【实验报告】迈克耳孙干涉仪
实验十一迈克耳孙干涉仪的调整与使用
【实验目的】
1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构和调整方法。
2．观察等倾和等厚干涉条纹，了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。
3．测量He-Ne激光的波长。
【实验原理】
1．迈克耳孙干涉仪的光路
如图5.4-1所示，图中M1和M2是二个精密磨光的平面镜，置于相互垂直的两臂上。在两臂轴相交处，是一个与两臂成45°角且两面严格平行的平面玻璃板G1，其背面镀有一层半透半反膜，称为分束板。G2与G1平行放置，其厚度和折射率与G1完全相同，但表面没有镀
图5.4-1 迈克耳孙干涉仪的简单光路
层，G2称为补偿板。从图中看出，光源S发出的光在G1后表面被分为光强近乎相等的反射光束（1）和透射光束（2），两束光经反射后，共同向E处传播并发生干涉。反射镜M2是固定的，M1可沿臂轴方向移动，M2被G1反射所成的镜像M2′位于M1附近，光束（2）也可以看作是从M2的虚像M2′反射来的，用M2′代替M2讨论问题，两束光光程不受影响。这样，可直观地看出两束光在到达观察屏E处时的光程差与M1和M2′间的“空气薄膜”的厚度d有关，即M1所处位置是影响光程差的因素之一，这种干涉相当于“薄膜”干涉。
光束（1）到达E处时，共通过了G1三次，而光束（2）只在未分出前与光束（1）同时通过G1一次，另外两次则由穿过G2两次来得到补偿。这样，两束光在玻璃中的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑它们在空气中的几何路程的差别。此外，用白光照明时，若只有G1，则因为玻璃的色散，不同波长的光因折射率不同而产生的光程差无法用空气中行程弥补，而G2板的加入就能补偿各色光的光程差以获得白光的零级干涉条纹。白光的干涉条纹在迈克耳孙干涉仪中极为有用，能够用于准确地确定零光程差的位置，进行长度的精确测量。在迈克耳孙干涉仪中，两束相干光分得较开，这便于在任一支光路里放进被研究的对象，通过白光零级条纹位置的改变来研究所放入物质的某些物理特性，如气体或其它透明物质的折射率、透明薄板的厚度等。
2．各种干涉条纹的图样
（1）点光源的非定域干涉
图5.4-2 点光源的非定域干涉
当用凸透镜对激光光束会聚后，得到的是一个线度小、强度足够大的点光源，它向空间传播的是球面波。在经M1和M2′反射后，又得到相当于由两个虚光源S1、S2′发出的两列满足干涉条件的球面波，S1为S经G1及M1反射后成的像，S2′为S经M2及G1反射后成的像（等效于S经G1及M2′反射后成的像）。两列球面波在它们相遇的空间处处相干，即在两束光相遇的全部空间内均能用观察屏接收到干涉图样，因此是非定域干涉。非定域干涉条纹的形状随S1、S2′与观察屏E的相对位置的不同而不同。当M1和M2′大体平行时，E会与S1、S2′的连线垂直，此时得到圆条纹，圆心在S1、S2′连线与屏的交点O处；当M1和M2′不平行时，S1与S2′不会在一条竖直线上，
则E不再与S1、S2′的连线垂直。若E与S1、S2′的垂直平分线垂直，将得到直条纹，其它情况下则为椭圆或双曲线条纹。通常我们在测量时大都选取圆条纹的情况，下面就讨论这种非定域圆条纹的一些特性。
如图5.4-2所示，产生圆条纹时E垂直于S1、S2′连线，S1、S2′之间的距离应为2 （因为光束（1）在M1和M2′所形成的薄膜内行进了两次），此时，由S1、S2′发出并在屏上任一点A相遇的两光束的光程差Δ为
Δ= =
由于观察的是光轴附近的条纹（即角很小的范围），并且L>>d，这种情况下，经过数学运算，可得到光程差的近似值为
Δ= （5.4-1）
由于点光源发出的光是球形对称的，所以满足上述条件的，具有相同光程差的点的轨迹是以O为圆心的一系列圆形条纹。当
Δ= （k = 0，1，2，…）（5.4-2）
时，形成明条纹；当
Δ= （k = 0，1，2，…）（5.4-3）
时，形成暗条纹，k为干涉级。所以，在满足L>>d的地方观察到的点光源非定域干涉图样是一组明暗相间的同心圆环。由式（5.4-1）、（5.4-2）、（5.4-3）可知：
a．当=0时，Δ= 为最大，这说明对于非定域干涉而言，圆心点所对应的干涉级最高，越往外干涉级别越低。当移动M1使d增加时，Δ变大，干涉级增多，可看到干涉级越来越高的圆环一个个从中心“涌出”而后往外扩张，此时对特定的某级条纹（Δ一定）而言，d增加时，变小，增大，即此时可以看到这级条纹从中心往两边扩展；若d减小时，则圆环会一个个向中心缩进，最后“淹没”在中心处。在中心处，每“涌出”或“淹没”一个暗（或明）环，相当于Δ= 改变了一个波长。设M1移动了距离，在中心相应“涌出”或“淹没”的暗（或阴）圆环数为N，则= ，即
= (5.4-4)
从仪器上读出，并数出相应的N，即可测出光波的波长。
b．当d增大时，光程差Δ每改变一个波长，所需的角的变化值减小，即两亮环（或两暗环）之间的间隔变小，条纹变得细而密；反之，d减小时，条纹变得粗而疏。
（2）面光源的定域干涉
图5.4-3 等倾干涉原理图
通常光源都不是一点而是有一定大小的发光平面，称为面光源（也叫扩展光源）。光源中不同的发光点发出的光束虽然互不相干，但每一个点光源所发出的光束，经过迈克耳孙干涉仪后都可以产生自己的干涉图样，无数点光源产生的干涉图样的叠加结果，使得在干涉场中只有某个曲面上条纹的可见度最大，我们只能在这个面附近观察到干涉条纹，这种形式的条纹就是定域条纹。
a．面光源的等倾干涉
等倾干涉是在M1、M2′严格平行的情况下发生的。如图5.4-3所示，当M1、M2′平行时，入射角为的光经M1、M2′反射成为光束（1）和（2），它们互相平行，在无穷远处相遇并干涉，经计算，其光程差为
Δ= =
可见，M1、M2′平行放置且d一定时，光程差只决定于入射角。凡不同点光源发出的入射角相同的光经反射后都相互平行，这些反射光在无穷远处相遇，有相同的光程差，就会形成同一级干涉条纹，故这些倾斜度不同的光经M1、M2′反射后所形成的干涉图样是一些明暗相间的同心圆环。这种同一级干涉条纹是在d相同的条件下、由入射角相同的光相干涉而产生的现象，称为等倾干涉。等倾干涉条纹的明暗情况由光程差决定，即
Δ= = （k = 0，1，2，…）明纹
Δ= = （k = 0，1，2，…）暗纹
式中称为干涉级。这种干涉图样同点光源的非定域圆形干涉图样相类似，即干涉级以圆心为最高，当d增加时，条纹从中心“涌出”，且变细变密；当d减小时，条纹向中心“淹没”，且变粗变疏。
与点光源非定域干涉不同的是，面光源的等倾干涉条纹只呈现在会聚平行光的透镜的焦平面上，不用透镜时则应在无限远处，所以说等倾干涉条纹定域于无限远处。
实验中观察等倾干涉条纹时，由于激光光束太窄，不能在光屏上呈现完整的干涉条纹，为此光源前插入一块毛玻璃，把激光光源转化为扩展光源。
b．面光源的等厚干涉
当M1、M2′不再平行而是有微小夹角、且M1和M2′之间形成的楔形空气层较薄时，会形成等厚干涉条纹。
图5.4-4 等厚干涉原理图
