激光原理及应用实验报告(有详细答案)

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1、实验一测定空气折射率一、实验目的1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法；2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。二、实验原理本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S经M2及G1反射后成的像。这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。我们称这种干涉为非定域干涉。随着S1、S2与屏

2、H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。图1实验装置三、实验方法和步骤1、测空气的折射率调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化，从而使气体折射率改变，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。则有，于是得（1）其中D为气室烦人厚度。理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量与气压变化量成正比：（常数）故p，将式（1）代入可得2、实验步骤1）将

3、各器件夹好，靠拢，调等高。2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。7）计算实验环境的空气折射率四、实验数据与处理测量次数123456干涉环变化数N626464636264平均值63.5空气折射率n1.00025五、思考题1、实验中怎样才能观察到非定域的直条纹和双曲线条

4、纹？答：直接用激光加扩束镜干涉前不加毛玻璃，干涉后在毛玻璃屏上观察。2、在迈克尔干涉光路中分束板G1应使反射光和透射光的光强比接近1:1，这是为什么？答：这样才能使干涉条纹的衬比度最大。两束相干光只有在光强相等时，才能出现暗条纹强度为零，否则最暗处强度不等于零，使衬比度下降，效果不好。3、同一气室，在不同温度下，折射率有何变化？答：由于温度不一样的原因，导致空气密度改变，直接影响了折射率，其实主要影响的是空气的水蒸气。实验二全息照相一、实验目的1、学习掌握全息照相的基本原理和实验技术；2、初步掌握拍摄全息照片和再现信息的方法；3、了解全息照

5、相技术的主要特点，并与普通照相进行比较；4、了解照相显影、定影、冲洗等暗室技术。二、实验原理1、全息照相与普通照相的主要区别普通照相是根据几何光学成像原理，记录下光波的强度（即振幅）信息，将空间物体成像在一个平面上。全息照相是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现，形成逼真的原物立体像。由于记录了物体的全部信息（振幅和相位），因此称为全息照相。全息照相包含两个过程：记录和再现。2、光的干涉——全息记录的获得全息照相是一种干涉技术。激光器射出的激光束通过分束镜分成两束，透射光经反射镜反射

6、及扩束镜扩束后射到被摄物体上，再经物体漫反射到感光底片上，这束光称为物光。另一束反射光经反射镜和扩束镜扩束后直接投射到感光底片上，这束光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光又都由同一激光器发出，所以在感光底片上迭加的结果会形成干涉条纹，条纹的疏密和形状反映了物光束的相位，条纹的强度反映了物光束的振幅。感光底片经显影、定影和漂白后，最后得到的是一块结构复杂的光栅，它记录下物光束的全部信息，称为全息照片或全息图。3、光的衍射——全息照相的再现一张全息图片相当于一块复杂的“衍射光栅”，而物象再现过程就是光的衍射过程。一般用相当于拍摄时的激光

7、照射全息图片，就能在全息图片——衍射光栅的衍射光波中得到一列零级衍射光波和两列一级衍射光波。4、全息照相的主要特点　　（1）立体感强。　　（2）具有分割性。　　（3）同一张全息底片可重叠多个全息图。三、实验步骤（一）全息记录A、调节光路1）按装置图的相对位置放好各器件，拿下L1和L2，调等高2）使物光束与参考光束的光程近似相等，夹角在30°-40°之间3）调M1的倾角，使光束射在物的中间部位，调M2的倾角，使参考光束射在全息干板的中部4）加入L1，调其支架并前后移动，使扩束镜恰好照全物体，加入L2，调其支架并前后移动，使参考光束对准白屏，与

8、物光束的光强比在5:1-10:1之间B、曝光照相关闭激光器，打开暗绿灯，取下观察屏，安装全息干板后，进行曝光。C、冲洗处理：显影，停影，定影，清水冲洗、晾干。（二）全息图像的观察