迈克尔逊干涉实验
【实验目的】
⑴了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理，学习使用迈克尔逊干涉仪产生干涉的方法。
⑵观察非定域等倾干涉条纹与定域等厚干涉条纹，巩固和加深对干涉理论的理解。
⑶测量 He—Ne 激光波长λ，并用逐差法处理数据。
⑷侧量钠光的相干长度 L （选做）。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪、 He—Ne、激光器、扩束镜、光栏（选做：钠光灯、白光光源、毛玻璃）等。（迈克尔逊干涉仪的结构与光路介绍见附页。）
1.结构
迈克尔逊干涉仪的结构如图 7—20 所示，M1( 6）和M2（7）是两个精磨的平面反射镜。峡固定在座上．背面的 3 个螺丝和在它下面的 2 个互相垂直的螺丝可用来精确地调节从镜的倾斜度。镜可沿导轨移动，它由一套精密齿轮来调节。M1卡在螺距为1mm的丝杆上，丝杆由一个100分格的粗调手轮带动，因此，手轮每转一格，M1前进或后退1/100 mm（这是粗调部分）；粗调手轮右侧有一个微调小鼓轮，微调小鼓轮也是100分格的，微调小鼓轮每转l圈．粗调手轮前进l格，M1前进或后退1/10 000mm（这是微调部分），这样，最小读数可估读到10-5mm 。G1（10）,G2（9）是两块折射率和厚度都相同的平面玻璃板，在仪器上平行放置，与M1和M2约成45度角，分别称为分光板和补偿板。G1的一面镀有银或铝．形成半反射面。
2光路
其光路如图7—21所示，从光源S来的光在G1的半反射面H上被分成反射光束1和透射光束l，两束光的强度近似相等。光束l射向平面镜M1反射折回通过G1；光束2通过G2：射至G1，的半反射面 H 处再次反射。最后这两束相干光在空间相遇产生干涉。用屏E和通过望远镜等可以观察到它们的干涉条纹。补偿板G2是为了消除光束1和光束2的光程不对称而设置的。如果没有 G2从分光处起，光束1通过玻璃板1次，而光束1没有通过玻璃板；加上G2后，光束2也就通过玻璃板2次。因而，光束2在光程L得到补偿，从而避免了因光路不对称而产生的附加光程差。尤其是在用白光光源时，由于不同波长有不同的折射率，通过玻璃时也就有不同的光程，因此， G2的补偿作用是不可缺少。
【实验原理】
1.观察非定域等倾干涉条纹和测He—Ne激光波长λ
(1)非定域干涉。在图7—21中，M'2是在G1的半反射面H中观察到的M2的虚像。这样，屏E上观察到的干涉现象，可等效为M'2，M1之间的空气膜层所产生的千涉。当用单色点光源S的光照射到空气薄膜时．根据光的反射和折射定律，（如图7—22所示）对于空间任意点P，总有从S出发的两支光到达而产生干涉。干涉的明暗取决于两光的光程差。由于P点是任意的，因而这种干涉称为非定域于涉。
(2)等倾千涉图样。在迈克尔逊干涉实验中，用凸透镜会聚激光束可产生一个很好的点光源。仔细调节仪器，使M'2||M1，如图7—24所示，点光源S发出的光经M2，M1反射后所产生的干涉，相当于沿轴向分布相距2d的两虚光源S2，S1所产生的干涉。因而S2，S1发出的光波在相遇的空间处相干。放置一块毛玻璃屏 E ，则可观察干涉现象。现计算屏E上A 点为亮点时S1，S2的光程差和对应的条件。如图7—23所示，A点处S2，S1的光程差为
当θ不太大时，上式可化为。
因M'2||M1是一个常数，故以人射角θ为圆锥母线的光束所形成的干涉条纹是一个圆环。在屏E上就有一组半径不等的同心圆环（对应于不同的θ) ，这就是非定域等倾干涉图样。因其光程差Δ只与人射角θ有关，而 A 点为亮点（或者说是亮环）所对应的条件为
。
（3）等倾干涉条纹的性质
①中央条纹的级次高，向边缘递减。由式（ 7 . 14 ) 大，中心O点所对应的级次最高。( 7 . 15 ）可知，θ= 0 时，Δ最大，中心O点所对应的级次最高。
这与牛顿环干涉恰好相反。对于（k＋1）级亮条纹，应满足下式比较式（ 7 . 15 ）和式（ 7 . 17 ) ，知θκ＞θk+1，即高级次（ k 十 l ）的干涉条纹在低级次 ( k ）的干涉条纹的内侧。愈向边缘，级次愈小。