如图5.4-4所示，面光源S发出的光经M1、M2′依次反射后在镜面附近相交，产生干涉条纹，将观察系统（眼睛或透镜）调焦于M1 镜附近，可以观察到干涉条纹。也就是说此时干涉条纹定域于M1镜表面不远处。当夹角很小时，光束（1）、（2）的光程差仍可近似地用Δ= 表示，d为B处空气层厚度，为入射角。如果入射角很小，光束近于垂直入射时，cos =1- 2/2 ，故
Δ= =
在M1、M2′相交处，=0，光程差为0 ，出现中央直条纹，由于G1镀层情况不同，交线处可能是亮纹，也可能是暗纹；而在两镜面交线附近，2远比要小，故可忽略，则Δ的变化主要取决于厚度d的变化。所以，在楔形空气层上厚度相同的地方，光程差也相同，将出现一组平行于两镜面交线的直线，这就是等厚干涉条纹；当厚度d变大时，2可以与比较，此时Δ既决定于d又与有关，这时得到的干涉条纹将随角的增大逐渐发生弯曲，凸向两镜交线，此时已不再是等厚干涉条纹。
观察等厚干涉条纹时，光源仍采用扩展光源，使反射后能有各方向的光，便于观察。当M1、M2′距离非常接近时（即所夹空气层很薄），用白光作光源，也能看到干涉条纹，此时条纹是
图5.4-5 迈克耳孙干涉仪两反射镜相对位置
不同时产生的各种干涉图样
彩色的，但由于白光的相干长度较小，所以条纹只出现在M1、M2′的交线附近。
图5.4-5是迈克耳孙干涉仪在不同情况下产生的各种干涉图样。
【实验仪器】
BM-200型迈克耳孙干涉仪，He-Ne激光器，WSM-100型迈克耳孙干涉仪，短焦距凸透镜，毛玻璃，日光灯。
【实验内容】
1．利用点光源非定域干涉条纹测定He-Ne激光波长
（1）利用仪器底部水平调节螺丝，调节干涉仪水平。（实验室已调节好）
（2）分别调节M1和M2镜背面的三个调节螺丝，使其松紧适度，并使M2的两个微调拉簧螺丝处于中央位置，即弹簧不要过松或过紧，然后点亮He-Ne激光器。
（3）调节激光器方位，使光束大致垂直导轨射向G1，分别调节M1和M2后面的三个螺丝，使得M1和M2反射回来的两排光点像中的最亮点重合。
（4）放上短焦距的凸透镜，使光束在透镜的后焦点上会聚为点光源。调整透镜的位置，使扩束后的激光束投射到G1的正中央，然后在M1前方的光屏上即可看到点光源的非定域干涉条纹。调节M2的两个相互垂直的微调拉簧螺丝，使条纹圆心处于视场中心。（5）将离合把手放在下限位置，缓慢转动粗调手柄，观察并记录条纹的“涌出”、“淹没”及疏密变化和d的关系。
（6）转动粗调手柄，使M1、M2′间距足够小，以致屏幕上只有4~6个完整的暗圆环条纹，再进一步调节M2的微调拉簧螺丝，使圆环中心处于视场中心。然后把离合把手放在上限位置，转动微动手轮，可观察到干涉条纹一条条地缓慢“涌出”或“淹没”。这时为避免空程差，切记微动手轮的旋转方向（顺时针或逆时针）必须与粗调手柄原来的转动方向保持一致，否则条纹会出现停滞不动的情况，产生空程差。
（7）此时记下M1 的初始位置的读数d0(读数的方法参考附录)，然后缓慢转动微动手轮（始终保持一个方向），仔细数出暗条纹变化数目，每数20条，记一次M1的位置，依次记录d0 、d1 、d2 …d11共12个数。
2．面光源等倾干涉条纹的调节
（1）在步骤1的基础上，调节M1的位置，使视场中只有2~3个左右暗环（即让d足够小），利用M2微调拉簧螺丝将圆环中心调到视场中心，使M1、M2′严格平行。（2）将毛玻璃放在透镜与G1之间，得到扩展光源，然后用眼睛作接收器，向无穷远处看去即可观察到干涉条纹。
（3）上下移动眼睛，观察圆形条纹中心随眼睛作同步移动时是否存在“涌出”或“淹没”现象，若有，则调节M2的竖直微调拉簧螺丝使这种现象尽量消失。然后左右移动眼睛，若条纹中心随眼睛左右移动也有“涌出”或“淹没”现象，则应调节M2的水平微调拉簧螺丝。这样反复调节两个拉簧螺丝，直到上下左右移动眼睛时，条纹达到稳定，其中心不再有“涌出”或“淹没”现象，此时就得到了He-Ne激光面光源严格的等倾干涉条纹。
3．利用白光等厚干涉条纹寻找M2成像位置
（1）为观察到白光的足够清晰的等厚干涉条纹，应使M1、M2′间距和夹角都足够小。在步骤1的基础上，在视场中只有3个或4个暗圆环条纹时，调节M2微调拉簧螺丝，使圆环中心偏离视场中心，向边缘移动一些，则M1、M2′间就形成一个很小的夹角。（2）移动M1，使视场中条纹变疏变粗（即d变小），并由弯逐渐变直。
（3）在条纹要变直还未变直时，挡住激光光源，将日光灯放上，眼睛对准M1看去，视场中有条纹。
（4）继续向原方向移动M1，最好用粗调手柄，但动作尽量缓慢匀速，避免零级条纹附
近极少的几条最亮的彩色干涉条纹迅速闪过视场而未被看到。当调节到M1、M2′重合时，则立即看到几条最明亮的彩色干涉条纹，中央处即为白光的零级条纹（由于G1后表面镀层的不同，有的仪器看到零级为白色亮纹，有的则为暗纹）。如果在条纹已变直时用微动手轮代替粗调手柄调节，则明亮的彩色干涉条纹虽然不会迅速闪过，但所需调整时间相对较长。
【数据处理】
1．列表记录原始数据。
2．用逐差法处理数据d0 、d1 、d2 …d11，得到每变化120条暗纹时M1镜移动距离的算术平均值，然后代入公式（5.4-4），求出He-Ne激光波长。
3．将逐差后的6个作为直接测量量计算它的合成不确定度（计算时仪取最小分度值的一半）。
4．若N=20次条纹变化的最大判断误差为0.5条，计算由此引入的不确定度。
5．计算测量值的不确定度，写出最后结果表达式（=0.683）。
6．求出所测波长与实际He-Ne激光波长（=632.8nm）的百分偏差。
【注意事项】
1．光学仪器的表面严禁用手或其它物体碰触。
2．实验的光源用到光纤，切记不可弯折。
3．不要让激光束直接射向眼中，否则会损伤眼睛。
4．激光器的电流宜在5mA左右，调得过大会损坏激光器内部电路。
5．当离合把手位于上限位置时，切不可转动粗调手柄，以免将仪器机械部分损坏。6．调整各个螺丝时，不要调得过紧，否则镜面会变形，条纹也变形。实验后应把镜面螺丝放松。
7．本实验仪器系精密光学仪器，实验时要防止振动。
8．M1镜不要移到臂轴两端，以预防手柄松动。
【预习思考题】
1．迈克耳孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的？
答：迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。
2．迈克耳孙干涉仪的等倾干涉和等厚干涉分别在什么条件下产生的？条纹形状如何？随M1、M2′的间距d如何变化？
答：（1）等倾干涉条纹的产生通常需要面光源，且M1、M2’应严格平行；等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行，而是有微小夹角，且二者之间所加的空气膜较薄。
（2）等倾干涉为圆条纹，等厚干涉为直条纹。
（3）d越大，条纹越细越密；d 越小，条纹就越粗越疏。
3．什么样条件下，白光也会产生等厚干涉条纹？当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，M1、M2′两镜子的位置成什么关系？
