Zemax激光光学设计实例应用013迈克尔逊干涉仪仿真

zemax光谱仪设计实例Zemax是一款非常强大的光学设计软件，广泛应用于光学系统的设计和分析。

以下是一个使用Zemax设计光谱仪的实例：1. 首先，打开Zemax软件，创建一个新的光学设计文件。

2. 在Zemax的Optics Tab中，选择Wavefronts > Define Source来定义光源。

根据需要选择光源的类型（如点源、线源等），并设置其位置和大小。

3. 在Geometry Tab中，添加反射镜和面镜。

反射镜用于收集光线，面镜用于改变光线的路径。

使用Zemax的Curvature工具来定义反射镜的形状，使用Plane 工具来定义面镜。

4. 在System Tab中，添加光谱仪。

光谱仪是一个探测器，用于测量光线的波长。

在Zemax中，光谱仪通常用一个探测器模型来表示。

5. 在Optics Tab中，选择Optics > Assemble系统来组装光学系统。

这将使得光线从光源发出，经过反射镜和面镜的反射和折射，最后被光谱仪探测到。

6. 在Results Tab中，选择Simulation > Analyze来分析光学系统。

这将计算光线的传播路径，包括反射、折射、干涉等，并显示在Optics Data Tab中。

7. 在Optics Data Tab中，可以查看光线的波前图、光线图、能流图等，以评估光学系统的性能。

例如，可以查看光线的聚焦情况，以评估反射镜的面形精度。

8. 在Results Tab中，选择Simulation > Propagate来传播光线。

这将模拟光线在整个光学系统的传播过程，并显示在Optics Data Tab中。

9. 在Optics Data Tab中，可以查看光线的传播路径，以评估光学系统的性能。

例如，可以查看光线的聚焦情况，以评估反射镜的面形精度。

10. 根据分析结果，可以调整反射镜和面镜的位置和形状，以优化光学系统的性能。

可以使用Zemax的Optimize工具来自动优化光学系统。

西南交通大学个性化实验项目结题报告迈克尔逊干涉实验的计算仿真班级：电气（电牵）2012级班学生姓名：指导教师：邱春蓉完成时间：2015年5月23日1．在项目中的分工在项目中我主要负责代码的撰写和实验结果的采集调试。

2．查阅资料、方案确定等准备工作迈克尔逊干涉实验是一个基本的光学物理实验。

光的干涉现象是波相干迭加的必然结果，证明了光的波动性。

根据光强分布的理论公式，通过编程得到数值曲线，这种计算机仿真方法可以不受仪器、场地的限制，实验效果形象、直观，扩展了等倾干涉，等厚干涉问题的研究途径。

应用 Matlab 仿真这两种干涉方式，并与实验结果类比。

我首先复习了大学物理实验关于迈克尔逊干涉实验中的部分，初步理解了迈克尔逊干涉实验的原理和结果。

然后复习了数学实验中MATLAB 软件的应用。

在做完这一切之后，我开始试图思考MATLAB 中仿真迈克尔逊实验图样的方法，即通过解析式生成函数图样。

我发现我的物理知识和书本内容不足够描述干涉图样，在上网查阅专著后，我们解决了这个问题。

最终编写了代码。

3．项目实施过程描述3.1 二、实验原理光的干涉现象是光的波动性的一种表现。

当一束光被分成两束，经过不同路径再相遇时，果光程差小于该束光的相干长度，将会出现干涉现象。

迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方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。

迈克尔逊干涉仪利用两个完全相同、斜置的玻璃板，将两个几乎垂直的平面镜等效为接近平行的情况，以至于只需要用螺丝进行微调即可，同时使一束光成为两束相关光，发生干涉现象。

