实验一 F-P干涉仪实验(修订)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
转动预置螺旋， 目测Gl和G2两个镜 面相距约1mm 。 加入灯窗挡板， 将光源变为点光源
垂 直 调 节
调节镜面平行
水平调节
9
实验内容
2、观察多光束干涉条纹
调节过程中切勿使两镜相碰。不要调节F-P 干涉仪后面一个镜面，以免影响观察现象。
形成放大的像
取下灯窗挡板，插入毛玻璃片形成面光源，通过 小型显微镜观察干涉条纹。
16
10
从该系统的轴向观察到一系列明亮细锐 的多光束干涉圆环。经过更细致的调节，当 干涉环不随眼睛的移动发生直径大小的变化， 表明两个镜面已经严格平行了。
法布里玻罗干涉仪 产生的干涉条纹
迈克尔逊干涉仪 产生的干涉条纹
11
3、测定钠黄双线的波长差
（1）钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干 涉条纹。
Fra Baidu bibliotekG2
会聚透镜 L
=mλ
m : 干涉条纹的级数 λ : 入射光的波长
5
接收屏
实验原理
入射角
——入射角
由公式 =2ndcos， 当d一定时，所有入射角为 的入射光，其形成的干 涉条纹为一圆环，所有的 形成一系列圆环干涉条纹。 干涉形成明暗相间的圆环
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
G2
会聚透镜 L
Measurement of Wavelength Difference of Na Light with Fabry-Perot Interference
1
实验目的
了解 F-P干涉仪的结构，掌握调节与使用FP干涉仪的方法； 用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长差。
2
F-P干涉仪的应用
F-P干涉仪在光学中一直起着重要的作 用。它始终是波长的精密测量、光谱线精 细结构的研究以及长度计量的有效工具， 同时它还是激光共振腔的基本构型。
(20:1) (50:1)
低压钠光源：20W
4
实验原理 ——单色光薄膜干涉原理
单色点光源以入射角 照射到平行板上，透射光是许多透过 平板的平行光束的叠加，相邻光束的光程差
入射角
=2ndcos
: 单色光的入射角
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
d : G1和G2之间的距离 n: 介质折射率（空气，n=1） 透射光的加强条件为：
接收屏
思考：如何使入射角多样化？
6
实验原理
入射角
——两玻璃板平行问题
要达到薄膜干涉条件， 必须使两玻璃板严格平行。 当不平行时，入射角为 的入射光，在两玻璃板间 多次反射，相当于多个点 光源以不同角度入射。
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
G2
会聚透镜 L
接收屏
当入射光是点光源时， 可以根据出射光在接受屏 上的图象来判断两玻璃板 是否平行。
根据原理推导：钠双 黄线的波长差用以下公式 计算：
| 1 2 |
12
2 | d 2 d1 |
2 可为 2 二波长平 其中 1 m 均值的平方。对钠黄双线，
可取（589．3nm)2
12
（2）在移动动镜改变G1和G2距离的过程中，可以发现，在某长度 上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环恰好夹 在另一套干涉环中间。随着动镜逐渐移开，两个环系也逐渐分开，直 到一环系恰好位于另一环系中间时，记下测微螺旋读数Ｄl，继续移 远动镜，两个环系经过重合又分开，当一环系再次恰好位于另一环系 中间位置时，记下测微螺旋读数Ｄ2。重复三次。
3
实验仪器和装置
F-P干涉仪、测微目镜、 凸透镜、 低压钠灯、毛玻璃、灯窗挡板
主要技术指标:
反射镜：
30mm, 平面度1/20
移动镜预置螺旋：最小分度值0.01mm，行程10mm 测微螺旋精度：最小分度值 0.01mm，估读0.001mm 测量精度
:最小读数值0.0005mm,行程1.25mm 最小读数值0.0002mm,行程0.5mm
14
实验注意事项
1、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震动，以防止 两镜面擦伤。 2、禁止用手触及光学零件的透光表面。 3、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，不 要急促右斜向用力。 4、移动钠灯时需一手持灯体一手托底座。 5、禁止调节F-P干涉仪后面一个镜面。
15
实验注意事项
6、转动预置螺旋，直到Gl和G2两个镜面相距 约1mm，必须先调节测微螺旋到刻度0~5mm 之间。预置螺旋上的刻度没有意义。 7、测微螺旋的行程为0~25mm，对于K=20的干 涉仪， | D1 D2 | 6mm ，测微螺旋上可以有4 个读数位置；对于K=50的干涉 仪， | D1 D2 | 15mm，测微螺旋上最多只有 2个读数位置，且其中 一个读数位置必须 小于10mm，另一个读数位置必须大于15mm。
思考：如何调节和判断两玻璃板平行？
7
实验原理 ——两玻璃板间距离
入射角
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
由公式 =2ndcos=mλ，对 于某一入射角 产生的的干涉条 纹，当d改变时，其干涉条纹的级 数也会发生变化。
d初始值取1mm左右。
G2
会聚透镜 L
接收屏
8
实验内容
1、调节F-P干涉仪
调节过程中切勿使两镜相碰。
两环互相居 中测量D1
两环相互靠近
两环再次居 中测量D2
注意：由于实验测得的D1、D2并不是真正G1、G2距离。 实际上d2-d1=(D2-D1)/K; K=20或50