②条纹移动。从式（ 7 . 15 ）可知，对于 k 级来说，当M2',M1之间的距离 d 增大，cosθ就会减小，θ就增大，也就是说，圆环半径 R 就要增大，条纹向低干涉级方向移动；同理，d减小，条纹向高干涉级方向移动。在中心O点，由式（7.16）可知，d 每变化λ／2 , 就有一个新的干涉条纹出现。若d不断增大，干涉条纹就从中心一个一个“冒出”；若d不断减小，则干涉条纹不断向中心“缩进”，最后变成一个点而消失。如果M'2，M1之间距
离改变为Δd，中心O点条纹“冒出”或“缩进”的个数为 N，则
因此，若已知光源波长A和通过数N，可精确地测量长度Δd。如果侧量出Δd并数出条纹的移动数N，就可测徽出光源的波长λ。
③条纹的间距。在倾角θ不很大时，可用角间距Δθ来代表对应的条纹间距，对于第k级条
纹，对于第 k + 1 级条纹，有将两式相减得、
因为Δd很小．所以 sinΔd≈Δd， cosΔd≈l 。因而得到
此式中负号表示Δd随d增大而单调减小．对于条纹只讨论留的绝对值。由式（7 , 19 ) 可知．条纹间距随角间距留增大而减小，即命近干涉条纹中心的条纹的条纹间距宽，越向边缘，间距越小；叨随d增大而减小，即d由小到大变化时，条纹间距也就由硫到密，最后看不清楚条纹；而当d = O时，中心亮条纹充斥整个视场．也难分清条纹。所以，在实验时，d的大小应适当，不能太大，也不能等于O。
2.观察定域等厚干涉条纹和测量钠光的相干长度 L
(1)定域干涉条纹。在图7—22中，如果光源是一个以S为中心的扩展光源，由于光源上每一点都产生自己的一组非定域条纹，并且各组条纹之间有位移．所以，P点附近条纹的可见度将要降低，甚至消失，干涉条纹不再是在任何位置上都能看到，而只能在某个定域面或其附近看到．也就是说，采用扩展光源后．干涉面是定域的。
(2)定域干涉的性质。
①定域面的位置。由图7—24可知，对应于不同人射光的交点P1,P2，......所连成的面就是干涉定域面。当光源与摸形板的尖各在一方时，如图7—24(a）所示，定域面在板的上方；当光源与楔形板的尖同侧时，如图7—24（b）所示，定域面在板的下方。从图7—24可看出，楔形板的楔角越小，定域面离板越远；当楔角为0。时，干涉为平行板的等倾干涉，定域面过渡到无限远。通常，楔角不宜太大，干涉面一般定域在楔形板（膜）的表面附近。
②定域干涉条纹的观察。由子干涉面的位置通常是用眼睛、显微镜等来观察干涉条纹而确定的。在一般的干涉系统中，产生干涉的光程差可近似用
表示。当所用的是楔角很小的模型板时，若光源距板较远，或观察十涉条纹所用的仪器（眼、显微镜）的孔径很小．使整个视场内光线的人射角θ可视为常数，因而在P点的光程差θ只决定于反射处的厚度d，同一条干涉条纹是由板上厚度d相同的地方产生的，这种干涉条纹称为等厚干涉条纹。
(3)相干长度。由于实际单色光不可能是纯单色的，而有一定的波长范围Δλ，因此，如果是实际的单色光干涉，当两相干光的光程差增加时，那么在Δλ范围内与各波长相对应的干涉条纹就逐渐错开，总的干涉条纹的视见度就要降低．甚至为零。因此，对于光谱宽度为从的光源，能够产生干涉条纹的光程差有一最大值，称为相干长度。
关于相干长度有两种解释：
①用波列概念解释。由于原子发光可近似地看成发出一束束的有限长波列．当两束光的光程差大于波列长度时，它们不能相遇．也就不产生干涉；只有光程差小于波列长度时才能产生干涉。因此．波列长度就是相干长度。
②用光谱宽度Δλ的影响解释。波长范围为人±Δλ/ 2（连续分布）的光相干涉时，其±Δλ/ 2范困内的光波各对应有一套干涉条纹。随着光程差的增加，λ和±Δλ/ 2两套干涉条纹逐渐错开．直到错开半个条纹，总的干涉条纹完全消失，这时有
则对应的光程差也就是相干长度，即
由此可见，光源的单色性越好，Δλ越小，相干长度就越长。
