1、篇一：組合光學(xué)組合光學(xué)光是一種自然現(xiàn)象.有關(guān)光的研究學(xué)科稱為光學(xué).習(xí)慣上光學(xué)分為幾何光學(xué)與物理光學(xué).物理光學(xué)中又分波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué).在波動(dòng)光學(xué)中以光的波動(dòng)性為基礎(chǔ)研究光傳播的干涉,衍射,偏振等現(xiàn)象.本實(shí)驗(yàn)就是利用綜合光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀組合元器件,完成波動(dòng)光學(xué)中光的干涉和衍射幾個(gè)代表性實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察單縫夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象。掌握單縫衍射相對(duì)光強(qiáng)的測(cè)量方法，并求出單縫寬度。觀察等厚干涉現(xiàn)象。學(xué)習(xí)測(cè)平凸透鏡的曲率半徑。實(shí)驗(yàn)儀器he-ne激光器,單縫,光軌,光具座、光電探測(cè)器、數(shù)字式檢流計(jì)。牛頓環(huán)裝置，鈉光燈，改進(jìn)型讀數(shù)顯微鏡。實(shí)驗(yàn)原理一、 夫瑯和費(fèi)衍射光波的波振面受到阻礙時(shí)，光繞過障礙物偏離直線而進(jìn)入幾何

2、陰影區(qū)，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)不均勻分布的現(xiàn)象叫做光的衍射。衍射是波動(dòng)光學(xué)的重要特征之一，研究光的衍射不僅有助于進(jìn)一步加深對(duì)光的波動(dòng)性的理解，同時(shí)還有助于進(jìn)一步學(xué)習(xí)近代光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、全息照相、光信息處理等。衍射使光強(qiáng)在空間重新分布，利用硅光電池等光電器件測(cè)量光強(qiáng)的相對(duì)分布是一種常用的光強(qiáng)分布測(cè)量方法。衍射通常分為兩類：一類是滿足衍射屏離光源或接收屏的距離為有限遠(yuǎn)的衍射，稱為菲涅耳衍射；另一類是滿足衍射屏與光源和接收屏的距離都是無限遠(yuǎn)的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和離開衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，稱為夫瑯和費(fèi)衍射。菲涅耳衍射解決具體問題時(shí)，計(jì)算較為復(fù)雜。而夫瑯和費(fèi)

3、衍射的特點(diǎn)是，只用簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得出準(zhǔn)確的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，夫瑯和費(fèi)衍射用兩個(gè)會(huì)聚透鏡就可以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)用激光器作光源，由于激光器發(fā)散角小，可以認(rèn)為是近似平行光照射在單縫上；其次，單縫寬度約為0.1mm，單縫距接收屏如果大于1米，縫寬相對(duì)于縫到接收屏的距離足夠小，大致滿足衍射光是平行光的要求，也基本滿足了夫瑯和費(fèi)衍射的條件。物理學(xué)家菲涅耳假設(shè)：波在傳播的過程中，從同一波陣面上的各點(diǎn)發(fā)出的次波是相干波，經(jīng)傳播而在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，產(chǎn)生相干疊加，這就是著名的惠更斯菲涅耳原理。如圖1所示，單縫ab所在處的波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波，在空間某點(diǎn)p所引起光振動(dòng)振幅的大小與面元面積成正比，與面元到空間某點(diǎn)的距離

4、成反比，并且隨單縫平面法線與衍射光的夾角（衍射角）增大而減小，計(jì)算單縫所在處波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波在p點(diǎn)引起光振動(dòng)的總和，就可以得到p點(diǎn)的光強(qiáng)度?？梢?，空間某點(diǎn)的光強(qiáng)，本質(zhì)上是光波在該點(diǎn)振動(dòng)的總強(qiáng)度。根據(jù)惠更斯菲涅耳原理可以推出，當(dāng)入射光波長(zhǎng)為，單縫寬度為a時(shí)，單縫夫sin2u?asin?瑯和費(fèi)衍射的光強(qiáng)分布為：i?i0 (式子推導(dǎo)可參考物理教科書)（ 1）u?u2式中io為中央明紋中心處的光強(qiáng)度，u為單縫邊緣光線與中心光線的相位差。根據(jù)上面的光強(qiáng)公式，可得單縫衍射的特征如下：sin2u?1 ，i=io ，對(duì)應(yīng)最大光強(qiáng)，稱為中央主極(1) 中央明紋，在=0處，u=0 ，2u大，中央明紋寬度由k

