浙江大学物理光学实验报告.doc

,. \ 本科实验报告 课程名称： 物理光学实验 姓 名： 郭天翱 系： 光电信息工程学系 专 业： 信息工程（光电系） 学 号： 3100101228 指导教师： 蒋凌颖 2012年 11月27日 专业：光电信息工程 姓名： 郭天翱 学号： 3100101228 日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 迈克尔逊干涉仪实验 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求装 订 线 1、掌握迈克耳逊干涉仪的结构、原理、调节方法； 2、用迈克耳逊干涉仪观察平板干涉条纹的特征，测定单色光波长； 3、观察白光干涉条纹，测量光波的相干长度； 2、 实验原理 图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。光源上一点发出的光线射到半透明层K上被分为两部分光线“1”和“2”。光线“2”射到M2上被反射回来后，透过G1到达E处；光 M1 M2 激光器 E G1 G2 2 k 1 图1 迈克尔逊干涉仪 图2 非定域干涉 线“1”透过G2射到M1，被M1反射回来后再透过G2射到K上，反射到达E处。这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。光线“1”也可看作是从M1在半透明层中的 虚像M1ˊ反射来的。在研究干涉时，M1ˊ与M1是等效的。调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M1ˊ与M2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。 用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从 反射至屏的光程，的距离为M1ˊ和M2之间距离的二倍，即2。虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。 1、等倾干涉（定域干涉） 若M2和M1严格垂直，M2’与M1互相平行，虚光板各处的厚度h相同。这时影响光程差的因素只有入射角，当用会聚或者发散光束照明干涉仪时，具有相同入射角的光经M1和M2反射后在其相遇点有相同的光程差，因而入射角相同的光形成同一级干涉条纹，称为等倾条纹。等倾条纹呈圆环状，条纹分布内疏外密。在扩展光源照明下，等倾条纹定位于无穷远，因而通常观察这种条纹需要采用望远镜系统。 干涉场中某一点所对应的两支相干光线的光程差为光波波长的整数倍时，即 该点为亮条纹中心；而光程差为光波长的半整数倍时，即 该点为暗条纹中心。 对于等倾圆环条纹，中心处于干涉级m0最高，由圆心向外，依次降低，当观察圆心附近的条纹时；亮、暗条纹的条件分别为和.这是如果转动丝杆使M2移动以改变虚平板厚度h时，h每减少时，条纹便向圆中心收缩并消失一个，如果测量出中心处条纹共消失N个时M2镜的移动距离，由关系式，便可计算出光波长。 2、等厚干涉条纹（定域干涉） 若M2和M1相互不垂直，M2’和M1间就有一楔角，这是若用平行光照明或者使用孔径很小的观察系统（如人眼），使整个视场内入射角的变化可以忽略不计，则两支相干光束的光程差的变化只依赖于虚光板的厚度h的变化。干涉条纹是虚平板厚度相同点的轨迹，称为等厚条纹。通常M1和M2的平面度很好，等厚条纹是相互平行的等间距直条纹，条纹的方向与虚平板的交棱平行。当用扩展光源照明时，若虚光板的厚度不大，等厚条纹就定位在虚平板表面（M1）附近，观察这种条纹需要采用放大镜，或者人眼直接观察虚平板表面。 当和h都不能视为常数时，将同时对光程产生影响，这时条纹形状介于等倾等厚之间，称为混合条纹。 3、非定域干涉 如果光源是单色点光源，无论是在等倾干涉还是在等厚干涉的情况下，条纹都是非定域的，采用HE-NE激光器作光源，由于光源的空间相干性很好，可以将其看作点光源。这时用一毛玻璃屏插在干涉仪的出射光路中的任何位置，均可以观察到干涉条纹。 4、白光条纹 白光照明，当两路相干光束的光程差为零或者零程差附近的位置，可以观察到白光干涉条纹。中央零级为白（或黑）的彩色条纹。 三、主要仪器设备 HE-NE激光器、白炽灯、扩束镜、准直镜、会聚镜、迈克尔逊干涉仪。 整个装置包括三部分：照明系统、干涉系统和观察系统，如图1所示。 