可以认为，是平面镜与另一个平面镜等效位置之间的空气薄膜发生了干涉。

光程差推导计算式为：θcos 2d =∆其中d 为薄膜厚度，θ为入射角。

迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验时间，2021年10月15日。

实验地点，XX大学物理实验室。

实验目的，通过迈克尔逊干涉仪的使用，观察干涉条纹的产生
和变化规律，加深对干涉现象的理解。

实验仪器，迈克尔逊干涉仪、激光器、反射镜、分束镜等。

实验步骤：
1. 调整迈克尔逊干涉仪的各个元件，使得激光器发出的光线分
别经过两条光路并在屏幕上形成干涉条纹。

2. 观察干涉条纹的变化规律，调整迈克尔逊干涉仪的各个元件，观察干涉条纹的变化情况。

3. 记录实验数据，包括调整各个元件的位置和观察到的干涉条
纹情况。

实验结果：
通过实验观察，发现当调整迈克尔逊干涉仪的反射镜位置时，干涉条纹的间距和亮暗条纹的分布会发生变化。

当两条光路的光程差为整数倍波长时，会出现明显的亮条纹；当两条光路的光程差为半波长的奇数倍时，会出现暗条纹。

实验分析：
通过实验观察和数据记录，我们验证了迈克尔逊干涉仪产生干涉条纹的规律。

在调整反射镜位置时，我们发现干涉条纹的间距和亮暗条纹的分布与光程差有关，这与理论预期相符。

实验结论：
通过本次实验，我们深入了解了迈克尔逊干涉仪的使用原理和干涉条纹的产生规律，加深了对干涉现象的理解。

同时，我们也掌握了调整迈克尔逊干涉仪的方法和技巧，为今后的实验和研究工作奠定了基础。

实验人员，XXX、XXX。

审核人，XXX。

日期，2021年10月15日。

学生物理实验陈说之马矢奏春创作实验名称迈克尔逊干涉仪的使用学院专业班级陈说人学号同组人学号同组人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握其调节方法（2）观察等倾干涉、等待干涉的条纹, 并能区别定域干涉和非定域干涉（3）测定He-Ne激光的波长（4）观察白光干涉条纹和测定钠光波长及相干长度实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器.实验原理1．迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪实物图.图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图, 图中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜, 其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制, 可沿臂轴前、后移动, 移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出.在两臂轴线相交处, 有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G１, 它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜, 以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵, 故G１又称为分光板.G２也是平行平面玻璃板, 与G１平行放置, 厚度和折射率均与G１相同.由于它赔偿了光线⑴和⑵因穿越G１次数分歧而发生的光程差, 故称为赔偿板.从扩展光源S射来的光在G１处罚成两部份, 反射光⑴经G１反射后向着M２前进, 透射光⑵透过G１向着M１前进, 这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各自的入射方向返回, 最后都到达E处.因为这两束光是相干光, 因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹.由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时, 如同平面镜反射一样, 使M１在M２附近形成M１的虚像M１′, 因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射.由此可见, 在迈克尔逊干涉仪中所发生的干涉与空气薄膜所发生的干涉是等效的.当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直),将观察到环形的等倾干涉条纹.