物 理 光 学
实验指导书
武汉理工大学信息学院电子科学与技术系
目 录
实验一 菲涅耳双面镜干涉……………………………………………1
实验二 菲涅耳圆孔衍射……………………………………………… 5
实验三 夫朗和费单缝衍射……………………………………………8
实验四 衍射光栅分光特性测量……………………………………12
实验五 阿贝成像原理和空间滤波…………………………………16
实验六 偏振光综合实验……………………………………………19
实验一 菲涅耳双面镜干涉
一、实验目的
1、观察菲涅尔双面镜产生的双光束干涉现象,进一步理解产生干涉的条件;
2、掌握干涉光路的调节方法;
3、掌握用双面镜干涉原理测定光波波长的方法。
二、实验装置
1:钠灯(加圆孔光阑)
2:透镜(f=50nm)
3:三维架(SZ-07)
4:可调狭缝
5:二维干版架(SZ-18)
6-7:菲涅耳双面镜及镜架
8:测微目镜架(SZ-36)
9:测微目镜
10:二维平移底座(SZ-02)
11:三维平移底座(SZ-01)
12:升降调整座(SZ-03)
13:二维平移底座(SZ-02)
三、实验原理
1.菲涅尔双面镜工作测量原理
如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,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。菲涅尔双面镜干涉的基本原理如下:
菲涅尔双面镜由两块夹角很小的反射镜 和 组成,如图1.1所示,由点光源S发出的光波受不透明光屏K阻挡,不能直接到达屏幕E上,光波经 和 反射被分为两束相干光波,它们投射到E上产生干涉条纹。从双面镜反射的两束相干光可以看作是从S在双面镜中形成的两个虚像 和 发出的,因而 和 相当于一对相干光源。 和 的位置可按照反射定律确定。设双面镜交线在图中的投影是O点, ,则 ,所以 的垂直平分线也通过O点。因此 之间的距离为
(1.1)
式(1.1)中 为双面镜 和 的夹角。在确定了相干光源 和 的位置之后,即可利用(1)式计算屏幕上的干涉条纹。由于双面镜夹角很小,所以d也很小,这样在屏幕上可得到间距较大的干涉直条纹。
设d代表两虚光源 和 间的距离,D为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S的平面内)至观察屏E的距离,且 ,任意两条相邻的亮(或暗)条纹间的距离为ΔX,根据分振幅法干涉的计算公式可以得到,实验所用激光器的波长 可由下式表示:
(1.2)
图1.1 菲涅尔双面镜装置图
式(1.2)表明,只要测出d、l和ΔX,就可算出光波波长。
由于干涉条纹宽度ΔX很小,必须使用测微目镜进行测量.两虚光源间的距离d,可用一已知焦距为f的会聚透镜L,置于双棱镜与测微目镜之间,由透镜两次成像法求得.只要使测微目镜到狭缝的距离大于 4f ,前后移动透镜,就可以在透镜的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源 和 经透镜所成的实像,其中之一为放大的实像,另一个为缩小的实像.如果分别测得两放大像的间距 ,和两缩小像的间距 ,则根据式(1.3)
(1.3)
即可求得两虚光源之间的距离d。
2.测微目镜的读数
测微目镜分为物镜和目镜两大部分,入射光线通过物镜成像在分划板上,分划板上的刻线共有8格,如图1.2所示。分划板上每一大格的距离为 1mm ,手轮上的测微旋钮一共50格,测微旋钮每转动一圈,分划板上的游标刻线叉丝走过的距离为一大格,所以,测微旋钮的每一小格对应 0.02mm 。
图1.2 测微目镜分划板结构图
四、实验光路
图1.3 菲涅尔双面镜干涉实验光路图
五、实验步骤
1.调节光路
(1)实验光路按图1.3所示,用目视粗略地调整光具座上各元件中心等高、共轴,并使双面镜的底面与系统的光轴垂直,棱脊和狭缝的取向大体平行。