1干涉系统——迈克尔逊干涉仪，如图2所示 G1分光镜，它是在第二表面镀以半反射介质膜的平行平面板。 G2是一块与G1全同的平板，成为补偿板，它与G1平行。 M1和M2都是平面反射板，两镜的背面各有三个调节螺钉，用来调整镜面的空间取向。M2的镜座上还有垂直安装的两只微调螺钉，用来对M2的空间取向作微调。 2、观察系统 为了观察不同类型的干涉，观察系统可以是望远镜、放大镜或者是人的眼睛。 3、照明系统 本实验单色光源为HE-NE激光器，激光经扩束准直，再经L2会聚。 四、实验内容 1、观察单色光等厚干涉条纹 （1）调整及抱起使其光束基本平行于实验台面，并使光斑位于镜面中心。在毛玻璃上看到M1，M2反射形成的两套光斑，调整M1，M2，使光斑严格重合。 （2）在入射光路中加入扩束镜，并调整。这时在毛玻璃上观察到弧形或圆形的干涉条纹。 （3）加入准直透镜L1，调整L1位置，直到毛玻璃上出现直条纹，再插入L2，毛玻璃上出现圆环条纹。如果条纹很多，应该转动手轮移动M1，使条纹减少到1-3。 （4）使用微调螺杆调整M2的倾斜方向，和移动M1。观察原干涉条纹的变化，并记录。 2、观察单色光的等倾干涉条纹 （1）在上一步观察到的等厚条纹基础上，微调，是等厚干涉间距逐渐变大，直到视场中仅有一条条纹。 （2）L1后放置会聚镜L2，并使照明在M1和M2上的光斑尽可能小。 （3）观察系统采用毛玻璃屏，可以看到等倾圆环。 （4）移动M1观察等倾圆环的变化，并记录。 3、测量单色光波长 （1）转动粗动手轮，使屏上的等倾条纹的数目适中 （2）转动微动手轮，可见到圆条纹缓缓向中心收缩，并在中心消失，记下读数S1； （3）继续向一个方向转动微调手轮，观察条纹在中心消失50个，记下读数S2； （4）重复三次，并作记录 4、观察白光的彩色条纹 （1）在观察到单色等倾条纹的基础上，移动M1，直到在视场中只剩下一个条纹。 （2）移去毛玻璃屏，用一白炽灯照亮干涉仪，用眼睛观察，继续按原来方向转动手轮，直到出现彩色条纹。 （3）调整M2观察彩色条纹的变化，移动M1观察彩色条纹的变化，并做记录。 五、实验数据记录和处理 1.记录在实验过程中观察到的现象，并加以解释 1) 观察单色光等厚干涉条纹时，微调螺杆（3）和（4），或微动手轮移动M1，观察到原等厚干涉条纹发生移动，而且间距变大。 等厚干涉的发生是由于M2’（虚镜面）和M1之间存在楔角。调整螺杆（3）和（4），或微动手轮都会导致M1和M2’之间的角度和距离发生一定的变化，从而使得等厚干涉条纹发生移动或者间距发生变化。 2) 在观察白光的彩色条纹时，调整M2相当于改变M1和M2’之间的夹角，可以观察到彩色条纹的弯曲程度和粗细发生了变化；移动M1即改变M1和M2’之间的距离，可以观察到彩色条纹由细变粗，然后又变细。 2.测量单色光波的数据处理 (mm) (mm) N (nm) 1 0.64740 0.66333 0.01593 50 637.6 2 0.66334 0.67936 0.01602 50 640.4 3 0.71136 0.72770 0.01634 50 653.2 643.7nm 相对误差：（643.7-632.8）/632.8*100%=1.7% 六、思考题 1．补偿平板G2的主要作用是什么？对它有什么要求？ 答：补偿板G2主要是为了平衡光线在平板G1中的光程差，G2板应该和G1板完全一样，并且摆放位置也要与G1板平行。 2．为什么观察等厚条纹时，一定要使L1出射光束为平行光？如果不满此条件条纹是否为等厚条纹？ 答：如果不为平行光，则相位会有差别，不满足等厚干涉的条件。因此不满足此条件不是等厚条纹。 3．观察等倾条纹时，要求入射光束只照亮M1和M2表面上较小区域，这有什么好处？ 答：由于定域深度的大小与光源的宽度成反比，照亮区域小相当于光源的宽度变小了，因此定域的深度增大，使得在观察条纹时更容易找到干涉条纹，并且条纹更加清晰，方便观察和计数。 4．请考虑利用干涉方法测量一块均匀的已知厚度的透明平行薄片折射率的方法。 调整迈克尔逊干涉仪，直至视场中等倾条纹数至最少，再在一条光路上放上该透明平行薄片，移动手轮，使得视场中的等倾条纹数再次达到最少，测得移动的距离为S，则，由此可以求得薄片的折射率。 