一般情况下, M１和M２形成一空气劈尖, 因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹).2．单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时, 迈克尔逊干涉仪所发生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差, 而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为Δ＝2dcos i (1)其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角.对第k条纹, 则有2dcos iｋ＝k λ (2)当M２和M１′的间距d逐渐增年夜时, 对任一级干涉条纹, 例如k级, 肯定是以减少cosiｋ的值来满足式(2)的, 故该干涉条纹间距向iｋ变年夜(cos iｋ值变小)的方向移动, 即向外扩展.这时, 观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”, 且每当间距d增加λ/2时, 就有一个条纹涌出.反之, 当间距由年夜逐渐变小时, 最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心, 且每陷入一个条纹, 间距的改变亦为λ/2.因此, 当M2镜移动时, 若有N个条纹陷入中心, 则标明M２相对M１移近了Δd＝N(3)反之, 若有N个条纹从中心涌出来时, 则标明M２相对M１移远了同样的距离.如果精确地测出M２移动的距离Δd, 则可由式(3)计算收支射光波的波长.3．丈量钠光的双线波长差Δλ钠光2条强谱线的波长分别为λ１＝589.0 nm和λ２＝589.6 nm, 移动M２, 当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ１的整数倍, 而同时又为λ２的半整数倍, 即Δk１λ１＝(k２＋)λ２这时λ１光波生成亮环的处所, 恰好是λ２光波生成暗环的处所.如果两列光波的强度相等, 则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失).那么干涉场中相邻的2次视见度为零时, 光程差的变动应为ΔL＝kλ１＝(k＋1)λ２(k为一较年夜整数)由此得λ１－λ２＝＝于是Δλ=λ１－λ２＝＝式中λ为λ１、λ２的平均波长.对视场中心来说, 设M２镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd, 则光程差的变动ΔL应即是2Δd, 所以Δλ＝(4)对钠光＝589.3 nm, 如果测出在相继2次视见度最小时, M２镜移动的距离Δd ,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差.4.点光源的非定域干涉现象激光器发出的光, 经凸透镜L后会聚S点.S点可看做一点光源, 经G１(G１未画)、M１、M２′的反射, 也等效于沿轴向分布的2个虚光源S１′、S２′所发生的干涉.因S１′、S２′发出的球面波在相遇空间处处相干, 所以观察屏E放在分歧位置上, 则可看到分歧形状的干涉条纹, 故称为非定域干涉.当E垂直于轴线时(见图3), 调整M１和M２的方位也可观察到等倾、等厚干涉条纹, 其干涉条纹的形成和特点与用钠光照明情况相同, 此处不再赘述.实验步伐1．观察扩展光源的等倾干涉条纹并测波长①扑灭钠光灯, 使之与分光板G１等高而且位于沿分光板和M１镜的中心线上, 转动粗调手轮, 使M１镜距分光板G１的中心与M１镜距分光板G１的中心年夜致相等(拖板上的标识表记标帜线在主尺32 cm 位置).②在光源与分光板G１之间拔出针孔板, 用眼睛透过G１直视M２镜, 可看到2组针孔像.细心调节M１镜后面的 3 个调节螺钉, 使 2 组针孔像重合, 如果难以重合, 可略微调节一下M２镜后的3个螺钉.当2组针孔像完全重合时, 就可去失落针孔板, 换上毛玻璃, 将看到有明暗相间的干涉圆环, 若干涉环模糊, 可轻轻转动粗调手轮, 使M２镜移动一下位置, 干涉环就会呈现.③再仔细调节M１镜的2个拉簧螺丝, 直到把干涉环中心调到视场中央, 而且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动, 但干涉环不发生“涌出”或“陷入”现象,.④测钠光D双线的平均波长.先调仪器零点, 方法是：将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零, 同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向；坚持刻度轮旋向不变, 转动粗调手轮, 让读数窗口基准线瞄准某一刻度, 使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配合.