如果有2个不同波长、强度相当的单色光所组成的光束．它们的波长分别是λ1，λ2，而且相差极徽（如钠光的 589 . 6 nm 和 589 . 0nm 两波长），这一复合光产生的千涉条纹的清晰度将随光程差的改变而周期性地变化，即Δmax＝k1λ1=k2λ2(k1，k2为整数)时，条纹最清
晰；而当时，λ1的亮纹与λ2的暗纹恰好重合,看不见条纹。
在实验中，为简单起见，我们只观察入射角θ=0。的情况。这时光程差△＝2d ，移动M2使间距d变化，观察条纹，其视见度也在不断变化。当d从d1变为d2时，恰好2次看不见条
纹，这时2|d2-d1|就为光源的相于长度，用L表示，即
【实验内容和步骤】
1.仪器调节和非定域干涉条纹的观察
(1)水平调整
调节干涉仪底脚螺钉使其达到基本水平．打开激光器电源，调节其高度，使激光束大致与干涉仪同轴等高。
(2)近似等光程调整。调节粗调手轮，使拖板上标志对准主尺上约 35 mm处，此时 M 1和M2从到分光镜 G 1的距离大致相等。
(3)读数系统的调整。先调整零点：将细调鼓轮沿某一方向旋转至 O ，使“ O ”刻线与基准线对齐；然后以相同方向转动粗调手轮使之对齐某一刻度；此时的读数为干涉仪的 O 点读数。此后的调节，只能以相同方向转动细调鼓轮进行测量，否则将引人空程差。如需反转时则必须按反方向重新“调零”。
(4)调节激光器使激光束大致垂直于M2，在光源前放一小光栏（光源、光栏、干涉仪大致同轴等高)。使光束通过小孔射到M2上。调节M2后面的 3 个螺丝，使反射光束仍通过小孔（此时可看到两排亮点，调节M2时应使移动的一排亮点的最亮点与圆孔重合）。调节 M1镜后的3个螺丝．使 M1反射光束亦与圆孔重合。这时M1和M2基本垂直，即M1 , M2'大致平行。(5)在激光器与干涉仪之间放一个扩束镜，使扩束后的光照射在仪器的分光板上，这样，在屏 E 上很容易看到干涉条纹。一边观察条纹，一边仔细调节M2下的 2 个垂直螺丝，使θ=O的干涉条纹级位于屏上的视场中心。这时，在屏上就可看到一组同心圆环干涉条纹。至此，非定域等倾干涉调节完毕。(6)缓慢转动粗调手轮，改变 d ，从主尺上观察 M 1，所对应的刻线逐渐改变时条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与d的关系等。
2.测量He-Ne激光波长λ
采用非定域的干涉圆环测波长，当屏视场中心干涉圆环清晰、位置适中时，记录 M1镜的初始位置 d 1( d l＝标尺读数十粗调手轮读数＋微调鼓轮读数）；继续沿同方向转动微调鼓轮，同时注意数干涉圆环中心”“冒出”或“缩进”的个数，每隔50环时记下相应的d i，的读数。共测量 550 个回环，共12个数据分为6组，用逐差法处理数据，计算 He- Ne 激光波长λ，填表7—9并进行不确定度处理。
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
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。
φ M 1 d L 2d S 1’ S 2’ G S M 1’ M 2 迈克尔逊干涉实验 39042122 吴淼 摘要：迈克尔逊干涉仪是一个经典迈克尔逊和莫雷设计制造出来的精密光学仪器，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，认识电光源非定域干涉条纹的形成与特点，部分从并利用干涉条纹的变化测定光源的波长。 实验原理： (1)迈克尔逊干涉仪的光路 迈克尔逊干涉仪的光路图如图（一）所示。从光源S 发出的一束光 摄在分束板G1上，将光束分为两部分：一部分从G1半反射膜处反射，射向平面镜M2；另一部分从G1透射，射向平面镜M1。因G1和全反射平面镜M1、M2均成45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M2反射回来的光，为半反射膜反射。