5、=?1的兩個(gè)暗條紋的衍射角所確定，即中央亮條紋的角寬度為?2?。 a(2) 暗紋，當(dāng)u=k，k=1，2，3即：?asin?/?k? 或asin?k?時(shí)有：。且任何兩相鄰暗條紋間的衍射角的差值?a，即暗條紋是以p0點(diǎn)為中心等間隔左右對(duì)稱分布的。由上式可以看出，當(dāng)光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)一定時(shí)，縫寬a愈小，衍射角愈大，在屏上相鄰條紋的間隔也愈大，衍射效果愈顯著。反之，a愈大，各級(jí)條紋衍射角愈小，條紋向中央明紋靠攏。a無限大，衍射現(xiàn)象消失。(3)次級(jí)明紋，在兩相鄰暗紋間存在次級(jí)明紋，它們的寬度是中央亮條紋寬度的一半。這些亮條紋的光強(qiáng)最大值稱為次極大。由可得其角位置依次是：?1.432()?0，d?a，?2.46

6、?a，?3.47?a，把上述的值代入光強(qiáng)公式（1）中，可求得各級(jí)次明紋中心的強(qiáng)度為i?0.047i0，i?0.016i0，i?0.008i0，從上面特征可以看出，各級(jí)明紋的光強(qiáng)隨著級(jí)次k的增大而迅速減小，而暗紋的光強(qiáng)亦分布其間。單縫衍射圖樣的相對(duì)光強(qiáng)分布如圖2所示。二、牛頓環(huán)干涉干涉也是波動(dòng)光學(xué)的重要特征之一，光的干涉現(xiàn)象在科學(xué)研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用， “牛頓環(huán)”是一種分振幅法等厚干涉現(xiàn)象，最早為牛頓所發(fā)現(xiàn)。牛頓環(huán)干涉現(xiàn)象在光學(xué)加工中有著廣泛應(yīng)用。如測(cè)量透鏡的曲率半徑，檢驗(yàn)表面光潔度和平整度，而且測(cè)量精度較高。當(dāng)一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面放在另一塊光學(xué)平板玻璃上即構(gòu)成了牛頓環(huán)裝置

7、（圖3a）。這時(shí)，在透鏡凸面和平板玻璃之間形成了一個(gè)空氣間隙層，間隙層的厚度從中心接觸點(diǎn)到邊緣逐漸增加。若有一束單色光垂直地入面反射的兩束光存在光程差，它們?cè)谄綀D3 牛頓環(huán)凸透鏡的凸面上相遇時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，由于光程差取決于空氣層的厚度，所以厚度相同處呈現(xiàn)同一級(jí)干涉條紋，故此種干涉稱為等厚干涉，干涉條紋為以接觸點(diǎn)為中心的一系列明暗相間的同心圓環(huán)。如圖3b所示。如圖3a，在p點(diǎn)處的兩相干光的光程差為：k?2dk?式中?2 （2） ?是因?yàn)楣饩€在平面玻璃界面反射時(shí)所產(chǎn)生半波損失而帶來的附加光程差。 2? 由干涉條件知:當(dāng)光程差滿足 ?k?2dk?(2k?1) k=0,1,2,3? （3） 22時(shí)

