物理光学实验指导书(衍射与偏振)new

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1、第二部分光的衍射与偏振实验注：本部分内容包括光的衍射实验3个；光的偏振实验3个，要求同学们在衍射和偏振实验中各选做1个实验。衍射实验一、基于空间光调制器的衍射光学实验一、实验目的1.认识菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的特点；2.定性直观地了解典型图形的菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的图样分布。二、实验仪器He-Ne激光器，光衰减器，针孔滤波器，f＝250mm的透镜，光具座，透射型空间光调制器（SLM），CCD摄像头，USB图像采集棒，笔记本电脑2台。三、实验原理1．SLM（空间光调制器）是一种可对光波的波前的某些特性进行调制的器件，如二维光场的位相、振幅或强度和偏振态，从而将信息加载于该光

2、波上。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统中构造单元或关键的器件2．振幅型透射式空间光调制器（SLM）相当于一片微型的可透光液晶显示屏，它可以实时显示电脑传来的视频图像。本实验所用的SLM显示黑白图像，具有很高的分辨率，每个像素边长为26μm；幅面(mn)为1024×768；对比度100；灰度256级；帧率60frames/s。3．传统的夫琅和费衍射和菲涅耳衍射实验使用如图5－1所示的玻璃掩模板为衍射对象，以白屏接收衍射图像，肉眼观察。掩模板制作成本高昂，容易破碎，实验调节复杂，观察效果不佳。1图5－1带各种衍射图案的掩模板4．使用空间光调制器

3、可以取代上述各种掩模板，利用计算机绘图软件生成掩模板中刻画的图形，可以方便地观察到类似的衍射现象。由于计算机功能的强大和绘图软件的灵活性，实验者可根据自己的设想绘制种类更多的衍射图形而不增加制作成本。光阑衰减器针孔SLMPC机L3He－NeCCDL1L2PC机图5－2基于SLM的夫琅和费衍射图样的接收与观察搭建如图5－2所示的实验系统，就可以观察PC机上实时绘制的各种图样的夫琅和费衍射，并利用CCD摄像头抓取保存衍射图样照片供分析研究。如果移去透镜L3，用CCD光敏面抵近接收SLM的衍射图样，则可获得近场菲涅耳衍射图样。四、实验内容及步骤1．按原理图5－2搭光路。①调节He-N

4、e激光器光束平行于导轨。②调节针孔滤波器，使出射光斑尽量大且均匀，光斑中心与原激光束中心重合。③在距离光源S＞250mm的位置放上L3透镜，调节L3的高低，使L3的光轴与光束中心轴线等高同轴。④在L3后放上CCD摄像头，并沿轴向调节L3的位置，使在与CCD相连的显示器屏幕上出现光源S的清晰的像－又亮又小的光点。2．观察由PC机通过SLM生成的各种典型衍射图案的夫琅和费衍射与菲涅耳衍射像2①通过与SLM相连的笔记本电脑，利用绘图软件，参照计算机上提供的各种实例，用SLM显示各种典型的图案，通过设置在L3焦点处的CCD摄像头的显示器观察其夫琅和费衍射图样；（注意需观察三类图案的衍射

5、：大尺寸图案的衍射，微小孔径的衍射，位置规则与随机图案的衍射对比）②通过另一台与CCD摄像头显示器相连的台式PC机，利用图像卡监视和拍摄该衍射图样的照片，给照片起上利于记忆的文件名，保存在自己建立的文件夹中，以备写实验报告使用。③沿光轴方向移动CCD摄像头位置，使其远离透镜L3焦点位置，观察并记录各典型图案的菲涅耳衍射图样，也保存在自己建立的文件夹中。选做内容：自己绘制图案，观察其夫琅和费与菲涅耳衍射现象①利用AutoCAD、Matlab等绘图软件，参照前面已观察的各种典型图案，自己设计几个其它的图案，观察并记录其夫琅和费和菲涅耳衍射图样；②你能否设计一种图案，可以同时观察到干

6、涉与衍射现象？任务：a）一一对应观察记录各图案的夫琅和费衍射图案。b）对照物理光学教材中的相关内容，说明夫琅和费衍射图案的特征与衍射物形状之间的关系。c）对比菲涅耳衍射和夫琅和费衍射图案的特点，说明二者存在差别的原因。d）对比各种随机图案阵列的夫琅和费衍射的相同点与不同点，并从理论上给予解释。五、注意事项1．空间光调制器价格非常昂贵，注意轻拿轻放，防止破碎；2．不得用手直接触摸各光学面，以免污染，影响观察效果；3．由于SLM由象素点阵列组成，各象素点阵列本身也构成衍射背景，观察时应将CCD摄像头光敏面对准衍射背景的零级进行观察。六、思考题1．“△”与“Y”图案的夫琅和费衍射图样

7、相同吗？其衍射图案与物体形状是如何一一对应的？2．“△”与“”的夫琅和费衍射图案相同吗？指出二者存在何种细微差别。3．对比掩模板中圆孔与半圆孔的夫琅和费衍射图案，定性说明图案存在差别的原因。4．请解释SLM生成的各种规则与随机点阵，以及暗背景、亮背景随机图案的衍射图样的差别及原因。3衍射实验二、双孔双缝衍射实验一、实验目的.观测比较双孔双缝的衍射与干涉现象。二、实验仪器半导体激光器，双孔双缝衍射实验用光刻掩模板，衰减器，CCD摄像头、显示器、图像卡、计算机等。三、实验原理图6-1-1双缝衍射