二者汇集成一束光，在E 处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板G2与G1平行，其材料厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。在光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像，两束相干光相当于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹如同M2和M1’之间的空气膜所产生的干涉条纹一样。 （2）单色电光源的非定域干涉条纹 M2平行M1’且相距为d ， S 发出的光对M2来说，如S’发出的光，而对于E 处的观察者来说，S’如位于S2’一样。又由于半反 射膜G 的作用，M1如同处于S1’的位 图（一） 迈克尔孙干涉仪光路
置，所以E 处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E 空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此 这一干涉为非定域干涉。 如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E 。设E 处 （ES2’=L ）的观察屏上，离中心E 点远处某一点P ，EP 的距离为R ，则两束光的光程差为 2222)2(R L R d L L +-++=? L>>d 时，展开上式并略去d 2/L 2，则有 ?cos 2/222d R L Ld L =+=? 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2dcos φ=k λ (k=0,1,2,…) ① 由此式可知，当k 、φ一定时，如果d 逐渐减小，则cos φ将增大，即φ角逐渐减小。也就是说，同一k 级条纹，当d 减小时，该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩；如果d 逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩。对于中央条纹，若内缩或外扩N 次，则光程差变化为2Δd=Nλ.式中，Δd 为d 的变化量，所以有 λ=2Δd/N ② 通过此式则能有变化的条纹数目求出光源的波长。 实验仪器： 迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。
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。
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
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)
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”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。
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 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：
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
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
研究性实验报告 迈克逊干涉
