激光双棱镜干涉实验研究性报告

基础物理实验—研究性报告 激光双棱镜/劳埃镜干涉实验 （分波面法） 第一作者：赵麒  学号：14271140 第二作者：姜惠雯 学号：14011142 目录 摘要    2 一、实验目的    2 二、实验原理    2 1、菲涅耳双棱镜干涉    2 2、劳埃镜干涉    4 三、实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载     5 1、光源选择    5 2、测量方法    5 3、光路组成    6 四、实验仪器    6 五、实验内容    6 1、各光轴元件共轴调节    6 （1）调节激光束平行于光具座    6 （2）调双棱镜或劳埃镜与光轴平行    7 （3）粗调测微目镜和其他元件等高共轴    7 （4）粗调凸透镜与其他元件等高共轴    7 （5）用扩束镜使激光束变成点光源    7 （6）用二次成像法细调凸透镜和测微目镜等高共轴    7 （7）干涉条纹调整    8 2、波长的测量    8 （1）测条纹间距Δx    8 （2）测量虚光源缩小像间距b及透镜物距S    8 六、数据处理    8 七、误差分析    11 八、实验改进建议    11 九、实验收获及感想    13 摘要：两束光波产生干涉的必要条件事：1、频率相同，2、振动方向相同，3、相位差恒定。尽管干涉现象多种多样，但是为了满足上述的相干条件，总是把由同一光源发出的光分为两束或者两束以上的相干光，使它们经过不同的路径再次相遇而产生干涉。产生相干光的方式分为以下两种：分波阵面法和分振幅法。菲涅耳双棱镜干涉和劳埃镜干涉均属于分波面阵法。下面通过对实验结果误差分析，方案改进建议，更好的理解分波阵面法干涉。 关键词：激光干涉、实验误差分析、实验改进 一、 实验目的 1、熟悉掌握等高共轴调节的方法和技术； 2、用实验研究菲涅耳双棱镜干涉和劳埃镜干涉并测定单色光波长； 3、学习用激光进行实验时的调节方法； 4、学会消视差和空程误差。 二、实验原理 1、菲涅耳双棱镜干涉 菲涅耳双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源S0于双棱镜的正前方，则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。由于S1和S2是两个相干光源，所以若在两束光相重叠的区域内放置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。 如图所示，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： △L= r2-r1 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- )2 r22=D2+(x+ )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= 如果λ为光源发出的光波的波长，干涉极大和干涉极小处的光程差是： △L== = kλ      (k=0,±1, ±2,…) 明纹 = λ(k=0,±1, ±2,…) 暗纹　 由上式可知，两干涉条纹之间的距离是： △x= λ 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 λ= △x 2、劳埃镜干涉 劳埃镜实验是由一块普通的平板玻璃构成的反射镜实现分波前干涉。缝光源S与反射镜面MN平行，来自缝光源的光向反射镜掠入射（即入射角接近90度），再从反射镜反射，这部分反射光与从S直接射过来的光时从同一波前分出来的，所以它们是相干的，在两光波重叠区域内产生干涉，从观察者来看，两相干光分别来自S和S',S'是光源S在反射镜中的虚像。  从上图中可以看到，在屏幕P上看不到波程差为零的干涉条纹，除非将屏幕移到N点。又由于空气是光疏介质，玻璃板是光密介质，光波由光疏介质射向光密介质的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面时，在镜面反射过程总要产生半波损失现象，即相位突变的数值为π，故在N点观察到的暗点，同理在屏幕P上本来是亮点的地方由于半波损失而变成了暗点。  现在更具波动理论中的干涉条件来讨论光源（其中一个为虚光源S和S'所发出的光在屏上产生的干涉条纹的分布情况。如上图，设光源S与S 的距离为a，D是虚光源到屏的距离。令P为屏上的任意一点，r1和r2分别为从S和S'到P点的距离，则S和S'发出的光线到达P点的路程差是： △L= r2-r1 接下来和双棱镜干涉同理，可得到条纹间距为 △x= λ 实验测得△x，D和a后，则可以得到该单色光的波长 λ= △x 三、实验方案 1、光源的选择 当双棱镜（劳埃镜）与屏的位置确定之后，干涉条纹的间距△x与光源的波长λ成正比。为了获得清晰的干涉条纹，本实验采用单色光源，如激光、钠光等。 2、测量方法 条纹间距△x可直接用侧位目镜测出。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= ，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= 3、光路组成 S  K  B P  E 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（劳埃镜），P为偏振片，E为测微目镜。