經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！目錄：摘要一、引言1111二、實驗目的三、實驗原理3.1多光束干涉原理3.23多光束干涉條紋的光強分布3.3F-P干涉儀的主要參數(shù)四、實驗儀器356五、實驗內(nèi)容65.1操作內(nèi)容65.2操作提示85.3操作注意事項六、數(shù)據(jù)處理91111121515176.1測定鈉光的波長差D常數(shù)6.2驗證D22ii1七、誤差分析八、實驗感想九、對本實驗的一點討論參考文獻法布里-珀羅干涉儀（F-P干涉儀）是一種具有很高的分辨本領(lǐng)通過采用由邁克爾遜干涉儀改裝而來的F-PD常數(shù)長差和驗證的實驗。通過本次實驗，不僅掌握了F-PD22ii1F-P探究薄膜反射率對于條紋細銳程度（波長分辨率）的影響。關(guān)鍵詞：F-P干涉儀計算機數(shù)值模擬薄膜反射率波長分辨率一、引言法布里—珀羅干涉儀（Fabry-PerotF-P要的應用，是制作光學儀器中干涉濾光片和激光共振腔的基本構(gòu)型。因此本實驗有著廣泛的應用背景。本實驗使用的F-P干涉儀是由邁克爾遜干涉儀改裝的。通過實驗，不僅可以學習、了解多光束干涉的基礎(chǔ)知識和物理內(nèi)容，熟悉諸如擴展光源的等傾角干涉、自由光譜范圍、分辨本領(lǐng)等基本概念，而且可以鞏固、深化精密光學儀器的調(diào)整和使用等諸多技能。二、實驗目的1、了解F-P干涉儀的特點和調(diào)節(jié)；2、用F-P干涉儀觀察多光束等傾干涉并測定鈉光雙線的波長差和膜厚；3、鞏固一元線性回歸方法在數(shù)據(jù)處理中的應用。三、實驗原理1、多光束干涉原理F-P干涉儀由兩塊平行的平面玻璃板或石英板組成，在其相對的1圖2.表面平行的介質(zhì)層中光的反射和折射多光束干涉的原理如圖2光，入射到高反射率的平面上后，光就在兩者之間多次往返反射，最后構(gòu)成多束平行的透射光3’、……。2ndcos（1）由光的干涉可知(k)2即透射光將在無窮遠或透鏡的焦平面上產(chǎn)生形狀為同心圓的等傾干涉條紋。多光束干涉條紋的光強分布下面來討論反射光和透射光的振幅。設(shè)入射光振幅為A，則反射光A的振幅為A，反射光A的振幅為Atrt，…；透射光的振幅'''A'11r2A為Att，透射光的振幅為Atrrt，…。式中，為光在界面r'''2上的振幅反射系數(shù)，為光在n-n’界面上的振幅反射系數(shù)，為光r't從n’進入n界面的振幅透射系數(shù)，為光從n進入n’界面的振幅t透射系數(shù)。為同心圓的干涉條紋，屬等傾干涉。透射光在透鏡焦平面上所產(chǎn)生的光強分布應為無窮系列光束A、A、A的相干疊加。可以證明透射光強最后可以寫成：123IIt（2）04RR)21sin22r式中，I為入射光強，R為光強的反射率。圖3表示對不20同的R值與位相差的關(guān)系。由圖可見，I的位置由決定，與R無tR率R越高，由透射光所得的干涉亮條紋就越細銳。3圖3.多光束干涉強度分布曲線020200一半，這時應滿足：2是一個約等于0的小量，0/2(d/2)故有：222R24d故可用微分代替,由（1）知d略去負號不寫（只考慮大?。⒂么?Rd2ndsin2ndsin（3）R它表明反射率Rd43、—P干涉儀的主要參數(shù)最大波長差和最小波長差，它們分別被稱為自由光譜范圍和分辨本領(lǐng)。①自由光譜范圍對一個間隔d確定的F-P疊或錯序），從而造成判斷困難，我們把剛能保證不發(fā)生重序現(xiàn)象所對應的波長范圍稱為自由光譜范圍。它表示用給定標準具研究波長在附近的光譜結(jié)構(gòu)時所能研究最大光譜范圍。可以證明：2（4）2nd②分辨本領(lǐng)表征標準具特性的另一個重要的參量是它所能分辨的最小波長差，就是說，當波長差小于這個值時，兩組條紋不再能分辨開。常稱為分辨極限，而把/稱作分辨本領(lǐng)。且可以證明：1RkR而分辨本領(lǐng)可由下式表示，即：Rk（5）1R/表示在兩個相鄰干涉條紋之間能夠被分辨的條紋的最大數(shù)5的反射率，R越大，能夠分辨的條紋數(shù)越多，分辨率越高。