口目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 光學(xué)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 3二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 4?2.1、實(shí)驗(yàn)1 42.2、實(shí)驗(yàn)2 9?2.3、實(shí)驗(yàn)3 12?2.4、實(shí)驗(yàn)4 192.5、實(shí)驗(yàn)5 22\o"CurrentDocument"三、 附錄 25?26四、感想

?26一、光學(xué)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：在進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的基礎(chǔ)知識(shí)、操作方法和調(diào)試技巧進(jìn)行學(xué)習(xí)，以便更快地入手實(shí)驗(yàn)和避免因操作不當(dāng)而造成光學(xué)元器件的不可修復(fù)性損壞。尤其對(duì)于初學(xué)光學(xué)者更要在實(shí)驗(yàn)之前閱讀這些內(nèi)容，并且在實(shí)驗(yàn)中遵守這些規(guī)則。透鏡、波片、偏振片和光柵等光學(xué)元件大多數(shù)都是由光學(xué)玻璃材料經(jīng)拋光、鍍膜、掩膜復(fù)制等工藝制成的，是極為精密的器件，機(jī)械性能和化學(xué)性能都很差。光學(xué)元件表面被沾污或污染都將影響光的透過(guò)率與反射率等參數(shù),它經(jīng)不起摩擦、化學(xué)腐蝕與強(qiáng)烈的沖擊和碰撞。為了安全使用光學(xué)元件和光學(xué)儀器，必須遵守下面的原則：必須在熟悉儀器的性能與使用方法之后才能進(jìn)行使用與操作；輕拿輕放，勿使儀器或光學(xué)元器件受到?jīng)_擊、碰撞，特別注意不能從手中滑落；不使用時(shí)要及時(shí)將光學(xué)元件放回包裝盒內(nèi)，長(zhǎng)期閑置不用應(yīng)該將其放入干燥皿中保存；手拿光學(xué)元器件時(shí)切忌用手觸摸“工作面”，以防臟污甚至腐蝕光學(xué)面造成永久的損壞；如發(fā)現(xiàn)光學(xué)元器件的工作面有灰塵，要用專(zhuān)用的干燥脫脂棉輕輕擦拭或用橡皮球吹去，不要用嘴去吹；如發(fā)現(xiàn)光學(xué)表面上已被輕微污染或有較輕的印記，可以用清潔的鏡頭紙輕輕拂去，擦試時(shí)不能加太大的壓力以免光學(xué)表面被劃傷（一般光學(xué)玻璃比普通窗玻璃硬度軟），更不要用普通紙、手帕、毛巾或衣物等進(jìn)行擦拭；在對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要耐心細(xì)致，邊調(diào)整，邊觀察，動(dòng)作要輕、柔、慢，不要粗魯與盲目操作；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)反常的特殊現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)將現(xiàn)象記錄或存儲(chǔ)下來(lái)，向指導(dǎo)教師請(qǐng)教或分析；使用完儀器設(shè)備后應(yīng)當(dāng)及時(shí)整理，放回原處，防止灰塵污染。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1、實(shí)驗(yàn)1單縫衍射的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康内嘤^測(cè)單縫衍射現(xiàn)象，研究激光通過(guò)單縫形成的衍射圖樣的光強(qiáng)分布和規(guī)律。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卩夫瑯和費(fèi)單縫衍射的觀察與測(cè)量改變縫寬，測(cè)量光強(qiáng)隨位置變化的曲線圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)原理 圖14-1不同寬度單縫的衍射圖樣用散射角極小準(zhǔn)直性很好的激光做光源，照在一個(gè)寬度可調(diào)的豎直單縫上，在離狹縫較遠(yuǎn)的距離放置一接收屏，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪收縮縫寬可以在屏上觀察到一組衍射圖樣，從（a）到（d）對(duì)應(yīng)狹縫的寬度由大到小收縮變化，中心亮條紋由小到大向左右兩側(cè)水平展開(kāi)，同時(shí)出現(xiàn)一系列明暗相間的結(jié)構(gòu)，（如圖 圖14-1不同寬度單縫的衍射圖樣圖14-2實(shí)驗(yàn)觀察到的單縫衍射的光強(qiáng)分布圖當(dāng)光通過(guò)一狹縫時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射光，衍射圖樣中的極小值對(duì)應(yīng)的角度由下式給出:(14-1)asin,=mk (m=1,2,3,...)(14-1)這里a表示縫寬，0表示圖樣中心到第m級(jí)極小間的夾角，人表示光的波長(zhǎng)，m表示級(jí)次見(jiàn)

