物理光学实验1.doc

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1、武汉纺织大学光电信息工程系 中国·武汉 光电专业实验系列实验讲义物理光学实验系统物理光学实验讲义武汉纺织大学17武汉纺织大学光电信息工程系 中国·武汉 光电专业实验系列实验讲义物理光学实验系统实验一杨氏双缝干涉实验一、引言杨氏干涉实验是用分波前法产生干涉的最著名实验。通过对杨氏干涉实验光路的搭建、调节和使用，可以提高学生调节光路的能力，并且初步了解分波前干涉的原理和特点。二、涉及内容波动光学、光学测量、光学衍射三、实验原理接收屏MX正方向Pr1S1r2Z正方向S2D图1杨氏双缝干涉原理图考察屏M上某点P出的强度分布。

2、由于S1，S2对称设置，且大小相等，可以认为由S1，S2发出的两光波在P点光强度相等，即I1=I2=I0，则P点的干涉条纹强度分布为：用带入，得：表明P点得光强I取决于两光波在该点的光程差相位差。设P点坐标（x，y，D），则，,式中，d是两相干点光源S1，S2间的距离，D是两相干光源到观察屏（干涉场）M的距离。由上面两式可得，于是，17武汉纺织大学光电信息工程系 中国·武汉 光电专业实验系列实验讲义物理光学实验系统实际情况中，d<

3、涉条纹。当…）时，屏M上有最大光强，为亮纹；当…）时，屏M上光强极小为得暗纹。上述结果表明，屏幕上z轴附近的干涉图样由一系列平行等距的明暗直条纹组成，条纹的分布呈余弦平方变化规律，条纹的走向垂直于S1，S2连线（x轴）方向。称相邻两个亮条纹活暗条纹之间的距离为条纹间距e，由上述结果得条纹间距或一般地，称到达屏（即干涉场）上某点的两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角，记为。在杨氏干涉装置中，当d<

4、普遍意义，在实际工作中，可以由和判估条纹间距。一、实验内容及步骤图2实验原理示意图按照示意图搭建光路，分别测量双缝到屏的距离D和条纹间距e，根据公式计算激光波长。重复测量，计算平均值。17武汉纺织大学光电信息工程系 中国·武汉 光电专业实验系列实验讲义物理光学实验系统实验二迈克耳逊干涉实验一．引言迈克耳逊干涉议是最典型的分振幅干涉装置。本实验要求用分束镜，反射镜等，在全息台上组装迈克耳干涉仪。并He－Ne激光作光源观察非定域干涉条件。二．实验目的(1)组装并调节迈克耳逊干涉仪，观察点光源产生的非定域干涉条纹。(2)观

5、察干涉条纹反衬度随光程差变化，了解光源相干长度的意义。(3)检查防震实验台的稳定性。三．基本原理3.1、迈克耳逊干涉仪的非定域干涉条纹。本仪器是用分裂振幅的方法产生双光束以实现光的干涉。图1是其原理。其中S为单色点光源。M1、M2为互相垂直放置的平面反射镜。BS为分束镜，放在M1M2法线的交点上，并分别与M1、M2成450角。BSS2S1图1迈克耳逊干涉仪原理图点光源S发出的球面波经BS的镀膜层分为两束光。这两束分别经M1、M2反射又回到BS，在BS上透过和反射的这两束光在BS的右侧空间形成一非定域的干涉场。屏幕放在

6、干涉场中垂直于光束方向，在屏幕上可看到干涉条纹。17武汉纺织大学光电信息工程系 中国·武汉 光电专业实验系列实验讲义物理光学实验系统图1中为M2在BS上反射的虚像。S1，S2则分别为光源S在M1和中的虚像。屏上的干涉条纹可以看作为S1,S2虚光源发出的球面波干涉的结果。当平行于M1时，屏上出现圆形干涉条纹。圆的中心在S1，S2连线上。中心点的光强取决于S1和S2之间距离d，即I（P）=A+Bcos当d=K时，（K为整数），中心出现亮点。当d=(K+)时，中心出现暗点。圆形条纹的粗细和疏密程度与d有关。当d减小时，圆条

7、纹显得疏而粗。d增大时，条纹变得细而密。如果将M1(或M2)转一小角度，则M1和不再平行。屏幕上干涉条纹不再是圆形的封闭曲线，而变成为弯线或接近直线（实际上是双曲线或椭圆的一部分）。3.2、条纹的反衬度和相干长度干涉条纹的反衬度定义为当光源不是单色光时，干涉条纹的反衬度与光程差有关。He－Ne激光的单色性虽然相当好，但还是有一定的波长分布。多纵膜的He－Ne激光器的中心波长0为6328埃，（见图2）约0、018埃，定义相干长度为25厘米迈克耳逊干涉仪中，来自光源的光束经BS分为两束，这两束光经不同的光程L1和L2又在

8、BS合成一束（见图3）。两束光的光程差为＝理论上可以证明，当很小时，干涉条纹反衬度很大。当增大，降低。当接近于时，反衬度就比较弱了。当时则可能完全看不到干涉条纹。因此为了得到反衬度较高的干涉条纹，在全息照像中必须注意参考光和物光之间光程差。即尽可能使光程差在0.5cm附近，不要超过光源的相干长度。四．仪器用具五．实验内容17武汉纺织大学光电信息