8、，出現(xiàn)暗條紋，由此可見，接觸點(diǎn)處dk，對(duì)應(yīng)的是零級(jí)暗條紋。當(dāng)光程差滿足?k?2dk?2?k?，k?1,2,?（4）時(shí)出現(xiàn)明條紋，由于一般測(cè)量時(shí)均使用暗條紋，所以對(duì)亮條紋不再詳述?？諝忾g隙層厚度dk和透鏡凸面曲率半徑r及干涉環(huán)暗條紋的半徑rk之間有著簡(jiǎn)單的2幾何關(guān)系，即：rk2?r2?(r?dk)2?2rdk?dk（5）因?yàn)閞d k，所以dk2?2rdk，略去dk2項(xiàng)，式（3）代入式（5）后，得出暗條紋的半徑為：rk2?kr?, k=0,1,2, （6）由式（6）可知，如果單色光源的波長(zhǎng)?已知，測(cè)出k級(jí)暗環(huán)的半徑rk，就可算出曲率半徑r；反之，如果r已知，測(cè)出rk后，就可計(jì)算出入射單色光源的波長(zhǎng)

9、?。但是用此測(cè)量關(guān)系式時(shí)往往誤差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的點(diǎn)接觸；接觸壓力會(huì)引起局部形變，使接觸處成為一個(gè)圓面，干涉中心為一暗斑，而不是一個(gè)暗點(diǎn)。或者空氣間隙層中有了塵埃，附加了光程差，干涉環(huán)中心為一亮（或暗）斑，這些原因均無法確定環(huán)的幾何中心。所以比較準(zhǔn)確的方法是測(cè)量?jī)砂淡h(huán)的直徑來計(jì)算。由（6）式得第k級(jí)暗環(huán)：dk2?4kr?(7)2對(duì)于第k+m 暗環(huán)：dk?m?4(k?m)r? (8)(8)式減（7）式得：22 dk? ?m?dk?4mr（9） 即可算出r或。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理一、單縫夫瑯和費(fèi)衍射. 調(diào)整光路圖4是實(shí)驗(yàn)裝置圖（圖中沒有聚焦透鏡，是因?yàn)榧す馐钠叫卸容^好,光束的發(fā)

10、散角很小,故省去）。調(diào)整儀器同軸等高；激光垂直照射在單縫平面上，接收屏與單縫之間的距離大于1m。觀察單縫衍射現(xiàn)象改變單縫寬度，觀察衍射條紋的變化，觀察各級(jí)明條紋的光強(qiáng)變化。測(cè)量衍射條紋的相對(duì)光強(qiáng)(1)本實(shí)驗(yàn)用硅光電池作為光電探測(cè)器件測(cè)量光的強(qiáng)度，把光信號(hào)變成電信號(hào)，再接入測(cè)量電路以測(cè)量光電信號(hào)。圖4衍射光強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)(2)測(cè)量時(shí)，從一側(cè)衍射條紋的第二個(gè)暗紋中心開始，記下此時(shí)鼓輪讀數(shù)，同方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，中途不要改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。每移動(dòng)0.1mm，讀取一次檢流計(jì)讀數(shù)，一直測(cè)到另一側(cè)的第二個(gè)暗紋中心。單縫寬度a的測(cè)量由于l1m，因此衍射角很小，?sin?xk，有: l? （10） 暗紋生成條件：asin?2

11、k2asin?k?則：a?k?lk?（11） ?xk式中l(wèi)是單縫到硅光電池之間的距離，xk為不同級(jí)次暗條紋相對(duì)中央主極大之間的距離。a是單縫的寬度。要求求出單縫寬度a，并表示成標(biāo)準(zhǔn)形式。數(shù)據(jù)記錄及處理自己設(shè)計(jì)表格，記錄數(shù)據(jù)，激光波長(zhǎng)=635nm。將所測(cè)得的i值做歸一化處理，即將所測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)中央主極大取相對(duì)比值i/io（稱為相對(duì)光強(qiáng)），在直角坐標(biāo)紙上描出i/iox曲線。(x為測(cè)量點(diǎn)到中央極大值點(diǎn)的距離)由圖中找出各次極大的位置與相對(duì)光強(qiáng)，分別與理論值進(jìn)行比較。單縫寬度的測(cè)量，從所描出的分布曲線上，確定 k=1，2，3時(shí)的暗紋位置xk，將xk值與l值代入公式（11）中，計(jì)算單縫寬度a，與實(shí)際值對(duì)比