⑤始终沿原调零方向, 细心转动微调手轮, 观察并记录每“涌出”或“陷入”50个干涉环时, M１镜位置, 连续记录6次.⑥根据式(5-8), 用逐差法求出钠光D双线的平均波长, 并与标准值进行比力.2．观察等厚干涉和白光干涉条纹①在等倾干涉基础上, 移动M２镜, 使干涉环由细密变细致, 直到整个视场条纹酿成等轴双曲线形状时, 说明M２与M１′接近重合.细心调节水平式垂直拉簧螺丝, 使M２与M１′有一很小夹角, 视场中便呈现等厚干涉条纹, 观察和记录条纹的形状、特点.②用白炽灯照明毛玻璃(钠光灯不熄灭), 细心缓慢地旋转微入手轮, M２与M１′到达“零程”时, 在M２与M１′的交线附近就会呈现黑色条纹.此时可盖住钠光, 再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹, 记录观察到的条纹形状和颜色分布.3．测定钠光D双线的波长差①以钠光为光源调出等倾干涉条纹.②移动M２镜, 使视场中心的视见度最小, 记录M２镜的位置；沿原方向继续移动M２镜, 使视场中心的视见度由最小到最年夜直至又为最小, 再记录M２镜位置, 连续测出6个视见度最小时M２镜位置.③用逐差法求Δd的平均值, 计算D双线的波长差.4．点光源非定域干涉现象观察方法步伐自拟.迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器, 使用时应注意防尘、防震；不能触摸光学元件光学概况；不要对着仪器说话、咳嗽等；丈量时举措要轻、要缓, 尽量使身体部位离开实验台面, 以防震动.实验数据与结果波长(1)记录的位置并用逐差法计算移动的距离、He-Ne激光的的位置读数d（cm）移动的距离（cm）/“冒进”或“缩进”的条纹数50 = ==50 = ==50 = ==50 = ==50 = ==50 = =50 =50 =50 =50 =(2)讲结果与公认值（632.8nm）比力, 计算相对误差x100%=4.1%实验结果分析1．在实际丈量中, 呈现了一下情况：随丈量次数的增多, 圆心位置发生了变动, 这种现象是与理论相悖的, 原因是由于M1与M2’未到达完全平行或调整仪器时未调整好, 而且圆心偏移速度越快越说明M1与M2’平行度越差2．在丈量完第一组数据后, 反向旋转时会在旋转相当多圈后才会呈现中心圆环的由吞吐变吐, 这个转变不是立即就完成的, 这是因为仪器右侧的旋钮为微调旋钮, 使用它对干涉仪的性质改变影响较小, 故有吞变吐需要旋转相当一段时间, 此时应旋转中部年夜旋钮, 再使用微调, 但不要忘记刻度盘调零.3．两组数据所测得的结果相差较年夜, 这可能是由于丈量过程的误差或把持失误所引起的, 应尽量防止.4．实验中还观察到许多现象, 如M1上呈现很多光斑, 其中有亮有暗, 同心圆的粗细和疏密变动等等.但由于理论知识的缺乏, 我们尚无法给出上述问题的完美解释, 需要我们进一步的学习与探索.一进行分析讨论.从数据表格可以看到, 在误差允许范围内, 丈量波长与理论波长一致, 验证了这种测试方法的可行性.误差分析①实验中空程没能完全消除；②实验对每一百条条纹的开始计数点和计数结束点的判定存在误差；③实验中读数时存在随机误差；④实验器材受环境中的振动等因素的干扰发生偏差.3)实验结果：经分析, 当顺时针转动旋钮时, “吐”出圆环, 此时测得一波长, 当逆时针转动旋钮时, “吞”出圆环, 此时亦测得一波长.将二者取平均值得测得光的波长：一个迈克尔逊实验, 不单让我领悟到迈克尔逊设计干涉仪的巧妙和智慧, 也更让我知道了做实验要有耐心和恒心, 哪怕实验再麻烦, 也必需坚持不懈, 注重细节, 这样才华真正地把实验做、为什么白光干涉不容易观察到？答：两光束能发生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外, 其光程差还必需小于其相干长度.而白光的相干长度只有微米量级, 所以只能在零光程附近才华观察到白光干涉.、讨论干涉条纹吐出或吞入时的光程差变动情况.答：吞入时, 光程差变小.而吐出时, 光程差则变年夜.、试总结迈克尔逊尔涉仪的调整要点及规律．答：调整要点：1、粗调时, 尽量使两像点重合在一起, 为后面的细调节省时间.2、细调时, 朝吞吐减少的方向调, 需耐心及细心.3、鼓轮丈量前须调零, 且朝同一方向调节, 以免发生空回误差.4、做白光干涉实验, 调粗调鼓轮, 使干涉条件不竭地在吞, 此时即为向零光程位置调节.教师评语。