答：白光由于是复色光，相干长度较小，所以只有M1、M2’距离非常接近时，才会有彩色的干涉条纹，且出现在两镜交线附近。
当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，说明M1、M2’已相交。
【分析讨论题】
1．用迈克耳孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同？
答：二者虽然都是圆条纹，但牛顿环属于等厚干涉的结果，并且等倾干涉条纹中心级次高，而牛顿环则是边缘的干涉级次高，所以当增大（或减小）空气层厚度时，等倾干涉条纹会向外涌出（或向中心缩进），而牛顿环则会向中心缩进（或向外涌出）
2．想想如何在迈克耳孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率？
答：首先将仪器调整到M1、M2’相交，即视场中央能看到白光的零级干涉条纹，然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中（主要是为了避免空程差），继续向原方向移动M1镜，直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时，记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N，根据，即可求出n。
光通信实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光通信实验报告 篇一：光通信实验报告 信息与通信工程学院 光纤通信实验报告 班姓学 级：名：号： 班内序号：17 日 期：20XX年5月 一、oTDR的使用与测量 1、实验原理 oTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。oTDR就测量回到oTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信
号都有所损耗。 给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。 在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。 菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一
迈克尔逊干涉仪实验报告87789
迈克耳逊干涉仪 一.实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二.实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三.实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。
如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M′2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中心“冒出”一个条纹，反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为：当，时V=1， 此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差 为，且由关系算出谱线的精细结构。 四.实验结果计与分析 次数初读数 d1（mm） 末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6
迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告
实验十四迈克耳孙干涉仪的调节与使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A、A、Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长 λ=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定义1m=1553164、13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然就是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1、学习迈克耳孙干涉仪的原理与调节方法。 2、观察等倾干涉与等厚干涉图样。 3、用迈克耳孙干涉仪测定He－Ne激光束的波长与钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He－Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、M2- 反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1与M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1与M2,就可以在E处观察到干涉条纹。
迈克尔逊干涉仪实验报告精品
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 实验目的： 1） 学会使用迈克尔逊干涉仪 2） 观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3） 测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源 S 出 发的光经过称 45。 放置的背面镀银的半透玻璃板 P 1 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光， 光 路 1 通过 M 1 镜反射并再次通过 P 1 照射在观察平 面 E 上，光路 2 通过厚度、折射率与 P 1 相同的玻 璃板 P 2 后由 M 2 镜反射再次通过 P 2 并由 P 1 背面的 反射层反射照射在观察平面 E 上。图中平行于 M 的M ' 是M 经 P 反射所成的虚 1 2 2 1 像，即 P 到 M 与 P 到 M ' 的光程距离相等，故从 P 到M 的光路可用 P 到M ' 等 价替代。这样可以认为 M 与 M ' 之间形成了一个空气间隙， 这个空气间隙的厚度 可以通过移动 M 1 完成，空气间隙的夹角可以通过改变 M 1 镜或 M 2 镜的角度实现。 当 M 与M ' 平行时可以在观察平面 E 处观察到等倾干涉现象，当 M 与M ' 有一 1 2 1 2 定的夹角时可以在观察平面 E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当 θ =0 时的光程差 δ 最大，即圆心所对应的