专业：光电信息工程 姓名： 学号： 日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 用F-P干涉仪测量钠黄光波长差实验 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求装 订 线 1、观察多光束干涉的条纹特征 2、学会法布里-珀罗干涉仪的调整，及光波微小波长差的测量 2、 实验内容 法布里－珀罗（F-P）干涉仪是由两块内表面镀有高反射膜（介质膜或金属膜）的相互平行的高平面度玻璃板或石英板组成，根据平行平面板反射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹的基本原理制造的，如图所示，F-P干涉仪的主要部件是两块各有一面镀高反射膜的玻璃板G1和G2，使镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜，利用这层空气膜就能够产生多光束干涉现象。 若有一定光谱宽度的单色扩展光源发出的发散光照明法-珀干涉仪，则在透镜L的焦面上将形成一系列细锐的等倾亮条纹，若透镜L的光轴和干涉仪的板面垂直，则在透镜焦面上形成一组同心圆亮条纹。通常多光束情况下观察透射光条纹，条纹细而锐，波长差非常小的两条光谱线的同级条纹角半径稍有不同而能清晰的被分开，从而能直接进行测量。所以，法-珀干涉仪（标准具）是一种高分辨率的光谱仪器，常用于研究谱线的精细结构。 当光源发出有微小波长差△λ的两谱线时，由法-珀干涉仪产生多光束干涉条纹，对于干涉场的某一点，可写出两个相接近谱线的程差表示式： 对于不同波长的光波，△所对应的干涉级差为： 考虑干涉场中心附近的点（可认为θ≈0），则可计算波长差公式为： 式中，为的平均波长，一般由低分辨率仪器测定； △e为两波长同级条纹之相对位移，e是同一波长的条纹间距 △e e 当改变法-珀干涉仪两板之间的间距h，两波长条纹之相对位移为（△e）=e，而相应的两板间距变化为（△h），则有 测出两波长条纹从一次重合到再一次重合的间距变化，即可求得两谱线的微小波长差（△λ） 三、主要仪器设备 钠光灯、聚光灯、小孔光栏、准直镜、汇聚镜、法-珀干涉仪、滤色片 四、操作方法和实验步骤 法布里-珀罗干涉仪外形如图3所示，由迈克尔干涉仪改装而成，仪器的调节机构与迈克尔干涉仪相同 1、调整干涉仪使两平板内表面平行 在图4所示系统中，首先将两板间距大致调整到2~3mm左右(切勿使两反射面接触)前后调整准直镜的位置，使出射光为平行光。此时通过观察望远镜可以看到光阑的清晰的实像，及经平板多次反射产生的一系列光阑的反射像，调节两反射的微调螺丝，使反射像重合成一个，取下观察望远镜目镜，物镜变为放大镜，此时可看到一组平行直条纹（多光束等厚干涉），再微调螺丝增大条纹间距，直致视场中亮度均匀一片，此时两反射面平行。 图4 实验装置原理简图 2、观察钠黄光的多光束干涉条纹 随后放入会聚透镜，使在法-珀干涉仪平板上的光斑尽可能小，则在望远镜焦面上即可观察到钠黄光双线的多光束干涉条纹，条纹呈同心圆环。若圆环中心不在中央，可同时调节两反射镜微调螺丝，使两镜与入射光束垂直。 3、测量钠双线的波长差 调节微动机构，改变两镜距离，观察纳双线两组条纹从重合 分离 重合的变化全过程。测量两组条纹从一次重合到下一次重合时两镜间距的变化（△h），连测三次，求取钠双线波长差的平均值。 注意：为了减少误差，测出两组条纹从开始重合 分开之间距变化，取其中间位置作为一次重合之位置进行计算。 本实验主要是仪器及多光束干涉条纹的观察及测量。实验报告对仪器调整方法的原理及多光束干涉条纹的特征应着重讨论。 五、实验数据记录和处理 h1(mm)(开始重合位置) h2(mm)(开始分离位置) (mm) (mm) (nm) (nm) 1 3.45601 3.31101 0.29001 0.5987 0.6207 3.16600 2 3.45500 3.31945 0.27110 0.6405 3.18390 3 3.46733 3.32828 0.27811 0.6243 3.18922 4 3.46011 3.31996 0.28031 0.6194 3.17980 相对误差：（0.6207-0.6)/0.6*100%=3.45% 造成误差的主要原因是视场中两个不同系列的条纹不是很好区分，会造成读数时存在较大误差。 六、思考题 1．在观察中发现，随着程差的变化，条纹发生从清晰→模糊→清晰的变化，利用已学过的知识，解释这一现象。 由公式可知，当程差发生变化，即h发成变化时，也将发生变化。