⼤学物理仿真实验迈克尔逊⼲涉仪⼤学物理仿真实验迈克尔逊⼲涉仪⼤学物理仿真实验------迈克尔逊⼲涉仪实验名称:迈克尔逊⼲涉仪实验⽬的:1了解迈克尔孙⼲涉仪的原理、结构和调节⽅法。

2观察⾮定域⼲涉条纹。

3测量氦氖激光的波长。

4并增强对条纹可见度和时间相⼲性的认识。

实验仪器:迈克尔逊最早为了研究光速问题⽽精⼼设计了该装置。

它是⼀种分振幅的⼲涉装置，它将⼀路光分解成相互垂直的两路相⼲光，然后通过反射再重新汇聚在另⼀个⽅向上。

基于其结构原因，它是光源、两个反射镜、接收器(屏或眼睛)四者完全分⽴，东南西北各据⼀⽅，便于光路中安插其它器件。

如利⽤⽩光测玻璃折射率，测定⽓体折射率等。

迈克尔逊⼲涉仪可以使等厚⼲涉、等倾⼲涉及各种条纹的变动做到⾮常易于调整，很⽅便进⾏各种精密测量。

它的设计精巧，⽤途⼴泛，在许多科研领域都有它应⽤的⾝影。

迈克尔逊⼲涉仪原理图A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以⽤观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。

图中的M2'是等效的M2位置。

M1可在光线⾏进⽅向移动，产⽣与M2'的不同光程差。

M1的位置使⽤粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。

A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以⽤观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。

图中的M2'是等效的M2位置。

M1可在光线⾏进⽅向移动，产⽣与M2'的不同光程差。

M1的位置使⽤粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。

分光板、补偿板和反射镜A和B是取⾃同⼀块玻璃上的厚度和折射率⼀样的两个玻璃板，其中⼀块A 的背⾯镀上半透半反膜，它使光线分成光强⼤致相等的两束相⼲光。

另⼀块是补偿板，它的作⽤是在两个反射镜在等臂时光程相等;因为若没有补偿板，⼀路反射光通过A三次，⽽另⼀路透射光只通过A⼀次;这对于单⾊光时没有影响，对于复⾊光时则影响测量结果。