四、實驗儀器法布里-珀羅干涉儀（帶望遠鏡）、鈉燈（帶電源）、He-Ne激光器（帶電源）、毛玻璃（畫有十字線）、擴束鏡、消色差透鏡、讀數(shù)顯微鏡、支架以及供選做實驗用的濾色片（綠色）、低壓汞燈等。五、實驗內(nèi)容1、操作內(nèi)容（1）以鈉光燈擴展光源照明，嚴格調(diào)節(jié)F-P兩反射面、的平行度，獲得并研究光束干涉的納光等傾條紋；確定鈉雙線的波長差。為測量的判據(jù)。設(shè)雙線的波長為和，且.當空氣層厚度為d1212時，的第級亮條紋落在的+11kk122相對折射率n=1）2dcosk(k0.5)（6）1122dd當d時，又出現(xiàn)兩套條紋嵌套的情況。如這時kkkk0.5k0.5k1故（7）111222有2(dd)(kk)(k0.5k11226上述兩式相減得由此可得2d(k12k1,1k2d12故2122dcos(8)2d12DD2i12i常數(shù)，并且測定P、P的間距。122D是干涉圓環(huán)的亮紋直徑，。證明如下：DD22k1kkk/2。如k第k級亮紋條件為2，所以kk果用焦距為f的透鏡來測量干涉圓環(huán)的直徑D，則有1-18f2ndk2tanfkf即coskf2(D/2)2k考慮D/2/fk1，所以f11(2D2kf21ff2821()2kf由此可以得出，即2D8f22k74f2故DD22kk1它說明相鄰圓條紋直徑的平方差是與k無關(guān)的常數(shù)。由于條紋的確切序數(shù)k一般無法知道，為此可以令k=i+k是0為測量方便規(guī)定的條紋序號,于是2D2i這樣就可以通過i與4f/d2D2i道、和d三者中的任意兩個，就可以求出另一個。f2、操作提示（1）、F-P干涉儀的調(diào)節(jié)本實驗用望遠鏡觀察F-P分為三步：粗調(diào)：按圖7動輪使P1P2≈1-2mm；使個）和微調(diào)螺釘（2個）處于半松半緊的狀態(tài)，保證它們有合適的松緊調(diào)節(jié)余量。細調(diào)：仔細調(diào)節(jié)P1、P2背面的6個方位螺釘，用眼睛觀察透射光，使十字像重合，這時可以看到圓形的干涉條紋，這一步必須有足夠的細心和耐心。微調(diào)：徐徐轉(zhuǎn)動P2的拉簧釘進行微調(diào)，直到眼睛上下左右移83、操作注意事項1F-P干涉儀是精密的光學儀器，必須按光學實驗要求進行規(guī)范○93○經(jīng)教師檢查后，注意規(guī)整好儀器。六、數(shù)據(jù)處理（一）測定鈉光波長差1.原始數(shù)據(jù)列表I125.492496234525.772626.054826.344826.617168579di/mm26.8955127.179527.458227.742128.026220512.數(shù)據(jù)處理由實驗原理知：2did2di02令，iXdY,b2i則由原始數(shù)據(jù)可知，X-Ym2XY所以mb4X2X2589.3nm5.89310m又因為72所以b6.1793810m10XY相關(guān)系數(shù)1r(X2XYY)222顯示X與Y具有相當強的線性相關(guān)性3.計算不確定度11b的A類不確定度：b的B類不確定度：u(b)b(3.84281910m7k2ra20.00005103u(b)bm2.886710m83b的合成不確定度：ub)ub)ub)3.85364910m227abub))m則u(13b所以，最終的結(jié)果表述為：u()(6.1790.008)m10D常數(shù)（二）驗證，測定P1.P2間距D2i12i1.原始數(shù)據(jù)列表15d左i/mm30.83930.51130.24329.95429.60910d左i/mm29.28328.89528.48228.15627.6931514131211d右i/mm14.14814.47314.79115.07615.417107676d右i/mm15.70516.02616.46816.88317.2592.