1 2 1 2 干 涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心 “冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小， 最后“淹没”在中心处。 每“冒” 出或“ 缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长， 也就是 M 与 M ’ 之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’ 之间距离改变了 △d 时，观察到 N 个干涉环变化，则 △d=N 由此可测单色光 的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到 随着动镜 M 1 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即 反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化， 利用这一特性， 可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1） ）观察非定域干涉条纹 1） 通过粗调手轮打开激光光源， 调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜 M 2 入射，取掉投影屏 E ，可以看到两排激光点 2） 粗调手轮移动 M 1 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3） 调节M 1 、M 2 镜后面的两个旋钮， 使两排激光点重合为一排，并使两个最 亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏 E ，就可以看到干涉条纹。 4） 仔细调节 M 、 M 镜后面的两个旋钮，使 M 与 M ' 平行，这时在屏上可 以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5） 转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞” 、“吐”条纹随光程差 改变的变化情况。
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率； 一、引言 【实验背景】 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。 【实验原理】 （一） 迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称 为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。 当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的 光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2
迈克尔逊干涉仪及其应用
迈克尔逊干涉仪及其应用 迈克尔逊干涉仪的应用 迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法实现干涉的精密光学仪器．自1881 年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定“ 以太” 的迈克尔逊—莫雷实验；光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本 原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域． 【预习要求】 1. 阅读实验十六，理解光的干涉、等倾干涉与等厚干涉 . 2. 了解定域干涉与非定域干涉概念 . 3. 了解迈克尔逊干涉仪的结构和使用 . 【实验目的】 1. 研究迈克尔逊干涉仪上各种光的干涉现象 . 2. 了解迈克尔逊干涉仪的应用 . 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪，法布里－珀罗干涉仪，氦氖激光器，钠光灯，白炽灯， 扩束镜 【实验要求】 1. 定域干涉与非定域干涉的研究 （1）观察激光产生的定域干涉与非定域干涉； （2）粗略测定激光定域等倾干涉条纹和等厚干涉条纹的定域位置（精确到 mm ）； （3）观察钠光产生的定域干涉与非定域干涉 . 2. 钠光双线波长差与相干长度的测定 （1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差； （2）用迈克耳孙干涉仪测定钠光相干长度；
（3）用迈克耳孙干涉仪考察氦－氖激光的相干长度 . 3. 钠光双线波长差的测定与考察补偿板的作用 （1）用迈克耳孙干涉仪测定钠光双线波长差； （2）用法布里－珀罗干涉仪测定钠光双线波长差； （3）观察无补偿板的迈克耳孙干涉仪中条纹的特点 . 【实验提示】 1. 如何获得点光源和面光源？如何测定干涉条纹的定域位置？ 2. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪中它的干涉条纹有什么特点？ 测波长差的公式；能用测出的波长差计算相干长度吗？测定光源相干长度的方法，实际可能达到的精度 . 3. 钠光包含中心波长分别为589.0nm 和589.6nm 的两条谱线，在迈克耳逊干涉仪和法布里－珀罗干涉仪中它的干涉条纹各有什么特点？ 4. 迈克耳逊干涉仪中补偿板有哪些作用？ 5．考虑实际可能达到的精度，确定是否要用微动手轮，应如何安排测量次数，如何处理数据 . 【设计报告要求】 1 . 写明实验的目的和意义 2 . 阐明实验原理和设计思路 3 . 说明实验方法和测量方法的选择 4 . 列出所用仪器和材料 5 . 确定实验步骤 6 . 设计数据记录表格 7 . 确定实验数据的处理方法 【思考题】
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏 实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光 路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平 面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻 璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面 的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干
涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。
迈克尔逊干涉仪(实验报告)