其背⾯有三个可调螺钉，在实验中它充当三维⾓度调整;其中⼀个镜⼦的虚像(M2')和另⼀个镜⼦(M1)之间形成"空⽓夹层"。

光学设计软件ZEMAX实验讲义实验目的：1.学会使用ZEMAX进行基本光学系统的设计。

2.学会使用ZEMAX进行光学系统的分析和优化。

3.了解ZEMAX的基本操作和功能。

实验步骤：1.安装和启动ZEMAX软件。

将光学系统转化为数字形式，并进行光束追迹。

2.创建一个新的光学系统。

通过添加透镜和光源，在系统中创建起始点光源。

3.定义光束追踪模式。

选择要模拟的光束类型，如平行光束、点光源或散射光束。

4.设置透镜的参数。

选择所需的透镜类型，如凸透镜、凹透镜或棱镜，并设置其曲率半径和折射率。

5.添加其他光学元件。

根据系统设计的需要，添加其他光学元件，如滤光片、反射镜或光栅。

6.进行光束追踪和射线分析。

使用ZEMAX的射线追踪功能，可以模拟光线在系统中的传播和聚焦情况，并对系统的性能进行分析。

7.优化光学系统。

根据设计需求，使用ZEMAX的优化功能对光学系统进行优化，以改善其性能。

8.分析光学系统性能。

使用ZEMAX的分析工具，可以评估系统的像差、聚焦性能和光学质量等指标。

9.输出结果。

将光学系统的结果输出为图形、表格或文件，以便进一步分析和应用。

注意事项：1.在进行光学设计时，应尽可能符合光学系统的物理和几何规则。

2.在使用ZEMAX进行分析和优化时，应注意各个参数的相互影响，并合理选择优化策略。

3.在进行结果分析时，应根据具体的实际问题和设计目标，选择合适的指标和评估方法。

结论：通过本实验，我们学习了如何使用ZEMAX进行光学设计和分析。

ZEMAX提供了强大的功能和工具，可以帮助光学工程师有效地设计和优化光学系统。

光学设计软件的使用将大大提高光学工程师的工作效率和设计质量。

013：迈克尔逊干涉仪仿真在这一节的实例中，我们要采用干涉分析等工具来仿真物理光学现象。

下面，我们一边建模一边讨论。

图13-1 理想成像LDE 编辑器列表图13-2 理想成像结构及像差分析图列表我们先建立一个简单的理想光学成像系统（4F 系统），系统设置中，物方类型选择物面数值孔径（随意设置一个合理的值）；波长为默认；视场为默认0 度。

在透镜数据编辑器中输入如图13-1 所示的数据。

停止面（Surface 1）的类型选择“Paraxial XY”（傍轴光线），这样就可以将这个面设置为“理想薄透镜”。

注意，“Paraxial”为旋转对称理想透镜，“Paraxial XY”为两轴分离理想薄透镜，可以分别设置两个轴不同的光焦度，即单独设置一个轴就成为“理想柱面镜”。

其参数“X-Power”和“Y-Power”分别为两个轴的光焦度，即理想焦距的倒数。

然后打开3D Layout 查看光路结构，同时调出各种像差分析图，例如点列图、光扇图、光程差OPD 图表等等，看看理想情况想的像差分析图表是什么样子的。

如图13-2 所示，像差图分析结果像差均为0，点列图为理想点。

再来看看理想情况下的成像效果。

点击Analysis→Image Simulation→Image Simulation打开成像仿真器，默认情况下的成像仿真为网格线条模式，如图13-3 所示。

图13-3 理想成像仿真分析（网格线条模式）点击设置菜单，更改输入文件，根据自己的喜好选择物方图像。

软件自带了一个BMP 格式的演示图片（高一点的版本才有），可以用来模拟拍照实际成像效果。

参数设置如图13-4所示，其中视场高度（Field Height）选项与系统设置中的视场类型有关，如果系统设置中视场类型为视场角度，那么这里应该是指物面对停止面STO 的张角（全角），所以视场高度若再设为0，则表示物面尺寸为0，可能无法看到成像。

将视场高度（Field Height）的值设为5（度），表示物面高度（Y 方向）尺寸设定为tan5*50=4.4mm。

实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用光的干涉是重要的光学现象之一,是光的波动性的重要实验依据。

两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。

光的波长虽然很短(4×1０-７～8×10—７m之间）,但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。

根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式,可以推出微小长度变化（光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。

迈克尔逊干涉仪(如图1）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。

在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。

利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。

【实验目的】1．了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法。

2。

调节和观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象;3.测量Ｈe—Ne激光的波长．【实验仪器】迈克耳逊干涉仪，Hｅ—Ne激光器,扩束透镜，毛玻璃，接收屏．【实验原理】:图１迈克耳逊干涉仪是利用半透膜分光板的反射和透射，把来自同一光源的光线用分振幅法分成两束相干光。

以实现光的干涉的一种仪器,它是用来测量长度或长度变化的精密光学仪器.下面介绍其结构及测量原理。

1迈克耳逊干涉仪结构简介1ｍm的精密丝杠,丝杠的一端与齿轮系统相连接.转动鼓轮或微调鼓轮都可使丝杠转动,从而带动滑块及固定在滑块上的反射镜M1沿着导轨移动．反射镜Ｍ1的位置读数由台面一侧的毫米标尺、读数窗9内的鼓轮刻度盘的读数（最小刻度为0。