L为测虚光源间距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元件的位置。 四、实验仪器 光具座，双棱镜，劳埃镜，测微目镜，凸透镜，扩束镜，偏振片，白屏，可调狭缝，半导体激光器。 五、实验内容 1各光学元件的共轴调解 （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，相应调解激光方向，直至在整根导轨上移动白屏时光点的位置不再变化，至此激光光束与导轨平行。 （2)调双棱镜或劳埃镜与光源共轴 ①双棱镜干涉：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像距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。 ②劳埃镜干涉：将劳埃镜放到导轨上，使劳埃镜面尽量与导轨平行，然后在白屏上观察到双光点，再微调劳埃镜，使双光源灯亮且相距较近。 （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。此时激光尚未扩束，决不允许直视测微目镜内的视场，以防激光坐灼伤眼睛。 （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)用扩束镜使激光束变成点光源 在激光器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，旋转偏振片是测微目镜内视场亮度适中。 （6)用二次成像法细挑凸透镜与测微目镜等高共轴 通过“大像追小像”，不断调节透镜和测微目镜位置，直至虚光源大、小像的中心与测微目镜叉丝重合。 （7)干涉条纹调整 去掉透镜，适当微调双棱镜，使通过测微目镜观察到清晰的干涉条纹。 2波长的测量 （1)测条纹间距△x 连续测量20个条纹的位置xi 。如果视场内干涉条纹没有布满，则可对测微目镜的水平位置略作调整；视场太暗可旋转偏振片调亮。 （2)测量虚光源缩小像间距b及透镜物距S 测b时应在鼓轮正反向前进时，各做一次测量。注意：i)不能改变扩束镜、双棱镜级测微目镜的位置；ii)用测微目镜读数时要消空程。 3)用上述同方法测量虚光源放大像间距b’及透镜物距S’ 六、数据处理 (1)原始数据表格 1、激光双棱镜干涉 扩束镜位置：115.00cm 测微目镜：26.80cm 1) 条纹位置（单位mm,Δ=Xi+10-Xi） i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Xi 7.975 7.795 7.564 7.279 7.015 6.832 6.656 6.478 6.232 5.987 i 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Xi+10 5.462 5.243 5.036 4.807 4.593 4.375 4.258 3.931 3.698 3.492 Δ 2.513 2.552 2.528 2.472 2.422 2.457 2.498 2.547 2.534 2.495                       2)成放大像和缩小像的物距S和S’，单位cm；测微目镜中缩小像和放大像间距b和b’（单位mm）   S b =|b1-b2| S’ b’=|b1’-b2’| 从左到右 60.60 6.384-4.989 31.60 6.251-2.158 从右到左 60.60 |4.950-6.395| 31.60 |2.187-6.291| 平均值 60.60 1.420 31.60 4.098           (2)数据处理 用逐差法计算条纹间距△x以及求其不确定度： 激光波长的计算以及其不确定度的计算： 2、激光劳埃镜干涉 实验中对方法掌握不当，因而实验并未来得及做出来，故在后面的实验改进和 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 里会对劳埃镜干涉进行研究和讨论。 七、误差分析 1、等高共轴调节过程中和后续观察测量中，由于仪器存在一定的误差，导致调节过程中误差传递； 2、实验中，采用二次成像法测虚光源间距时，对放大像和缩小像的判断存在视差，以致后面测出的虚光源间距存在一定的误差； 3、测微目镜中的放大像、缩小像呈现光斑，在测定b,b’过程中，光斑中心判断不一致，对后面b、b’的值测量有影响，故结果自然有一定的误差； 八、实验改进建议 1、激光双棱镜干涉 (1)将测微目镜移到较远的位置，测微目镜清晰看见干涉条纹的条件下，尽量增大扩束镜到双棱镜的距离，以达到增大两虚光源实际距离a，减小a的相对误差，同时可以使测微目镜里出现更多干涉条纹，方便测量并且提高条纹间距的测量精度； (2)测量尽可能多的干涉条纹数，减小条纹间距测量存在的误差； (3)类似虚光源间距a测量方法（共轭法），测量D同样也采用这种方法，实验过程中，记录两次成像的数据b,b’以及两次成像透镜移动的距离l,然后利用 求出D，在后续的计算中，这样的测量方法可以修正系统误差，保证结果准确性； (4)登高共轴调节这个过程对整个实验的进行至关重要，改进调节工具，将各个元件的调节处采用摇柄式，这样可以减少手直接操纵元件所存在的不确定性和不方便性，提高了等高共轴调节的质量。 2、激光劳埃镜干涉 (1)控制激光束和劳埃镜存在一定的缝隙（1mm左右，过大过小都会对干涉条纹的形成、数目多少、清晰度有影响）；