12、，分析誤差原因。 二、牛頓環(huán)牛頓環(huán)的觀察與曲率半徑的測(cè)量光路調(diào)節(jié)的基本步驟如下:(實(shí)驗(yàn)裝置如下圖5所示)1。在光具座上安上改進(jìn)型讀數(shù)顯微鏡，牛頓環(huán)安裝在帶讀數(shù)的測(cè)量架上，放上光軌，鈉光燈置正前方，調(diào)節(jié)同軸等高，輕輕旋轉(zhuǎn)45o平面反射玻璃片,使鈉光燈發(fā)出的黃色光，篇二：基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告基 礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)姓名：許學(xué)號(hào)：18 應(yīng)物21班 達(dá)一實(shí)驗(yàn)儀器基礎(chǔ)光學(xué)軌道系統(tǒng)，基礎(chǔ)光學(xué)組合狹縫及偏振片，紅光激光器及光圈支架，光傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，科學(xué)工作室500或750接口，datastudio軟件系統(tǒng)二實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解并會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)器材，同時(shí)學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解基本

13、的光學(xué)現(xiàn)象，并掌握其物理機(jī)制。三實(shí)驗(yàn)原理單縫衍射：當(dāng)光通過單縫發(fā)生衍射，光強(qiáng)極?。ò迭c(diǎn)）的衍射圖案由下式給出asin=m (m=1,2,3），其中a是狹縫寬度，為衍射角度，是光波波長(zhǎng)。雙縫干涉：當(dāng)光通過兩個(gè)狹縫發(fā)生干涉，從中央最大值（亮點(diǎn)）到單側(cè)某極大值的角度由下式給出 dsin=m (m=1,2,3),其中d是狹縫間距，為從中心到第m級(jí)最大的夾角，是光波波長(zhǎng)，m為級(jí)數(shù)。光的偏振：通過第一偏振器后偏振電場(chǎng)為e0，以一定的角度穿過第二偏振器，則場(chǎng)強(qiáng)變化為e0cos,由于光強(qiáng)正比于場(chǎng)強(qiáng)的平方，則，第二偏振器透過的光強(qiáng)為i=i0cos2.四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程單縫衍射單縫衍射光強(qiáng)分布圖如果設(shè)單縫與接收屏的

14、距離為s,中央極強(qiáng)到光強(qiáng)極小點(diǎn)的距離為c,且sintan=c/s,那么可以推得a=sm/c.又在此次實(shí)驗(yàn)中，s=750mm,=6.5e(-4)mm,那么推得a=0.4875m/c,又由圖可知：當(dāng)m=1時(shí)，c=(88-82)/2=3mm,推得a=0.1625mm;當(dāng)m=2時(shí)，c=(91-79)/2=6mm,推得a=0.1625mm;當(dāng)m=3時(shí)，c=(94-76)/2=9mm,推得a=0.1625mm;當(dāng)m=4時(shí)，c=(96-74)/2=11mm,推得a=0.1773mm; 得到a的平均值0.1662mm,誤差e=3.9%。雙縫干涉雙縫干涉光強(qiáng)分布圖雙縫間距 如果設(shè)雙縫與接收屏的距離為s,中央極強(qiáng)

15、到單側(cè)極強(qiáng)點(diǎn)的距離為c,且sintan=c/s,那么可以推得d=sm/c.又在此次實(shí)驗(yàn)中，s=650mm,=6.5e(-4)mm,那么推得d=0.4225m/c，由圖可知：當(dāng)m=1時(shí)，c=(75-72)/2=1.5mm,推得d=0.2817mm;當(dāng)m=2時(shí)，c=(76-70)/2=3mm,推得d=0.2817mm;當(dāng)m=3時(shí)，c=(78-68)/2=5mm,推得d=0.2535mm;當(dāng)m=4時(shí)，c=(80-66)/2=7mm,推得d=0.2414mm;當(dāng)m=5時(shí)，c=(81-65)/2=8mm,推得d=0.2641mm;由此推得雙縫間距d的平均值0.2645mm,誤差e=5.8%。雙縫寬度 如果設(shè)雙縫與接收屏的距離為s,主級(jí)包絡(luò)極大值到第一級(jí)包