迈克尔逊干涉 摘要：迈克尔逊干涉仪是一个设计非常巧妙的分振幅双光束干涉装置，有光源发出的光，经过分光束镜分成相互垂直的两束光；它们反射回来又经分光束镜相遇发生干涉，其光路实际上是在M1、M2’之间形成了一个空气薄膜，并且这个薄膜的厚度和形状可以根据需要而变化，光源，物光，参考光和观察屏四者在布局上彼此完全分开，每一路都有充分的空间，可以安插其他器件进行调整测量，测量上有很大的灵活性，加上精密的机械传动和读数测量系统，迈克尔逊干涉仪构成了现代各种干涉仪的基础，迈克逊干涉仪既可以使用点光源，也可以使用扩展光源，既可以观察非定域干涉条纹，也可以研究定域干涉条纹，既可以实现等倾干涉，也可以获得等厚干涉条纹。本实验利用迈克尔逊干涉仪来测量氦氖激光波长。 一、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和调整方法； 2.观察等倾干涉现象； 3.测量氦氖激光波长。 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器，小孔，扩束镜，毛玻璃 三、实验原理 1.仪器光路原理 1 G1和G2是两块平行放置的平行平面玻璃板，它们的折射率和厚度都完全相同。G1的背面镀有半反射膜，称作分光板。G2称作补偿板。M1和M2是两块平面反射镜，它们装在与G1成45o角的彼此互相垂直的两臂上。M2固定不动，M1可沿臂轴方向前后平移。 由扩展光源S发出的光束，经分光板分成两部分，它们分别近于垂直地入射在平面反射镜M1和M2上。经M1反射的光回到分光板后一部分透过分光板沿E的方向传播，而经M2反射的光回到分光板后则是一部分被反射在E方向。由于两者是相干的，在E处可观察到相干条纹。 光束自M1和M2上的反射相当于自距离为d的M1和M2ˊ上的反射，其中M2ˊ是平面镜M2为分光板所成的虚像。因此，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉与厚度为d、没有多次反射的空气平行平面板所产生的干涉完全一样。经M1反射的光三次穿过分光板，而经M2反射的光只通过分光板一次，补偿板就是为消除这种不对称性而设置的。 双光束在观察平面处的光程差由下式给定： Δ＝2dcosi 式中：d是M1和M2ˊ之间的距离，i是光源S在M1上的入射角。
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
精密干涉仪设计与组装 引言 根据麦克斯韦的电磁理论，光是一种电磁波，具有干涉、衍射和偏振等特性。行进的光波是电磁扰动在空间的传播，当空间的两束光波在某一区域相遇时,它们相互叠加，当满足相干条件时，可以观察到光的干涉现象，一般情况下是不满足相干条件的。 产生光干涉的三个必要条件（也就是相干条件）是：频率相同；（2）存在相互平行的振动分量；（3）位相差恒定。满足这些条件的光波称为相干光，产生相干光的光源称为相干光源。 两相干光源所发出的相干光波经过不同的光程在空间某点相遇而干涉，若它们的初位相相同，则它们在相遇点的位相差??与光程δ之间满足关系π?λδ2//?=，干涉极大为 ,....1,0,2=±=?k k π?；干涉极小条件为,....1,0,)12(=+±=?k k π?。 托马斯﹒杨是第一个观察到光的干涉现象的人，他的实验设计是这样的：用单色强光源照射狭缝S ，S 作为线光源再照射另外两个平行小狭缝S 1和S 2。S 与S 1、S 2的距离相等，由于S 1和S 2处在同一波阵面上的不同部分，它们作为子波源是相干的，S 1和S 2视为线光源，它们发出的光波由于衍射而相互交迭，在远处的屏P 上可以观察到一组近乎平行的明暗相间的干涉条纹。 托马斯﹒杨的装置可当作一个简单的干涉仪使用。如果两个狭缝S 1和S 2之间的间隔是已知的，极大值和极小值的间隔可用来测定波长。相反的，如果光的波长是已知的, 狭缝的间隔可以从干涉图样来确定。 实验目的 1、 了解三种干涉仪的工作原理； 2、 学习组装调试干涉仪； 3、 测量激光光源的波长、空气的折射率和玻璃的折射率。 干涉仪原理 1881年，也就是托马斯﹒杨公开了他的双缝实验78年之后，迈克尔逊利用相同的原理设计了一种干涉仪，他的设计原本是为了用来证实以太（一种光从中传播的假想的媒质）是否存在的。但他的设计却远远超越了这个意义，后来人们以迈克尔逊的干涉仪为原型，又设计出了用于各种目的的干涉仪。现在，迈克尔逊干涉仪已得到广泛地应用，通过测量可动镜的移动距离可以来求得光的波长；若已知光源的波长又可测量微小的距离；它也是光学媒质性质的研究工具。