一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录 10 次数据即 d0、 d1 (9)
OTDR实验报告
实验名称：自构建光纤链路的otdr测试实验实验日期：指导老师：林远芳学生姓 名：同组学生姓名：成绩： 一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、实验结果记录 与分析 五、数据记录和处理六、结果与分析七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点； 2. 熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术； 3. 熟悉光时域反射仪（optical time domain reflectometer，以下简称 otdr）的工 作原理、操作方法和使用要点，能利用 otdr 测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及 其产生原因，提高工程应用能力。 二、实验内容和原理 1．otdr 测试基本理论 散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好 的方向性。 瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作 工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光纤会改变其原有传播方向 而向四周散射（图 1-3-1），引起光能量损失，其强度与波长的 4 次方成反比，随着波长的 增加，损耗迅速下降。 后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光纤和原来 的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。光纤中某一点的后向回 波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。 菲涅尔反射：当光纤由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒 质的相对折射率的平方成正比。如图1-3-2 所示，一束能量为p0 的光，由媒质 1（折射率 为nl）进入媒质 2（折射率为 n2）产生的反射信号为p1，则 ?n1?n2p1???n?n2?1? ???2 衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以 db 表示。衰减是光纤中光功率减少量 的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。通常，对于均匀光纤来 说，可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。 当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向着四 面八方，其中总有一部分会沿着纤轴反向传输到输入端。由于主要的散射是瑞利散射，并且 瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与该散射点的入射光功率成正比，光纤中 散射光的强弱反映了光纤长度上各点衰减大小，光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以 通过后向散射方法独立地探测出来，而不受其它点散射信号改变的影响，所以测量沿纤轴返 回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿着光纤传输时的衰减及其它信息。 基于后向散射法设计的测量仪器称为 otdr，其突出优点在于它是一种非破坏性的单端测 量方法，测量只需在光纤的一端进行。它利用激光二极管产生光脉冲，经定向耦合器注入被 测光纤，然后在同一端测量沿光纤轴向向后返回的散射光功率返回信号与时间的关系，将时 间值乘以光在光纤中的传播速度以计算出距离，在屏幕上显示返回信号的相对功率与距离之 间的关系曲线和测试结果。国内厂家主要是中国电子科技集团公司第四十一研究所，国外的 品牌主要有安捷伦（agilent）、安立（anritsu）、exfo、wavetek 等。 2．光纤的连接 光纤连接时的耦合损耗因素基本上可分为两大类：一类是固有的，是被连接光纤本身特 性参数的差异，比如纤芯直径、模场直径、数值孔径差异、纤芯或模场的同心度偏差、纤芯
“迈克尔逊干涉仪”实验报告
“迈克尔逊干涉仪”实验报告 【引言】 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。 因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。 【实验目的】 （1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜 【实验原理】 1.迈克尔逊干涉仪结构原理 图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源 S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半 透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。 反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1 和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射 膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区 域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可 发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有 相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干 涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。
迈克耳孙干涉仪实验报告