13
数据记录及处理
D1
第一组
第二组
D2
D2-D1 d2-d1
第三组 平均值| d2-d1|
比例系数K
代入公式计算出钠双线波长差：
垂 直 调 节
调节镜面平行
水平调节
9
实验内容
2、观察多光束干涉条纹
调节过程中切勿使两镜相碰。不要调节F-P 干涉仪后面一个镜面，以免影响观察现象。
形成放大的像
取下灯窗挡板，插入毛玻璃片形成面光源，通过 小型显微镜观察干涉条纹。
16
10
从该系统的轴向观察到一系列明亮细锐 的多光束干涉圆环。经过更细致的调节，当 干涉环不随眼睛的移动发生直径大小的变化， 表明两个镜面已经严格平行了。
法布里玻罗干涉仪 产生的干涉条纹
迈克尔逊干涉仪 产生的干涉条纹
11
3、测定钠黄双线的波长差
（1）钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干 涉条纹。
Fra Baidu bibliotekG2
会聚透镜 L
=mλ
m : 干涉条纹的级数 λ : 入射光的波长
5
接收屏
实验原理
入射角
——入射角
由公式 =2ndcos， 当d一定时，所有入射角为 的入射光，其形成的干 涉条纹为一圆环，所有的 形成一系列圆环干涉条纹。 干涉形成明暗相间的圆环
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
G2
会聚透镜 L
Measurement of Wavelength Difference of Na Light with Fabry-Perot Interference
1
实验目的
了解 F-P干涉仪的结构，掌握调节与使用FP干涉仪的方法； 用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长差。
2
F-P干涉仪的应用
F-P干涉仪在光学中一直起着重要的作 用。它始终是波长的精密测量、光谱线精 细结构的研究以及长度计量的有效工具， 同时它还是激光共振腔的基本构型。
(20:1) (50:1)
低压钠光源：20W
4
实验原理 ——单色光薄膜干涉原理
单色点光源以入射角 照射到平行板上，透射光是许多透过 平板的平行光束的叠加，相邻光束的光程差
入射角
=2ndcos
: 单色光的入射角
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
d : G1和G2之间的距离 n: 介质折射率（空气，n=1） 透射光的加强条件为：
接收屏
思考：如何使入射角多样化？
6
实验原理
入射角
——两玻璃板平行问题
要达到薄膜干涉条件， 必须使两玻璃板严格平行。 当不平行时，入射角为 的入射光，在两玻璃板间 多次反射，相当于多个点 光源以不同角度入射。
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
G2
会聚透镜 L
接收屏
当入射光是点光源时， 可以根据出射光在接受屏 上的图象来判断两玻璃板 是否平行。
根据原理推导：钠双 黄线的波长差用以下公式 计算：
| 1 2 |
12
2 | d 2 d1 |
2 可为 2 二波长平 其中 1 m 均值的平方。对钠黄双线，
可取（589．3nm)2
12
（2）在移动动镜改变G1和G2距离的过程中，可以发现，在某长度 上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环恰好夹 在另一套干涉环中间。随着动镜逐渐移开，两个环系也逐渐分开，直 到一环系恰好位于另一环系中间时，记下测微螺旋读数Ｄl，继续移 远动镜，两个环系经过重合又分开，当一环系再次恰好位于另一环系 中间位置时，记下测微螺旋读数Ｄ2。重复三次。
3
实验仪器和装置
F-P干涉仪、测微目镜、 凸透镜、 低压钠灯、毛玻璃、灯窗挡板
主要技术指标:
反射镜：
30mm, 平面度1/20
移动镜预置螺旋：最小分度值0.01mm，行程10mm 测微螺旋精度：最小分度值 0.01mm，估读0.001mm 测量精度
:最小读数值0.0005mm,行程1.25mm 最小读数值0.0002mm,行程0.5mm
14
实验注意事项
1、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震动，以防止 两镜面擦伤。 2、禁止用手触及光学零件的透光表面。 3、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，不 要急促右斜向用力。 4、移动钠灯时需一手持灯体一手托底座。 5、禁止调节F-P干涉仪后面一个镜面。
15
实验注意事项
6、转动预置螺旋，直到Gl和G2两个镜面相距 约1mm，必须先调节测微螺旋到刻度0~5mm 之间。预置螺旋上的刻度没有意义。 7、测微螺旋的行程为0~25mm，对于K=20的干 涉仪， | D1 D2 | 6mm ，测微螺旋上可以有4 个读数位置；对于K=50的干涉 仪， | D1 D2 | 15mm，测微螺旋上最多只有 2个读数位置，且其中 一个读数位置必须 小于10mm，另一个读数位置必须大于15mm。
思考：如何调节和判断两玻璃板平行？
7
实验原理 ——两玻璃板间距离
入射角
G1
镀高反射膜 镀高反射膜
由公式 =2ndcos=mλ，对 于某一入射角 产生的的干涉条 纹，当d改变时，其干涉条纹的级 数也会发生变化。
d初始值取1mm左右。
G2
会聚透镜 L
接收屏
8
实验内容
1、调节F-P干涉仪
调节过程中切勿使两镜相碰。
两环互相居 中测量D1
两环相互靠近
两环再次居 中测量D2
注意：由于实验测得的D1、D2并不是真正G1、G2距离。 实际上d2-d1=(D2-D1)/K; K=20或50
13
数据记录及处理
D1
第一组
第二组
D2
D2-D1 d2-d1
第三组 平均值| d2-d1|
比例系数K
代入公式计算出钠双线波长差：