物理光学实验

物理光学实验

华中科技大学光电子科学与工程学院

2011.9

前言

本实验教材是根据光电子科学与工程学院物理光学教学大纲中规定的实验要求选编的。

本实验教材共选入8个实验。内容涉及光的干涉、衍射、偏振等方面。

本实验教材所列实验项目均选自本院物理光学实验室参编及长期使用的《物理光学实验》，适用于光电子信息类专业学生使用，亦可作为非光电类专业学生的选修教材。

光学实验室的一般规则

光学实验要求测量精度高，所用仪器和装置比较精密，对测量条件、周围环境以及对实验者的实验技能都有较高的要求。因此，在做实验之前，除必须认真阅读实验教材及有关资料，了解清楚实验的目的、原理、方法、步骤和要求外，进入实验室后还必须自觉遵守实验室的规则和对某些实验的特殊要求。现将实验室的一般规则叙述如下：

1.光学仪器多是精密贵重仪器。取放仪器时，思想要集中，动作要轻、慢。在没有了解清楚仪器的使用方法之前，切勿乱拧螺丝，碰动仪器或随意接通电源。

2.大部分光学元件用玻璃制成，光学面经过精细抛光，一般都具有Ra0.010的粗糙度。使用时要轻拿轻放，勿使元件相互碰撞，挤压，更要避免摔坏；暂时不用的元件，要放回原处，不要随意乱放，以免无意中将其扫落地面导致损坏。

3.人的手指带有汗渍脂类分泌物，用手触摸光学面会污染该光学面，影响其透光性和其它光学性质。因此，任何时候都不能用手去触摸光学表面，只能拿元件的磨砂面。正确的姿势如图所示。

4.不要对着光学元件和光学系统讲话，打喷嚏和咳嗽，以免涎液溅落镜面造成污痕。

5.光学面若落有灰尘，应先用干净、柔软的脱脂毛刷轻轻掸除，或用“橡皮球”吹除。严禁用嘴去吹。一般不能随意擦拭光学表面。必要时可用脱脂棉球蘸上酒精乙醚混合液轻轻擦拭，切忌用布直接擦拭。

6.光学面上若沾有油污等斑渍时，不要立即动手擦拭。因为很多光学表面镀有特殊的光学薄膜，在擦拭之前，一定要了解清楚情况，然后再在教师或实验工作人员指导下，采取相应的措施，精心处理。

7.光学仪器中有很多经过精密加工的部件。如光谱仪和单色仪的狭缝、迈克耳逊干涉仪的蜗轮蜗杆、分光计的读数度盘等，都要小心使用，按规则操作，切忌拆御仪器，乱拧旋钮。

8.要讲究清洁卫生，文明礼貌，不得大声喧哗，打闹。

9.实验完毕，要向指导教师报告实验结果和仪器的使用情况。整理好仪器，填写仪器使用卡，经允许后方可离开实验室。

实验程序框图

⏹自己动手为主：一定要亲自做实验，对实验现象进行分析，

培养独立自主的能力，会有成就感。

⏹老师指导为辅：问题不包办，只做点拨提示，保证实验正常

进行。

目录

前言

光学实验室的一般规则

实验程序框

实验一菲涅耳双棱镜干涉及应用 (1)

实验二迈克耳逊干涉仪 (6)

实验三用法布里－－珀罗（F－P）干涉仪测量钠双线的波长差 (13)

实验四双光源衍射法测量光谱仪狭缝宽度 (19)

实验五衍射光栅分光特性测量 (24)

实验六偏振光的获得与检测 (30)

实验七电光调制实验 (37)

实验八声光调制实验 (47)

实验一 菲涅耳双棱镜干涉及应用

[实验目的]

1． 观察和研究双棱镜产生的干涉现象； 2． 测量干涉滤光片的透射波长λ0。

[仪器和装置]

白炽灯，干涉滤光片，可调狭缝，柱面镜， 菲涅耳双棱镜，双胶合成象物镜，测微目镜。

[实验原理]

菲涅耳双棱镜装置如图1－1a 所示，它由两个相同的棱镜组成，两个棱镜的折射角α很小，一般约为03'。从点（或缝）光源S 来的一束光，经双棱镜折射后分为两束。从图中可以看出，这两折射光波如同从棱镜形成的两个虚象S 1和S 2发出的一样，S 1和S 2构成两相干光源，在两光波的迭加区产生干涉。

a b

图 1—1 双棱镜干涉原理图

从图1－1b 看出，若棱镜的折射率为n ，则两虚象S 1、S 2之间的距离

a n l d )1(2-= （1—1） 干涉条纹的间距

λa

n l l l e )1(2'

-+=

（1—2）

当取n=1.50时，则有

λla

l l e '

+=

（1—3）

可解出

e l l la

'

+=

λ （1—4） 若在迭加区内放置观察屏E ，就可接收到平行于脊棱的等距直线条纹。当用白光照明时，可接收到彩色条纹。

利用图1—2可导出干涉孔径角

'

'l l a

l +=

β （1—5） 光源临界宽度

λα

βλ'1l l

b +

==

（1—6）

从式（1—5）、式（1—6）看出，当l '=0时，β=0，光源的临界宽度b 变为

无穷大。此时，干涉条纹定域在双棱镜的脊棱附近。b 为有限值时，条纹定域在

λ

αλ-≤

b l

l ' （1—7）

的区域内。

图1—2 双棱镜干涉的几何关系图

[内容和步骤]

1．调节光路，观察和研究双棱镜干涉现象 (1)按图1—3所示，将光学元件与装置安放在光具座上。调节光学系统，使其满足同轴等高的要求。

(2)取l ≈200mm, l '≈1200mm, 按λ=550nm, a=03'，n=1.50计算出b 的数值。置狭缝宽度b t =b/4, 调节棱镜的脊棱与狭缝方向平行，直到使得测微目镜视场里出现清晰的干涉条纹为止。增大或减小狭缝宽度b, 观察干涉