竭诚为您提供优质文档/双击可除光的干涉衍射综合实验报告 篇一：实验报告之仿真(光的干涉与衍射) 大学物理创新性试验 实验项目：单缝﹑双缝﹑多缝衍射现象 仿真实验 专业班级：材料成型及控制工程0903班姓名：曹惠敏学号：09020XX97 目录 1光的衍射2衍射分类3实验现象4仿真模拟5实验总结 光的衍射 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。 光的衍射现象是光的波动性的重要表现之一.波动在传播过程中,只要其波面受到某种限制,如振幅或相位的突变等,就必然伴随着衍射的发生.然而,只有当这种限制的空间几何线度与波长大小可以比拟时,其衍射现象才能显著地表
现出来.所有光学系统,特别是成像光学系统,一般都将光波限制在一个特定的空间域内,这使得光波的传播过程实际上就是一种衍射过程.因此,研究各种形状的衍射屏在不同实验条件下的衍射特性,对于深刻理解衍射的实质,研究光波在不同光学系统中的传播规律分析复杂图像的空间频谱分布以及改进光学滤波器设计等具有非常重要的意义. 随着计算机技术的飞速发展,计算机仿真已深入各种领域。光的干涉与衍射既是光学的主要内容,也是人们研究与仿真的热点。由于光波波长较短,与此相应的复杂形状衍射屏的制作较困难,并且实验过程中对光学系统及环境条件的要求较高.因而在实际的实验操作和观察上存在诸多不便.计算机仿真以其良好的可控性、无破坏、易观察及低成本等优点,为数字化模拟现代光学实验提供了一种极好的手段.本次实验利用mATLAb软件实现对任意形状衍射屏的夫琅禾费衍射实验的计算机仿真。 衍射分类 ⒈菲涅尔衍射 菲涅尔衍射：入射光与衍射光不都是平行光的衍射 。 惠更斯提出，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个
菲涅尔圆孔衍射光强测定的实验分析 xx （xx学院物理系 10级物理2班云南玉溪 653100） 指导教师：xx 摘要：本文主要分析了菲涅尔圆孔衍射图样的特点，设计实验对光强分布规律进行验证，通过对比证明理论值与实际值之间存在一定偏差。 关键词：菲涅尔圆孔衍射；光强 1.引言 “衍射”是生活中一种普遍的光学现象，但不常被人们发现和熟知。光的衍射现象是光的波动性的重要体现。姚启钧先生在第四版《光学教程》中指出，衍射是指光在传播过程中遇到障碍物，会绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象，这种现象我们就将其称为光的衍射[1]。衍射又可根据障碍物到光源和考察点到障碍物的距离的不同分为两种，障碍物到光源和考察点的距离都是有限的，或其中之一为有限，这就称为菲涅尔衍射，又称近场衍射，另一种是障碍物到光源和考察点的距离可以认为是无限远的，则称为夫琅禾费衍射，又称远场衍射[1]。 衍射实验大多集中在夫琅禾费衍射的研究，直到近些年对菲涅尔衍射光强测定的探究才日益多了起来。顾永建曾对菲涅尔圆孔衍射中心场点光强的表示方法和分布特点做出过研究，其分别从矢量图解法和积分法推导出菲涅尔圆孔衍射中心场点的光强的表示方法和分布特点[2]。侯秀梅，郭茂田，郭洪三人曾对菲涅尔圆孔衍射的轴上光强分布做出过研究，其从惠更斯——菲涅尔原理出发，在球面波入射的情况下，导出菲涅尔圆孔衍射时轴上光强分布的解析表达式，并对轴上光强分布进行定量分析讨论[3]。陈修斌也曾对平行光的菲涅尔圆孔衍射实验进行过探究，他通过实验观察到衍射图样的中心可亮可暗，并用“菲涅尔半周期带”原理加以分析，解释，通过分析总结出圆孔衍射图像的中心光强的变化规律[4]。范体贵，吕立君利用计算机对菲涅尔衍射问题进行了数值模拟，给出了接收屏上完整的衍射图样，计算结果