像原理,以及借助空間濾波法轉(zhuǎn)變光學(xué)圖像頻譜構(gòu)造的方法2、比較不同孔徑的夫瑯禾費衍射圖樣，了解衍射圖樣與孔徑幾何外形之間的關(guān)系3、把握光信息處理中的高速、低通、方向通等光學(xué)濾波試驗技術(shù)二、試驗儀器光學(xué)平臺，He-Ne激光器、擴束鏡、準(zhǔn)直物鏡、傅里葉變換透鏡、衍射屏、白紙屏、毛玻璃屏、大頭針三、試驗原理1、阿貝成像原理，傅里葉變換有阿貝成像原理可以看成是入射的平行光束經(jīng)過光柵發(fā)生衍射m或空間頻率u換透鏡Lm (m0,1,2)打算，其相應(yīng)的空間頻率為usin

m，d由此可見較大的衍射角對應(yīng)較高的空間頻率。像平面上沖洗疊加而成光柵實像。場振幅的空間分步E(X,Y)變?yōu)榭臻g頻率的分步E(U,V)不完全一樣或有較大差異。令物的復(fù)振幅分布是Ey，則傅氏變換式為E〔u，v〕= E(x,y)exp[i2(xuyv)]dxdyu，v分別表示x，yE〔u，v〕定義為E〔x，y〕的空間頻譜同樣，逆變換式時E〔x，y〕= E(x,y)exp[i2(xuyv)]dudv2、空間濾波阿貝成像原理不僅指出了保存物面頻譜構(gòu)造的成像方法改造圖像的途徑?？臻g濾波器、空穴濾波器有振幅型、位相形和振幅-位相型之分；本試驗承受簡潔的二進(jìn)制振幅型空間濾波器，如圖二高通濾波器允許圖片頻譜中的高頻成分通過而抑制低頻重量濾波器則可以讓特定方向的頻率通過，用于提取或消退圖片中的謳歌方向上有規(guī)章的構(gòu)造四、試驗內(nèi)容4f光路系統(tǒng)，在頻譜面上參加空間濾波器在足夠遠(yuǎn)的墻上觀看L1L2；123分析、比較。衍射光柵分光特性測量一、試驗?zāi)康牧私夤鈻诺姆止庠砑爸饕匦?用衍射光柵測量光波擺把握測量光柵分光特性的試驗方法。二、試驗原理衍射光柵是一種重要的分光元件，當(dāng)平行光入射到一塊平面衍射光柵時，讓衍射(亮條紋)。亮紋位置滿足如下條件—光柵方程式d(sini土sine,)=mλ m=0，士1，士2??式中，d為光柵常數(shù)，emm級亮紋對應(yīng)的衍射角，A為入射光波長，I為入射平行光對光柵面的入射角。入射光處于光柵面法線同側(cè)的亮條紋時上式中取正號;異側(cè)時取負(fù)號。光柵的色散定義：d m角色散

d m小時， d dcos d小時， dl d線色散d

d

〔毫米/?！晨梢姽鈻诺纳⑴c光波長無關(guān)，它僅打算于光柵常數(shù)d和被考察亮線的級次m，色散是作為分光元件的衍射光柵的重要特性參數(shù)。memd和入射角i可求得該光波波長。同時，假設(shè)測得各色光第m級亮線的衍射角e，則可算得各色光的波長差，求得第m級亮線的角色散f為會聚透鏡的焦距。光柵的色分辯本領(lǐng)光柵的色分辯本領(lǐng)用波長入四周能被分辯的最小波長差△λ的比值來表示，即 mNm是光譜級次，N是光柵的總刻痕數(shù)。光柵的自由光譜范圍光柵光譜中，不發(fā)生越級的最大光譜范圍析為光柵的自由光譜范圍，表示為△λ=λ/m可以看出，光柵的色分辯本領(lǐng)正比于刻痕數(shù)N和級次m，但自由光譜范圍反比干預(yù)級次m,所以光柵使用時應(yīng)依據(jù)需要合理地選擇參數(shù)。三、操作方法和試驗步驟關(guān)內(nèi)容，這里不再贅述。上觀看光柵衍射后的各級各色亮線(光譜線)，各譜線的衍射角利用分光儀的度盤—游標(biāo)系統(tǒng)測出。試驗中使用透射式平面衍射光柵，有光柵常數(shù)d=1/100(mm)(矩形光柵)1/600(mm)(正弦光柵)兩種，觀看兩光柵衍射的特征。正確調(diào)整分光儀()。用平面衍射光柵測量低壓汞燈四條光譜線的位置，計算對應(yīng)的光波長，用試驗測量值計算衍射一級亮紋的角色散，分辯本領(lǐng)。觀看重級狀況，并與理論計算值比較。要求在測量前認(rèn)真參看留意事項，思考并擬定試驗步驟，擬好試驗數(shù)據(jù)記錄表格。留意事項在動手調(diào)整分光儀之前，務(wù)必認(rèn)真生疏分光儀的構(gòu)造及調(diào)整、使用方法，特別是幾個鎖緊螺釘?shù)恼_使用方法。在使用平行平面板時，手指不要觸及玻璃外表。用衍射光柵測量波長之前應(yīng)認(rèn)真調(diào)整光柵面與望遠(yuǎn)鏡鏡光軸垂直，在使用光柵時，嚴(yán)禁手指觸及光柵面。測量衍射角時，為消退度盤偏心差，務(wù)必承受對徑讀數(shù)法。為消退入射光束不垂直入射光柵而產(chǎn)生的影響，測量衍射角時應(yīng)測量士m級亮紋間的角間距，再確定衍射角θ10分鐘左右的穩(wěn)定時間才能進(jìn)展測量。衍射光強分步的測定一、試驗?zāi)康?、觀看單色光通過單縫、多縫、圓孔、雙孔、長方形孔、狹縫等圖形時的衍射現(xiàn)象，觀看光強分布的水平、垂直坐標(biāo)圖和三維圖形，了解衍射光強的分布特點2、測量單縫衍射的光強分布曲線，計算單縫寬度。二、試驗儀器WGZ三、試驗原理1、WGZZIWGZ-III型光強分布測定儀的主體包括一個平直的導(dǎo)軌(2)，長