北航基础物理实验研究性报告-f-p干涉

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1、基础物理实验研究性实验报告——F-P干涉实验分析及应用实验专题F-P干涉第一作者学号院系第二作者学号院系目录摘要1一．实验重点2二．实验原理21.多光束干涉原理22.多光束干涉条纹的光强分布33.F-P干涉仪的主要参数43.1自由光谱范围43.2分辨本领5三．实验仪器6四．实验内容61.操作内容61.1测定钠双线的波长差61.2验证Di+12—Di2=常数72.操作提示73.操作注意事项8五．实验数据处理81.测定钠双线波长差81.1原始数据81.2数据处理81.3计算不确定度92.验证Di+12—Di

2、2=常数102.1原始数据102.2数据处理11六．分析讨论121.经验教训121.1调节F-P仪的过程121.2钠光双线实验读数131.3激光干涉实验读数132.操作技巧132.1F-P仪调节过程142.2钠光双线实验读数142.3激光干涉实验读数153.实验建议154.实验运用154.1F-P干涉仪测量长度164.2光纤F-P干涉式温度测量164.3基于F-P干涉的强度型光纤压力传感器16七．实验收获16参考文献17附表.原始数据照片18摘要法布里—珀罗干涉仪（Fabry-Perotinterfer

3、ometer）简称F-P干涉仪，是利用多光束干涉原理设计的一种干涉仪。它的特点是能够获得十分细锐的干涉条纹，因此一直是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具。本文介绍了F-P干涉仪以及F-P干涉实验的具体过程，处理实验数据并对实验中出现的问题以及解决方法进行了论述，最后调研了F-P干涉原理在各个领域的具体应用。关键词：F-P干涉仪实验分析原理应用18一．实验重点1、了解法布里珀罗干涉仪的特点和调节；2、用法布里珀罗干涉仪观察多光束等倾干涉并测量钠双线的波长差和膜厚；3、巩固一元线性回归法在数据处理中的应

4、用。[1]二．实验原理1.多光束干涉原理[1]F-P干涉仪由两块平行的平面玻璃板或石英板组成，在其相对的内表面上镀有平整度很高的高反射率膜层。为消除两平板相背平面上反射光的干涉，平行板的外表面有一个很小的楔角，如图1所示：图1.F-P干涉仪多光束干涉的原理如图2所示。自扩展光源上任一点发出的一束光，入射到高反射率的平面上后，光就在两者之间多次往返反射，最后构成多束平行的透射光1，2，3，……和多束平行的反射光1’,2’,3’,……。18图2.表面平行的介质中光的反射与折射在这两组光中，相邻光的位相差δ都

5、相同，振幅则不断衰减。位相差δ由δ=2π∆L/λ=2π/λ2ndcosθ=4πndcosθ/λ（1）给出。其中∆L=2ndcosθ是相邻光线的光程差；n和d分别为介质层的折射率和厚度，θ为光在反射面上的入射角，λ为光波波长。由光的干涉可知2ndcosθ=kλ(k+1/2)即透射光将在无穷远或透镜的焦平面上产生形状为同心圆的等倾干涉条纹。2.多光束干涉条纹的光强分布[1]设入射光振幅为A，则反射光A1’的振幅为Ar'，反射光A2’的振幅为At'rt，…；透射光A1的振幅为At't，透射光A2的振幅为At'

6、rrt，…。式中r'为光在n’-n界面上的振幅反射系数，r为光在n-n’界面上的振幅反射系数，t'为光从n’进入n界面的振幅透射系数，t为光从n进入n’界面的振幅透射系数。由光的干涉可知，透射光将在无穷远或透镜的焦平面上产生形状为同心圆的干涉条纹，属等倾干涉。透射光在透镜焦平面上所产生的光强分布应为无穷系列光束A1，A2，A3，…的相干叠加。可以证明透射光强最后可以写成It=I01+4R(1-R）2sin2δ2（2）式中I0为入射光强，R=r2为光强的反射率。由图3可知It的位置由δ决定，与R无关，但透

7、射光强度的极大值的锐度却与R18的关系密切，反射面的反射率越高，由透射光所得的干涉亮条纹就越细锐。图3.多光束干涉强度分布曲线条纹的细锐程度可以通过所谓的半值宽度来描述。由式（2）可知，亮纹中心的极大值满足sinδ2=0，即δ0=2kπ，k=1，2，…。令δ=δ0+dδ=2kπ+dδ时，强度降为一半，这时δ应满足：4Rsin2δ2=(1-R)2代入δ0=2kπ并考虑到dδ是一个约等于0的小量，sinδ2≈δ2，故有：4R(dδ2)2=1-R2，dδ=1-RRdδ是一个用相位差来反映半值位置的量，为了用更

8、直观的角度来反映谱线的宽窄，我们引入半角宽度∆θ=2dθ。由前面公式得出：∆θ=λdδ2ndsinθ=λ2ndsinθ1-RR（3）它表明反射率R越高，条纹越细锐，间距d越大，条纹也越细锐。3.F-P干涉仪的主要参数[1]表征多光束干涉装置的主要参数有两个，即代表仪器可以测量的最大波长差和最小波长差，他们分别被称为自由光谱范围和分辨本领。3.1自由光谱范围对于一个间隔d确定的F-P干涉仪，可以测量的最大波长差是受到一定限制18的。对两组条纹