随着的变化，干涉条纹从重合的一套条纹变成了两套条纹，因此会觉得条纹从模糊变清晰或者从清晰变模糊。 2.利用已学过的双光束和多光束干涉装置，试提出几种测量钠双线之微小波长差的方法。 1.利用杨氏双缝干涉装置，以钠黄光作为光源，可以得到由微小位移差的两套干涉条纹。然后由公式来计算波长。 2.以钠黄光作为光源，利用迈克尔逊干涉仪装置得到等倾条纹，此时得到的干涉条纹时两套有微小错开的条纹。移动M2，记录两套条纹从第一次重合到第二次重合时条纹出现或者消失的个数m。由公式得 专业：光电信息工程 姓名： 学号： 日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 牛顿环实验 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求装 订 线 1、观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点； 2、用牛顿环测定平凹透镜的曲率半径； 二、实验内容 图3 实验原理图 牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图3所示。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环（如图4所示），称为牛顿环。由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此它属于等厚干涉。 图4 实验光路图 由图3 可见，如设透镜的曲率半径为Ｒ，与接触点Ｏ相距为ｒ处空气层的厚度为ｄ，其几何关系式为： ( 由于Ｒ>>ｄ，可以略去d2得 = (1) 光线应是垂直入射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带来的附加程差，所以总程差为： (2) 产生暗环的条件是： d = (3) 其中ｋ＝0，1，2，3，...为干涉暗条纹的级数。综合(1)、(2)和(3)式可得第ｋ级暗环的半径为： (4) 由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，测出第ｍ级的暗环半径，即可得出平凸透镜的曲率半径Ｒ；反之，如果Ｒ已知，测出后，就可计算出入射单色光波的波长。 但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部形变，使接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了灰尘，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环的几何中心。实际测量时，可以通过测量距中心较远的两个暗环的半径和的平方差来计算曲率半径Ｒ。因为 两式相减可得 所以或 （5） 由上式可知,只要测出 与（分别为第m 与第n 条暗环的直径）的值，就能算出Ｒ或。这样就可避免实验中条纹级数难于确定的困难，还可克服确定条纹中心位置的困难。 三、主要仪器设备 牛顿环仪、读数显微镜、钠灯 四、操作方法和实验步骤 一、用牛顿环测量透镜的曲率半径 1、调节牛顿环仪上螺钉，用眼睛观察使牛顿环的中心处于牛顿环仪的中心； 2、将牛顿环仪置于移测显微镜平台上，开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场，此时显微镜中的视场由暗变亮； 3、调节显微镜，直至看清干涉条纹； 4、观察条纹的分布特征。查看各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔是否一样，并解释； 5、测量透镜的直径。 6、自拟表格记录实验数据。 五、实验数据记录和处理 1.观察条纹的分布特征，可以发现牛顿环中心是暗斑，粗细和间隔不一致。可知，暗条纹的半径的平方和级数成正比，因此级数越大时，暗条纹的间距会越小。 2.实验数据 序号 m n Dm（mm） Dn（mm） R（mm) 平均R（m） 1 1 3 3.68 4.89 2.200 2.137 2 4 6 5.41 6.25 2.078 3 11 15 6.62 7.34 2.132 六、思考题 1.能否用牛顿环装置测量非球面的曲率？ 如果曲率变化比较慢的情况下，可以将非球面近似为球面，因此可以测量。 2. 若看到的牛顿环局部不圆，这说明了什么？ 