圖14-2所示。通常因?yàn)檠苌浣嵌容^小，可以假設(shè):sin圖14-2所示。通常因?yàn)檠苌浣嵌容^小，可以假設(shè):sin。就tan€根據(jù)三角關(guān)系有:(14-2)a,性 (m,1,2,3,...)(14-3)(14-3)這里a為狹縫寬度，m為衍射級(jí)次，y表示衍射中心到第m級(jí)極小間的距離，D表示從狹縫到光電傳感器的距離，單縫衍射的如圖所示。其光強(qiáng)分布的理論公式為：Isin2u(14-4)0U(14-4)?asin€其中U—式中a為單縫的寬度，人為光的波長(zhǎng)，€為衍射角，10為正入射（即€=0）時(shí)的入射光強(qiáng),sin2u ]_u2被稱(chēng)為單縫衍射因子，表征衍射光場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)相對(duì)光強(qiáng)（即‘°）的強(qiáng)弱。注意事項(xiàng)卩1、 不要用肉眼直視激光器輸出光，防止造成傷害。2、 儀器放置處不可長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光照射。3、 激光器發(fā)出的光束應(yīng)平行于工作平臺(tái)的工作面。4、 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中的部件的中心，保證光束垂直入射到接收器上。5、 注意，在插拔線時(shí)，先關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)步驟1、夫瑯和費(fèi)單縫衍射的觀察與測(cè)量選用半導(dǎo)體激光器、單縫模板、接收屏、二維手動(dòng)掃描平臺(tái)、光電傳感器和光電轉(zhuǎn)換器以及光具座組裝測(cè)量裝置，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器、可調(diào)狹縫、接收屏和光電傳感器之間的位置,接通激光器電源，調(diào)節(jié)光路，使測(cè)量系統(tǒng)等高和共軸。選擇狹縫調(diào)到某一寬度，從接收屏上觀測(cè)到清晰的單縫衍射圖樣后，從光學(xué)導(dǎo)軌上取下接收屏，調(diào)節(jié)手動(dòng)掃描平臺(tái)，使衍射光斑照在光電傳感器前的入射狹縫上。光電轉(zhuǎn)換器的輸出端接光功率計(jì)，接通電源和開(kāi)關(guān)。選擇合適的入射光孔和光電傳感器的放大倍數(shù)，確保在最小光強(qiáng)和最大光強(qiáng)處測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度不出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，以便測(cè)得完好的衍射圖象。一般光電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓不超過(guò)6V。單縫板中的細(xì)縫不要人為損壞，弄臟后需用酒精棉小心檫洗。用卷尺多次測(cè)量狹縫到光電傳感器的距離，計(jì)算其平均值D。調(diào)節(jié)手動(dòng)掃描平臺(tái)，使光學(xué)傳感器處于適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄒ话阍谘苌浼?jí)次m>5）；然后通過(guò)掃描平臺(tái)側(cè)面的手輪緩慢調(diào)節(jié)光電傳感器的水平位置，進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，使衍射斑光強(qiáng)的極大值依次通過(guò)光傳感器，測(cè)量的相對(duì)光強(qiáng)從萬(wàn)用表中讀出，每移動(dòng)0.1或0.2mm記錄一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄在表格14-1中。把水平位移值作為x軸，相對(duì)光強(qiáng)作為j軸，作出光強(qiáng)隨位置變化的曲線圖。2、 改變縫寬，測(cè)量光強(qiáng)隨位置變化的曲線圖（1） 觀測(cè)不同縫寬時(shí)，衍射光強(qiáng)分布的特點(diǎn)與規(guī)律。（2） 計(jì)算各種縫寬時(shí)，各衍射級(jí)次的相對(duì)光強(qiáng)。（3） 比較理論計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值，分析誤差的主要來(lái)源。3、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1） 用表14-1的數(shù)據(jù)，以橫坐標(biāo)值為x軸，光強(qiáng)值為j軸，作出單縫衍射圖像；建議學(xué)生把測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入到Excel上，然后自動(dòng)生成曲線圖。（2） 從表14-1中或者從所描繪的曲線中找出衍射一級(jí)極小填入表格14-2中，分別記下衍射中心左側(cè)（橫坐標(biāo)值（XL））和右側(cè)（橫坐標(biāo)值（XR））一級(jí)極小的橫坐標(biāo)值和光強(qiáng)值。X+X（3） 用同級(jí)次條紋間的距離除以2,求得從圖樣中心到第一級(jí)極小的距離：L2R。（4） 計(jì)算激光波長(zhǎng)，誤差大小以及分析誤差來(lái)源。表14-1單縫衍射的光強(qiáng)隨位置變化的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄：（詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄一）由上圖得，圖樣中心到第一級(jí)極小的距離為：y=（26.7-20.6）：2=3.05mm由a=0.081mm,D=34.8cm得： 入=（aXy）：D=709.9nm測(cè)量誤差：（709.9-650）9650=9.2%誤差來(lái)源：從圖形可以看出，曲線很好地說(shuō)明了單縫衍射現(xiàn)象，測(cè)量y和D帶來(lái)的誤差較小，而測(cè)量單縫縫寬的螺旋測(cè)微器不太準(zhǔn)確，引起了較大誤差。