迈克耳孙干涉仪实验报告 摘要：迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。 关键词：迈克耳孙干涉仪；光的干涉；单色波波长；光场的时间相干性 The Report of Michelson Interferometer Experiment Abstract: The Michelson interferometer is the model of many modern interferometers because of its elaborate design and widespread use. The experiment observed the basic phenomenon of interference of light, measured the wavelength of monochromatic light and studied the temporal coherence of light field. Key words: Michelson interferometer; interference of light; wavelength of monochromatic light; temporal coherence of light field 1881年迈克耳孙制成第一台干涉仪。后来，迈 克耳孙利用干涉仪做了三个文明于世的实验：迈克耳孙-莫雷以太零漂移、推断光谱精细结构、用光波波长标定标准米尺。迈克耳孙在精密仪器以及用这些仪器进行的光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献，荣获1907年诺贝尔物理奖。迈克耳孙干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，它不仅可用于精密测量长度，还可应用于测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。本实验利用迈克耳孙干涉仪对光的干涉基本现象进行了观察，对单色光波长进行了测定，并对光场的时间相干性进行了研究。1.实验原理及仪器介绍 1.1 迈克耳孙干涉仪简介 迈克耳孙干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器，主要由４个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成，其结构如图1所示。
迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告
测量空气折射率实验报告 一、 实验目的： 1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。 2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。 二、 实验仪器： 迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。 三、 实验原理： 迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G 为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G 均成450角； M1可以移动，M2固定。2 M '表示M2对G 金属膜的虚像。 从光源S 发出的一束光，在分束镜G 的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G 反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G ；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G 膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。 由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差δ为 )(22211L n L n -=δ （1） 式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。 M 2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图
设单色光在真空中的波长为λ，当 ,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2） 时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相 干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。 当1L 支路上介质折射率改变1n ?时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的 变化数为N 。由（1）式和（2）式可知 1 12L N n λ = ? （3） 例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得 0003.0=?n 。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N ，就能测出光路 中折射率的微小变化。 正常状态（Pa P C t 501001325.1,15?==）下，空气对在真空中波长为 nm 0.633的光的折射率00027652.1=n ，它与真空折射率之差为 410765.2)1(-?=-n 。用一般方法不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。 四、 实验装置： 实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为 nm 0.633=λ），并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜T 可以使激光束扩束。小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M1、M2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L 。气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。 图2 测量空气折射率实验装置示意图 气压表
迈克耳孙干涉仪实验报告
