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            实验1、F-P干涉仪实验


            实验一、F-P干涉仪测量钠 黄双线波长差

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            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。
            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
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            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。

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            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:

            G2
            会聚透镜 L

            ?=mλ
            m : 干涉条纹的级数 λ : 入射光的波长
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            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

            接收屏

            思考:如何使入射角多样化?
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            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。

            思考:如何调节和判断两玻璃板平行?
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            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

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            实验内容
            1、调节F-P干涉仪
            调节过程中切勿使两镜相碰。
            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

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            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。
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            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
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            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。
            根据原理推导:钠双 黄线的波长差用以下公式 计算:

            ?1 ? ?2 ?

            2?d 2 ? d1 ?

            2 ?1

            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
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            (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。

            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
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            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|
            ?

            代入公式计算出钠双线波长差:
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            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。

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            思考题
            1、法布里——玻罗干涉仪与迈克尔逊干涉仪 干涉图样有什么样不同?哪个的精度更高 些?为什么? 2、为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干 涉环中间时记录数据?

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