對原始數(shù)據(jù)初處理列表如下：iDi/mmi1516.69116.03815.45214.87814.1921013.57812.86912.01411.27310.4341514131211278.589257.217238.764221.354201.41276Di/mmiD/22i184.362165.611144.336127.080108.86808162053363采用一元線性回歸法進一步處理實驗數(shù)據(jù)（單位統(tǒng)一化為m）D/22i4f4f22i,令ix,Dy,則b由D22ndii由2中計算所得的數(shù)據(jù)求得：x10.5y104x118.52y4.006282.178721103xy則b105x2x24f2d3.03633910m3所以bxy相關(guān)系數(shù):1r(xxyy)22224.不確定度的計算b的A類不確定度：11(1.200899410mu(b)b7k2ra20.0005103u(b)m2.8867510m7b的B類不確定度：b的合成不確定度：3bub)ub)ub)3.12657710m227abub)u(d)d5.0612810m5所以b所以，最終的結(jié)果為：du(d)(3.040.05)m3DD常數(shù)由知i與之間為線性關(guān)系，所以22i1成立。r1D2ii七、誤差分析1、實驗過程中調(diào)出的兩套鈉光干涉條紋不穩(wěn)定，使得嵌套的最仍然像是最佳嵌套位置。由此帶來一定的誤差。干涉儀兩反射面的平行度不能實現(xiàn)理想的嚴格平行，所以產(chǎn)生誤差；4、實驗觀察到的條紋很細，尤其是距離較遠的時候，很難確定d縮小測量的方法；5、由于觀察時桌子的晃動而產(chǎn)生誤差；6、操作過程中對十字叉絲與圓環(huán)相切的位置判斷不準確帶來的誤差。八、實驗感想F-P干涉儀是利用干涉原理測量光程之差從而測定有關(guān)物理量的光學儀器。其用途十分廣泛，主要有1、長度的精密測量；2、折射率的測定；3、波長的測量；4、檢驗光學元件的質(zhì)量；5、用作高分辨率光譜儀等作用。正是因為F-P干涉儀的用途廣泛、功能豐富、精度高，所以是科研工作中的一樣非常重要的儀器。DD常數(shù)22的實驗ii1調(diào)好，重新調(diào)整之后，卻依然只能在視野中觀察到一半的圓環(huán)圖像。DD常數(shù)由此可見，自準直的調(diào)節(jié)是用激光驗證22實驗的關(guān)ii1鍵。后期的實驗數(shù)據(jù)處理采用電腦利用EXCEL表格處理，過程明了，同時也讓我加固了采用一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)的實驗方法。F-P差的能力。九、對本實驗的一點討論規(guī)范實驗操作的重要性本實驗中所采用的法布里—珀羅干涉儀是由邁克爾遜干涉儀改干涉儀在測定鈉黃光波長現(xiàn)象。所以，如果在實驗過程中規(guī)范操作，掌握一定的操作技巧，不僅可以減少不必要的誤差，也有助于我們快速調(diào)整出實驗現(xiàn)象。首先將實驗儀器擺放到合適的位置（如上圖4所示），目測調(diào)整干涉儀和望遠鏡大致在同一條直線上，隨后將F-P干涉儀上的兩個微調(diào)螺釘擰開約2~3螺紋，使其處于半松半緊的狀態(tài)，驗現(xiàn)象。反射面P1，P2平行度的調(diào)整是觀察等傾干涉條紋的關(guān)鍵。通過仔細調(diào)整P1，P2背面的6個方位螺釘，使十字像重合。在此步驟中需要實驗者距離P1，P2板稍遠的距離進行觀察，如果忽視這一點，距離P1，P2板較近，則觀察調(diào)整的十字重合可能并不嚴格，導致在若采用計算機數(shù)值計算的方法便可分別模擬多光束與雙光束等傾干中，薄膜反射率對波長分辨率的影響。對于邁克爾遜等傾干涉實驗，兩束光的光程差為：（1）L2nhcosi因此，兩束光的相位差為：4nhcosi（2）L其中，折射率為空氣膜的厚度，為光的傾角。（3）IIcos/2)20若在透鏡后焦面上建立xy平面坐標，并選取坐標原點在透鏡光軸上，透鏡焦距為f，則任意一點對應的光傾角為：xy22（4）iarctan()f因此可以根據(jù)（2）（3）（4）式計算透鏡后焦面上任意一點的相對光強值。對于法布里-珀羅干涉實驗，其光強值為：I(5)IT04Rsin/2)21R)2其中，R為兩玻璃片內(nèi)表面的光強反射率；為相鄰兩透射光的圖6.雙光束干涉條紋圖7.多光束