实验名称：迈克耳孙干涉仪 实验日期：2010.12.7 实验人：缪盈盈 实验目的： 1．了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构及调节方法. 2．研究定域干涉、非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光 源的时间相干性、空间相干性. 3．利用迈克耳孙干涉仪测量氦氖激光的波长. 实验原理： 迈克耳孙干涉仪主要由两个相互垂直的全反射镜M1、M2和一个45°放置的半反射镜M组成．不同的光源会形成不同的干涉情况． 1．当光源为单色点光源时，它发出的光被M分为光强大致相同的两束光(1)和(2)，如图6-22所示．其中光束(1)相当于从虚像S’发出．再经M1反射，成像于S’1；光束(2)相当于从虚像S’发出，再经M’2反射成像于S’2(M’2是M2关于M所成的像).因此，单色点光源经过迈克耳孙干涉仪中两反射镜的反射光，可看作是从S’1和S’2发出的两束相干光．在观察屏上，S’1与S’2的连线所通过点P0的程差为2d，而在观察屏上其他点P的程差约为2dcosi (其中d是M1与M’2的距离，i是光线对M1或M’2的入射角)．因而干涉条纹是以P0为圆心 的一组同心圆，中心级次高，周围级次低．若M1与M2的夹角偏离90°，则干涉条纹的圆心可偏出观察屏以外，在屏上看到弧状条纹；若偏离更大而d又很小，S’1与S’2的连线几乎与观察屏平行，则相当于杨氏双孔干涉，条纹近似为直线．无论干涉条纹形状如何，只要观察屏在S’1与S’2发出的两束光的交叠区，都可看到干涉条纹，所以这种干涉称为“非
2．如果改用单色面光源照明，情况就不同了，如图6－23所示．由于面光源上不同点所发的光是不相干的，若把面光源看成许多点光源的集合，则这些点光源所分别形成的干涉条纹位置不同，它们相互叠加而最终变成模糊一片，因而在一般情况下将看不到干涉条纹．只有以下两种情况是例外：①M1与M2严格垂直，即M1与M’2严格平行，而把观察屏放在透镜的焦平面上，如图6—23(a)所示．此时，从面光源上任一点Ｓ发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光是平行的，它们在观察屏上相遇的光程差均为2dcosi，因而可看到清晰而明亮的圆形干涉条纹．由于d是恒定的，干涉条纹是倾角i为常数的轨迹，故称为“等倾干涉条纹”.②M1与M2并不严格垂直，即M1与M’2有一个小夹角α．可 以证明，此时从面光源上任一点S发出的光经M1和M2反射后形成的两束相干光相交于M1或M2的附近．因此，若把观察屏放在M1或M2对于透镜所成的像平面附近，如图6—23(b)所示，就可以看到面光源干涉所形成的条纹.如果夹角α较大而i角变化不大，则条纹基本上是厚度d为常数的轨迹，因而称为“等厚干涉条纹”．显然，这两种情况部只在透 镜的焦平面或像平面上才能看到清 晰的条纹，因而是“定域干涉”. 3．如果用非单色的白光为光源，情 况更不相同．无论是点光源或面光 源，要看到干涉条纹，必须满足光 程差小于光源的相干长度的要求， 即2dcosi＜ΔL．对于具有连续光谱的白光，ΔL极小，因而仅d≈0时，才能看到彩色的干涉条纹．这虽然为观察白光条纹带来了困难，却为正确判断d=0的位置提供了一种很好的实验手段．
用双棱镜干涉测光波波长的实验报告
用双棱镜干涉测光波波长的实验报告 【实验目的】 1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解． 2．学会用双棱镜测定钠光的波长． 【实验仪器】 光具座，单色光源(钠灯)，可调狭缝，双棱镜，辅助透镜(两片)，测微目镜，白屏． 【实验原理】 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉． 菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象．图中AB 是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小(一般小于10)．从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ，使S 成为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S 发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠．区域P1P2内产生干涉．当观察屏P 离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗 相间的、等间距干涉条纹． 图1 图2 设两虚光源S1和S2之间的距离为d '，虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为d ，且d d <<'，干涉条纹间距为x ?，则实验所用光源的波长λ为 x d d ?'= λ 因此，只要测出d '、d 和x ?，就可用公式计算出光波波长． 【实验内容】 1．调节共轴 (1)按图1所示次序，将单色光源M ，会聚透镜L ，狭缝S ，双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝S 的取向大体平行． (2)点亮光源M ，通过透镜L 照亮狭缝S ，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜? 当移动白屏时，叠加
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报 告 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
迈克耳逊干涉仪 一. 实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二. 实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三. 实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。 如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚
干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M ′2之间的距离为d ，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M ′2平行，则各处d 相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E 上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d 增加 则中心“冒出”一个条纹，反之d 减小 则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N 与d 的变化量△d 之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d 。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为： 当，时V=1，此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差为，且由关系算出谱线的精细结构。 四. 实验结果计与分析 钠光的平均波长 次数 初读数 d 1（mm ） 末读数 d 2（mm ） △d=|d 1-d 2| (mm) (nm) (nm) 1 其中λ=2*Δd/100，根据λ0=； = E=% 钠光的精细结构：
