激光原理及应用实验报告(有详细答案)

实验一测定空气折射率

一、实验目的

1、熟练掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法；

2、学会调出非定域干涉条纹，并测量常温下空气的折射率。

二、实验原理

本实验室建立在迈克尔逊干涉光路的基础上来做的。激光束经短焦距凸透镜会聚后可得到点光源S，它发出球面波照射干涉仪，经G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以看成由虚光源S1、S2发出的。其中S1为点光源S经G1及M1反射后成的像，S2为点光源S经M2及G1反射后成的像。这两个虚光源S1、S2发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。我们称这种干涉为非定域干涉。随着S1、S2与屏H的相对位置不同，干涉条纹的形状也不同。当屏H与S1、S2连线垂直时（此时M1、M2大体平行），得到园条纹，圆心在S1、S2连线与屏H的交点O处。当屏H与S1、S2连线垂直平分线垂直时（此时M1、M2于H的距离大体相等），将得到直线条纹。

图1 实验装置

三、实验方法和步骤

1、测空气的折射率

调出非定域条纹干涉后，改变气室AR的气压变化错误！未找到引用源。，从而使气体折射率改变错误！未找到引用源。，引起干涉条纹“吞”或“吐”N条。则有错误！未找到引用源。，于是得错误！未找到引用源。（1）其中D为气室烦人厚度。

理论上，温度一定，气压不太大时，气体折射率的变化量错误！未找到引用源。与气压变化量错误！未找到引用源。成正比：

错误！未找到引用源。（常数）

故错误！未找到引用源。p，将式（1）代入可得错误！未找到引用源。

2、实验步骤

1）将各器件夹好，靠拢，调等高。

2）调激光光束平行于台面，按图所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。

3）调节反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。

4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。

5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa）为止，记为△p。

6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N，至表针回零。

7）计算实验环境的空气折射率

四、实验数据与处理

五、思考题

1、实验中怎样才能观察到非定域的直条纹和双曲线条纹？

答：直接用激光加扩束镜干涉前不加毛玻璃，干涉后在毛玻璃屏上观察。

2、在迈克尔干涉光路中分束板G1应使反射光和透射光的光强比接近1:1，这是为什么？

答：这样才能使干涉条纹的衬比度最大。两束相干光只有在光强相等时，才能出现暗条纹强度为零，否则最暗处强度不等于零，使衬比度下降，效果不好。

3、同一气室，在不同温度下，折射率有何变化？

答：由于温度不一样的原因，导致空气密度改变，直接影响了折射率，其实主要影响的是空气的水蒸气。

实验二全息照相

一、实验目的

1、学习掌握全息照相的基本原理和实验技术；

2、初步掌握拍摄全息照片和再现信息的方法；

3、了解全息照相技术的主要特点，并与普通照相进行比较；

4、了解照相显影、定影、冲洗等暗室技术。

二、实验原理

1、全息照相与普通照相的主要区别

普通照相是根据几何光学成像原理，记录下光波的强度（即振幅）信息，将空间物体成像在一个平面上。全息照相是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定的条件下使其再现，形成逼真的原物立体像。由于记录了物体的全部信息（振幅和相位），因此称为全息照相。全息照相包含两个过程：记录和再现。

2、光的干涉——全息记录的获得

全息照相是一种干涉技术。激光器射出的激光束通过分束镜分成两束，透射光经反射镜反射及扩束镜扩束后射到被摄物体上，再经物体漫反射到感光底片上，这束光称为物光。另一束反射光经反射镜和扩束镜扩束后直接投射到感光底片上，这束光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光又都由同一激光器发出，所以在感光底片上迭加的结果会形成干涉条纹，条纹的疏密和形状反映了物光束的相位，条纹的强度反映了物光束的振幅。感光底片经显影、定影和漂白后，最后得到的是一块结构复杂的光栅，它记录下物光束的全部信息，称为全息照片或全息图。

3、光的衍射——全息照相的再现

一张全息图片相当于一块复杂的“衍射光栅”，而物象再现过程就是光的衍射过程。一般用相当于拍摄时的激光照射全息图片，就能在全息图片——衍射光栅的衍射光波中得到一列零级衍射光波和两列一级衍射光波。

4、全息照相的主要特点

（1）立体感强。

（2）具有分割性。

（3）同一张全息底片可重叠多个全息图。

三、实验步骤

（一）全息记录

A、调节光路

1）按装置图的相对位置放好各器件，拿下L1和L2，调等高

2）使物光束与参考光束的光程近似相等，夹角在30°-40°之间

3）调M1的倾角，使光束射在物的中间部位，调M2的倾角，使参考光束射在全息干

板的中部

4）加入L1，调其支架并前后移动，使扩束镜恰好照全物体，加入L2，调其支架并前后移动，使参考光束对准白屏，与物光束的光强比在5:1-10:1之间

B、曝光照相

关闭激光器，打开暗绿灯，取下观察屏，安装全息干板后，进行曝光。

C、冲洗处理：显影，停影，定影，清水冲洗、晾干。

（二）全息图像的观察

A、观察再现虚像：将全息照片放回原记录光路中的原位置，遮住物光（最好将原物体移开），用参考光束照亮全息照片，可在全息照片上观察到立体的再现物体的虚像。

B、全息照相特点的研究

四、实验结果

一元硬币的全息照片：

五、思考题

1、在拍摄全息相片时，为什么要求O光和R光的光程尽量相等？

答：在拍摄全息相片时，要求O光和R光满足光的干涉条件。当O光和R光的光程差比较大时，O光和R光不在满足光的干涉条件，因而不能拍摄出全息相片。

2、在全息底片重迭处，O光和R光的光强之比为1:1时，其拍摄效果是不是最好？为什么？

答：不是最好。因为在全息底片的乳胶特性曲线中，当光强为零时，其黑度与光强不成线性关系，此时拍摄出来的全息底片在再现时，会存在一定的畸变。

实验三电子散斑测量

一、实验目的