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时间:2020-01-29
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1、.物理研究性实验报告激光的双棱镜和劳埃镜干涉实验作者:学号:仪器科学与光电工程学院第二作者:xxx学号:111..目录一、摘要3二、实验目的3三、实验原理4四、实验仪器6五、实验内容71.调节各元件等高共轴72.波长的测量7六、数据处理8双棱镜干涉81.原始数据记录82.数据处理10劳埃镜干涉131.原始数据132.数据处理15七、实验过程中一些问题的讨论171.∆b大小的确定172.依据所测数据,定量讨论所测数据对测量结果的准确度影响。183.实验过程中可能被忽略的误差18八、改进方案181关于等高共轴调节:192有关测量时的改进建议:.19九、实验反思和总结1
2、9十、本学期实验感想20..一、摘要测量光的波长有许多方法,其中利用相干光源获得干涉条纹从而进行测量是一种常用的方法。通常通过分波面法或分振幅法获得相干光。利用双棱镜和劳埃镜来获得相干光,使之重叠并形成干涉条纹,从而完成对条纹间距的测量。本文以激光的双棱镜和劳埃镜干涉为主要内容,重点介绍实验原理,数据处理和误差的定量分析。最后还提出了实验仪器的改进建议以及实验感悟。关键词双棱镜干涉劳埃镜干涉波长的测量误差分析二、实验目的1、熟练掌握采用不同光源进行光路等高共轴调节的方法和技术;2、用实验研究菲涅尔双棱镜和劳埃镜干涉并测定单色光波长。三、实验原理1、菲涅尔双棱镜干涉
3、(1)基本原理简介菲涅尔双棱镜可以看作两底面相接,棱角很小(约为1°)的直角棱镜合成。..将单色光源置于棱镜正前方,光束通过棱镜折射后相重叠,由于两束光为相干光源,所以在重叠区域放上光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹。根据波动理论中的干涉条件,如图1所示,设虚光源S1和S2的距离是a,D是虚光源到屏的距离。令P为屏上任意一点,r1和r2分别为从S1和S2到P点的距离,则从S1和S2发出的光线到达P点得光程差是:ΔL=r2-r1图一令N1和N2分别为S1和S2在屏上的投影,O为N1N2的中点,并设OP=x,则从△S1N1P及△S2N2P得:r12=D2+(x-a2)2
4、r22=D2+(x+a2)2两式相减,得:r22-r12=2ax另外又有r22-r12=(r2-r1)(r2+r1)=△L(r2+r1)。通常D较a大的很多,所以r2+r1近似等于2D,因此光程差为:△L=axD如果λ为光源发出的光波的波长,干涉极大处和干涉极小处的光程差是:..kλ(k=0,±1,±2,…)明纹△L=axD=2k+12λ(k=0,±1,±2,…)暗纹由上式可知,两干涉条纹之间的距离是:△x=Daλ所以用实验方法测得△x,D和a后,即可算出该单色光源的波长.(2)实验方案1)光源选择为获得清晰的干涉条纹,本实验必须使用单色光源,这里选用激光。2)测
5、量方法条纹间距△x可直接用测微目镜测出。虚光源间距a用二次成像的方法测得:当保持物、屏位置不变且间距D大于4f时,移动透镜可在其间的两个位置成清晰的实像,一个是放大像,一个是缩小像。设b为虚光源缩小像间距,b’为放大像间距,则两虚光源的实际距离为a=bb',其中b和b’由测微目镜读出,同时根据两次成像的规律,若分别测出呈缩小像和放大像时的物距S、S’,则物到像屏之间的距离D=S+S’。根据波长的计算公式,得波长和各测量值之间的关系是:λ=Δxbb’S+S‘3)光路组成具体的光路如图所示,S为半导体激光器,K为扩束镜,B为双棱镜,P为偏振片,E为测微目镜。L为测虚光
6、源间距a所用的凸透镜,透镜位于L1位置将使虚光源S1S2在目镜处成方大像,透镜位于L2处将使虚光源在目镜出成缩小像。所有光学元件都放在光具座上,光具座上附有米尺刻度读出各原件的位置。..图二四、实验仪器光具座、双棱镜、凸透镜、测微目镜、偏振片、白屏、扩束镜、半导体激光器五、实验内容1.调节各元件等高共轴(1)调节激光束平行于光具座沿导轨移动白屏,观察屏上激光光点的位置是否改变,相应调节激光方向,直至在整根导轨上移动白屏时光电的位置均不再变化,至此激光光束与导轨平行。(2)调双棱镜与光源共轴将双棱镜插于横向可调支座上进行调节,使激光点打在棱脊正中位置,此时双棱镜后面
7、的白屏上应观察到两个等亮并列的光点(这两个光点的质量对虚光源相距b及b’的测量至关重要)。此后将双棱镜置于距激光器约30cm的位置。..(3)粗调测微目镜与其它元件等高共轴将测微目镜放在距双棱镜约70cm处,调节测微目镜,使光点穿过其通光中心。(切记:此时激光尚未扩束,决不允许直视测微目镜内的视场,以防激光灼伤眼睛。)(4)粗调凸透镜与其他元件等高共轴将凸透镜插于横向可调支座上,放在双棱镜后面,调节透镜,使双光点穿过透镜的正中心。(5)用扩束镜是激光束变成点光源在激光源与双棱镜之间距双棱镜20cm处放入扩束镜并进行调节,使激光穿过扩束镜。在测微目镜前放置偏振片,旋
8、转偏振片使
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