01mm),及微调鼓轮刻度盘读数（最小分度为)读出。

反射镜M2固定在导轨的一侧．Ｍ１，Ｍ2两镜的背面各有三个调节螺钉，用以调节镜面的方位。

zemax激光光学设计实例与应用
ZEMAX是一种用于光学系统设计和分析的软件工具，它可以应用于激光光学设计与优化。

以下是一些激光光学设计实例及应用。

1. 二极流CO2激光器的光路设计
二极流CO2激光器是一种常见的光学器件，其光路设计需要考虑到多种物理效应。

使用ZEMAX进行二极流CO2激光器光路设计，可以优化光路的效率和性能。

例如，通过添加适当的激光束扩展器可以提高光束质量和稳定性；优化反射镜的性能可以提高激光器的输出功率和效率。

2. 红外光学系统的设计
使用ZEMAX进行光学系统设计可有效提高系统的性能和光学吸收率。

例如，在红外激光器中，设计合适的焦距和两个镜头之间的距离，并对光学系统进行优化，可以显著提高系统的分辨率和成像质量。

3. 光束仿真
另一种常见的激光光学设计应用是光束仿真。

ZEMAX可以用于模拟光束在特定光学系统中的传播和焦聚。

这可以帮助设计师更好地理解光线如何在光学系统中传播。

例如，在激光切割中，设计师可以使用ZEMAX来仿真光束的传播路径和聚焦质量，以优化切割效果。

4. 激光雕刻机的光路设计
激光雕刻机是一种常见的激光光学器件，用于刻蚀或切割材料表面。

在设计激光雕刻机时，需要考虑到多种物理效应，例如材料的吸收率和光束的聚焦度。

使用ZEMAX进行光路设计和优化，可以改善雕刻效果和机器的精度。

迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的：
本实验旨在通过使用迈克尔逊干涉仪，观察和分析光的干涉现象，以及验证干涉仪的工作原理。

实验仪器和材料：
1. 迈克尔逊干涉仪。

2. 激光光源。

3. 互动式干涉仪软件。

4. 平面镜。

5. 半反射镜。

6. 透镜。

7. 旋转平台。

8. 光电探测器。

9. 调节螺钉。

实验步骤：
1. 将激光光源接入迈克尔逊干涉仪的光路中，使光线通过半反
射镜分成两束光线。

2. 通过调节平面镜和半反射镜的位置，使得两束光线分别经过
不同的光程后再次汇聚在光电探测器上。

3. 使用互动式干涉仪软件记录并分析干涉条纹的变化。

4. 通过旋转平台，改变其中一束光线的光程差，观察干涉条纹
的变化。

实验结果：
通过实验观察和数据记录，我们成功观察到了明显的干涉条纹，
并且发现随着光程差的改变，干涉条纹的间距也相应发生了变化。

通过软件分析，我们得到了干涉条纹的间距与光程差的关系曲线。

实验分析：
根据实验结果，我们验证了迈克尔逊干涉仪的工作原理，即光程差的改变会导致干涉条纹的变化。

同时，我们也通过实验观察到了光的干涉现象，加深了对光学干涉的理解。

实验结论：
本次实验通过使用迈克尔逊干涉仪，成功观察和分析了光的干涉现象，并验证了干涉仪的工作原理。

实验结果符合预期，达到了预期的实验目的。

同时，通过本次实验，我们对光学干涉有了更深入的认识。

实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用一、实验目的1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。

2. 学会迈克尔逊干涉仪的调整，基本掌握其使用方法。

3. 观察各种干涉现象，了解它们的形成条件。

二、实验仪器1. WSM-200型迈克尔逊干涉仪一台2. HNL-55700多束光纤激光源一台三、实验原理3.1 迈克耳孙干涉仪的构造图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图。

图1 迈克尔逊干涉仪的结构示意图仪器包括两套调节机构，第一套调节机构是调节反光镜1的位置。

旋转大转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第二套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线方向。