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊干涉仪（实验报告） 一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 P He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板①用1上后就将光分成了两束分别射到M1 和M2 上，反射后通过P1 、P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生P和2干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图2 所示，B 、C 是两个相干点光源，则到A 点的光程差δ=AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ=2dcosi=k λ(k 为亮条纹的级数) ，因为i 和k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ=2 Δd/ Δk? 。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在P 分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉1条纹图案。没有的话重复2 、3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调M 是干涉图案处于显示屏的中间。2 5、转动微量读数鼓轮，使M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进30 次则记一次数据，共记录10 次、d …d 。d数据即901 6、关闭激光电源，整理仪器，处理数据。 五、实验数据处理 数据记录： kd64.28079mm 0 0 64.29275mm kd1 1 64.30488mm kd 22 64.31539mm kd3 3 64.32544mm kd4 4
微波光学实验报告
微波光学实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）学习一种测量微波波长的方法。 （2）观察微波的衍射现象并进行定量测量。 （3）测量微波的布拉格衍射强度分布。 2.实验仪器 微波分光仪、分束玻璃板、固定和移动反射板、单缝板、双缝板、模拟晶体等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 微波是一种波长处于1mm~1m之间的电磁波，范围为3×102~3×105MHz之间。微波也具有衍射、干涉等性质。 1.用微波分光仪（迈克尔逊干涉 仪）测微波波长 用迈克尔逊干涉仪测波长 光路图如上。设微波波长为λ， 若经M1和M2反射的两束波波 程差为Δ，则当满足 Δ = kλ（k = ±1，±2，…） 时，两束波干涉加强，得到各级 极大值；当满足 Δ = （k +）λ（k = 0，±1，±2，…） 时，两束波干涉减弱，得到各级极小值。
将反射板M2沿着微波传播的方向移动d，则波程差改变了2d. 若从某一极小值开始移动可动反射板M2，使接收喇叭收经过N个极小值信号，即电流示数出现N个极小值，读出M2移动的总距离L，则有： 2L = N·λ 从而λ = 由此可见，只要测定金属板位置的该变量L和出现接收到信号幅度最小值的次数N，可以求出微波波长。 2.微波的单缝衍射实验 当微波入射到宽度和其波长差不多的一个狭缝时，会发生衍射现象。在狭缝后面的衍射屏上出现衍射波强度不均匀，中央最强且最宽，从中央向两边微波衍射强度迅速减小。 当θ = 0时，衍射波强度最大，为中央零级极大； 其他次级强所在位置为： asinθ = ±（k + ）λ（k = 1，2，…） 暗条纹位置为： asinθ = kλ（k = ±1，±2，…） 式中a为单缝的宽度。因此可以画出单缝衍射的强度分布曲线如上图。 3.微波的双缝干射实验 当微波入射到一块开有两个缝的铝板时，会发生 衍射现象，两缝面内波是同相位的。由惠更斯原理， 来自两缝波面向同一方向传播的子波叠加决定该方向 的强度。 强度极小所在位置（干涉相消）： dsinθ = （k + ）λ（k = 0，±1，±2，…） 强度极大所在位置（干涉相长）： asinθ = kλ（k =0，±1，±2，…） 4.微波的布拉格衍射 晶体中的原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。最简单的晶格为立方晶格，具有三维的空间点阵结构，它如同一个三维光栅。晶体点阵中原子排列成许多具有不同取向的晶面，每个取向都由许多互相平行的晶面构成晶面族。由于晶体面间距与X射线
迈克尔逊干涉仪实验报告南昌大学
南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：迈克尔逊干涉仪 学院：机电工程学院专业班级：能源与 动力工程162班 学生姓名：韩杰学号： 51 实验地点：基础实验大楼座位号：
再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个 微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前 后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。 （2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。 （3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。 激光器激光波长测试原理及方法
光程差为： 2cos d δθ= (2cos (21) ()2 k d k λδθλ ==+?? ???明纹)暗纹 当θ=0时的光程差δ最大，即圆心所对应的干涉级别最高。转动手轮移动M 1，当d 增加时，相当于增大了和k 相应的θ角（或圆锥角），可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M 1与M 2 ’之间距离变化了半个波长。 若将M 1与M 2 ’之间距离改变了△d 时，观察到N 个干涉环变化，则 2 d N λ ?=? 或 2d N λ?= 由此可测单色光的波长。 4.钠双线波长差的测量原理和测量方法 从条纹最清晰到条纹消失由于M 1移动所附加的光程差： 1212()m L k k λλ==+ 钠双线波长差:2 2m L λλ?= L m 是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M 1所移动的距离。 二、 实验仪器： 迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、钠光灯、扩束镜