说明被测量的透镜表面有缺陷，如凸出，凹陷等。 专业：光电信息工程 姓名： 学号： 日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 汞绿线精密谱线测量实验 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求装 订 线 1、了解法布里-珀罗标准具的结构，学会使用标准具。 2、用法布里-珀罗标准具测定汞绿线（λ=546.07nm）的精细结构。 二、实验内容 用高分辨分光仪器观察某些光谱线时，可以看到一些谱线包含有许多细微结构，这些细微结构称为光谱线的精细结构，利用法布里-珀罗标准具可以观察到汞绿线（λ=546.07nm）的精细结构。 法布里-珀罗标准具是由两块内表面镀有高反射膜的相互平行的高平面度玻璃板组成， 在内表面之间形成多次反射以产生多光束之间的干涉（图1），两外表面与内表面分别做成一小楔角，用以防止对内表面反射光的干扰，两内表面的间隔做成固定式的，一般是由膨胀系数很小的铟钢制成空心圆柱形间隔器。 用有一定光谱宽度的单色扩展光源发出的发散光照射法布里-珀罗标准具，则在透镜的焦面上将形成一系列希瑞的等倾亮条纹，当透镜的光轴与标准具的板面垂直时，透镜焦面上形成一组同心圆条纹。通常，多光束干涉情况下观察透射光干涉条纹，条纹细而锐，波长差非常小的两条谱线的同级条纹的角半径稍有不同而能被清晰地分开，从而能直接进行测量。 若是被测谱线的波长范围，则用来测量此谱线的精细结构的法布里-珀罗标准具的参数选配应满足条件 式中， 称为标准具常数或自由光谱范围，他表示与间距h相对应的标准具所能测量的最大波长范围；称为标准具的分辨本领，为相应h，R时标准具所能分辨的最小波长差。 另外，由等倾干涉知识可知，在焦距f的透镜焦面上形成的干涉条纹中，从中心向外数第N个亮圆条纹的直径为 ，式中是干涉级小数。 因此，测出第p和第q个亮纹的直径Dp、Dq，则有关系式 故有：，式中，是波长的干涉圆环中心干涉级小数。 如对各个波长的圆环分别求出中心干涉小数，则由中心处的光程差关系式： 可得到波长差表式： 式中，与分别表示精细结构中相近强度谱线的平均波长和强度最大的主线的波长；是同一波长的多个干涉圆直径求得的的平均值。 三、主要仪器设备 汞灯、聚光灯、光阑、准直镜、干涉滤光片、会聚镜、法-珀标准具、CMOS 四、操作方法和实验步骤 如图2所示，用发散光照射FP标准具，并由会聚透镜接收，则在透镜焦面上形成汞绿 线的精细结构。汞绿线的精细结构主要由汞的同位素产生的谱线形成，其中产生谱线，线是汞绿线的主线，中心波长，本实验测量的谱级，干涉滤光片的中心波长为546.1nm。 1 按图2布置大致安排光路，使各元件等高； 2 标准具调整 本实验选用间距h=5mm的法布里-珀罗的标准具，标准具反射面多层介质高反膜的反射率R=0.95,标准具上配有一个微调支架，支架可前后左右微动10左右。 标准具两平板的平行性可通过调整各平行螺钉，使各螺钉受力差不多。用单色扩展光源照明，自习调节标准具两平板调平螺钉，使光阑及其像完全重合，这时可以看到干涉条纹，使圆条纹尽量清晰，表明两平板基本平行。再仔细调节其中一板的微动螺钉，直到眼睛上下左右移动时各干涉圆环的大小不变，即干涉环的中心没有变化，而仅仅是圆环整体随眼睛一起平动，此时两平板严格平行，得到理想的等倾条纹。 3、精细结构的测量 （1）按图2所示光路放入准直物镜，利用自准直方法调整准直镜位置，使从准直镜出射的光为平行光。在干涉滤光片和标准具之间放入会聚透镜，使会聚（或发散）光照明标准具，并在标准具上有足够啊的光斑，加入接收系统，使从标准具出射的光照射另一会聚镜，并在其后焦面上形成清晰地同心圆条纹。 （2）用COMS（或读数显微镜）接收干涉图样，用“干涉图样标测”测出中心附近谱线的三个亮圆环的位置（即所对应的像素值）。 五、实验数据记录和处理 干涉图样如图： (mm) (mm) ( mm2) (mm2) (nm) 线 492 137 355 126025 45936 -0.743 -0.724 0.00868 458 175 283 80089 46965 -0.705 408 226 182 33124 线 501 129 372 138384 45968 -1.010 -1.015 468 164 304 92416 45760 -1.020 0.00665 425 209 216 46656 线 509 121 388 150544 45568 -1.304 -1.238 477 153 324 104976 48332 -1.172 436 198 238 56644 六、思考题 1.