通过调节反光镜1、2后面的调节螺钉以及反光镜2的两个方向拉杆来控制反光镜的空间方位。

在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿片，其位置对仪器的性能有重要影响，切勿变动。

在补偿片的右侧是反射镜2，它的位置不可前后移动，但其空间方位是可调的。

反射镜1和反射镜2是通过金属弹簧片以及调节螺钉与支架弹性连接的，调节反射镜支架上的三颗调节螺钉，改变弹簧片的压力，从而改变反射镜面在空间的方位。

显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜方位的错误操作。

反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。

该装置共有三组读数机构：第一组位于左侧的直尺C1，刻度线以mm为单位，可准确读到毫米位；第二组位于正面上方的读数窗C2，刻度线以0.01mm为单位，可准确读出0.1和0.01毫米两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺C3，刻度线以0.0001mm为单位，可准确读0.001和0.0001毫米两位，再估读一位到0.00001毫米。

实际测量时，分别从C1、C2各读得2位数字、从C3读得3位（包括1位估读）数字，组成一个7位的测量数据，如图2所示。

可见仪器对位移量的测定精度可达十万分之一毫米，是一种图2 关于M1位置读数值的组成方法非常精密的仪器。

务必精细操作，否则很容易造成仪器的损坏！3.2 迈克耳孙干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉，其光路图如图3所示。

第四章设计教程简介这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。

第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。

前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。

但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。

如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。

在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。

课程1：单透镜（a singlet）你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。

假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？首先，运行ZEMAX。

ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。

你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。

LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。

半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。

LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。

如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。

这个反白条在本教程中指的就是光标。

你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。

LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。

开始，我们先为我们的系统输入波长。

这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。

迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。

测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验容1。

注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。

仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0（第二部分），其中大学物理仿真实验 v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版 v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。

（2）实验容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规记录实验数据及已知参数等。

3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。

4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。

（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。

根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。

（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。

用ZEMAX实现对光源的仿真要精确地模拟一个照明系统，实现对光源的精确模拟是关键。

这里讨论三个问题：一、如果只知道有关的光源的简单数据，如何模拟？二、如果已知关于光源的详细数据，又如何模拟？三、如何模拟一个几何形状复杂的光源？下面从第一个问题开始讨论：若仅知道光源的简单数据，如何对光源进行仿真？打开ZEMAX，将其切换到非序列模式：接下来，完成单位的设置，执行system>general>units有关光能及其计算的问题，要特别注意物理单位。

本例中光照度单位采用勒克司。

将缺省的非序列物的类型设为source_radial。

在ZEMAX中，source_radial 代表一个矩形或椭圆形平面光源，它能向半球面空间内发射光线。

在半球面内，光线关于本地Z轴呈对称分布，并且光线的强度随角度的分布属立方样条拟合。

将null object定义为source_radial是将光源数据输入到ZEMAX的最简单直接的方式。

右键单击null object：如下图所示，是美国Lumileds(流明)公司的LED产品LXML-PWW1说明书中提供的发光强度分布曲线。

它呈明显的余弦分布。

根据上述曲线，我们可以构造这样出表2：表2 LXML-PWW1的空间强度分布度相对强度(任意单位)0 1005 9910 9815 9620 9425 9030 8635 8240 7445 6850 6355 5360 4565 3870 2875 2380 1685 1090 5说明书上还注明，LXML-PWW1的直径是6mm，典型输出功率是120 lumens。

设layout rays数量为30，analysis rays 数量为10000000。

将上述参数输入到ZEMAX中：我们得到光源的外形图和灰度度：显然，发光强度的计算结果与说明书中给出的曲线相符得比较好。

第二个问题，如果已知光源的详细数据，如何对光源进行仿真。

有些LED制造商免费提供ZEMAX Source File格式、有关LED产品的详细光学性能数据。