由实验数据，验证是常数 由实验数据可知， α线：=92901（nm2） β线：=91728（nm2） γ线：=93900（nm2） 可以求出三者的均值为92843，标准差为887，相对于差值来说这个标准差很小，因此可以认为是常数 2．对光谱进行精细结构分析，根据什么条件选择法-珀标准具？本实验中选用h=5mm的法-珀标准具，试分析原因。 答：用法珀标准具测量两相近波长的波长差，目标光线的波长差须满足： (△λ)min<=△λ<=(△λ)s.r；h=5mm，所以（△λ）s.r=0.0298nm，大于所要测的波长差，因此可以用来测量。 3．用本实验装置能否测定钠双线？为什么？ 答：不能。因为那双线的波长差为0.6nm，而该标准具的测量范围为0.000487nm~0.0298nm，其不在该标准具的测量范围之内。 专业：光电信息工程 姓名： 学号： 日期：2012年 月 日 地点：紫金港东1A407 实验报告 课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称： 激光平面干涉仪实验 实验类型：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求装 订 线 1、了解激光平面干涉的结构原理及装调方法； 2、组装平面干涉仪，获取干涉图； 3、学会从干涉图分析被测光学零件的面形误差。 3、 实验内容 He-Ne激光器发出的激光经扩束准直后，直接入射到标准平板和待测平板。激光平面干涉仪是通过观察标准平面与被检平面之间的楔形空气层所产生的等厚干涉条纹的变形情况来检测待测平板的面形的。 若通过CMOS接收到的等厚干涉条纹弯曲表明被测平面不平。经测得条纹弯曲的矢高为H，条纹间距为e，则被测平板的平面度为P=H/e，相应的平面偏差，即凹陷或凸起的厚度为：h=Hλ/2e. 将标准平板两表面的反射光移出视场，观察由被测平板两表面反射产生的等厚干涉条纹，如果被测平板的面形误差、玻璃的不均匀性都很小，则测出的平行度即可视为是平板两表面的几何平行度，可以观察到一组平行等距的干涉条纹。若在直径为D的平行平板上观察到N个条纹，则平板的平行度用最大厚度Δh表示：Δh=Nλ/2n=Dλ/2ne 其平板两面的楔角α为：α=Δh/D=λ/2ne 三、主要仪器设备 He-Ne激光器，扩束镜，准直镜，分束镜，标准平板，待测平板，接收屏 四、操作方法和实验步骤 1、调整He-Ne激光器使其出射光束平行于光学平台。 2、调整每个光学件的高度； 3、加入分束镜，并转角； 4、加入扩束镜和准直镜，用剪切干涉法获得平行光； 5、加入标准平板和待测平板，并使标准平板后表面和待测平板前表面的光斑反射回扩束镜小孔； 6、再加入衰减器及CMOS，找到合适的接收位置后，微调空气层楔角，直至视场里剩余3-5个条纹，保存图像，并进行数据处理计算平板的平面度和楔角。 五、实验数据记录和处理 1.测量被测平板的平面度 由公式P=H/e，h=H/e*λ/2，测量可得 P=0.4/2.4=0.167,h=1/6*632.8/2=52.73nm 2. 测量被测平板的楔角 △h=Nλ/2n=Dλ/2ne,测量得到D=11.10cm，e=2.90cm。因此平板平行度 △h=796.74nm，α=△h/D=λ/2ne=7.178*10-6 六、思考题 1、本实验若不用激光而改用普通单色光（如钠光），能否进行平面平板平面度的测量，为什么？ 答：不能，因为普通单色光的相干长度太短，不足以观察反射得到的干涉条纹，激光的相干性更好。 2、 测量平板的平行度时，可能出现不等距或弯曲的等厚条纹，试说明此现象产生的原因？ 答：可能是受外部条件的影响，也可能是被测平板某些地方有一定曲率或者平板不平整，有凸出或凹陷造成的。 七：实验心得 1. 光学实验开始时的一些准备工作，如器材高度的调整，光线的准直等，是非常重要的，不能掉以轻心，如果有差错则整个实验无法进行下去。 2. 光学实验的观察环节也同样重要，由于对于同样的现象每个人的判断标准可能不一样，因此观察现象并读数的工作最好由一个人来完成，否则标准的不统一会造成实验结果的误差。 3. 光学器件的工作面不要直接用手去碰，工作台避免剧烈晃动，这些细节在实验时必须小心注意。