表14-2單縫衍射的一級(jí)極小測(cè)量數(shù)據(jù)記錄:縫到傳感器的距離123平均值D(cm)34.8034.8034.8034.80一級(jí)極小衍射中心左側(cè)橫坐標(biāo)值(XL)光強(qiáng)值20.6mm2.1收衍射中心右側(cè)橫坐標(biāo)值(XR)光強(qiáng)值26.7mm1.2收角寬度e1.0°單縫縫寬(mm)0.081計(jì)算激光的波長(zhǎng)(nm)709.94、用單縫衍射原理進(jìn)行縫寬測(cè)量根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，把激光波長(zhǎng)入當(dāng)成定值，通過(guò)衍射圖象來(lái)對(duì)未知縫寬進(jìn)行測(cè)量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并做誤差分析。其中，D=33.1cm，理論值a=98^mo圖樣中心到第一級(jí)極小的距離為：y=(27.3-21.8)：2=2.75mma=(入XD)：y=85.45卩m誤差：(98-85.45)998=12.8%誤差分析：測(cè)量波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)影響這次實(shí)驗(yàn)，另外，估讀也帶來(lái)一定的誤差。這次實(shí)驗(yàn)的理論值不是精確值，引起誤差。

2.2、實(shí)驗(yàn)2光柵衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)康内嘤^察光柵衍射現(xiàn)象，研究光柵衍射規(guī)律及其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卩光柵衍射的觀察實(shí)驗(yàn)原理光柵的衍射即為夫瑯和費(fèi)多縫衍射，與雙縫衍射類(lèi)似，它包含了單縫衍射和多縫干涉兩個(gè)方面，體現(xiàn)了典型的分波陣面多光束干涉的特性。相鄰兩縫的中心距離為也相鄰兩狹縫中心到接收屏P點(diǎn)的相位差&為：5=奪dsin0因入射波面被多縫分割，每條狹縫成為一子波源，P點(diǎn)的光振幅應(yīng)為多條狹縫在P點(diǎn)振幅的疊加，設(shè)每條狹縫對(duì)P點(diǎn)的貢獻(xiàn)均相同，記為C,但各狹縫在P點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)依次有位相差€，N個(gè)有位相差€的小矢量白相加，可得P點(diǎn)的合振幅為：(14-9)N(14-9)sin A=a 2-.€

sin—2需要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)€并非小量，故sin不能近似為2,式（14-9）是多縫干涉的結(jié)果,考慮到單縫衍射因子的調(diào)制作用，多縫的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光強(qiáng)分布為:Isin2Isin2u0U2?N€sin——(14-10)其中:兀asin0其中:兀asin0(14-11)2丸€=--dsin0。當(dāng)狹縫數(shù)N（大約為：102-103條）非常大時(shí)主極大非常細(xì)，這是多光束干涉的重要特征。圖14-5譜線的半角寬度當(dāng)€=2kn時(shí)，干涉為主極大，此時(shí)：dsin0=m, m=0,土1,土2,…公式（14-11）被稱(chēng)為光柵方程，其中d為光柵常數(shù)，1為光的波長(zhǎng)，0為衍射角。光柵作為

光柵光譜儀的關(guān)鍵元件，直接影響到光譜的分辨率，光譜線的半角寬度60（見(jiàn)圖14-5所示）為:60Ndcos0k(14-12為:60Ndcos0k(14-12)能分辨的最小角度差為:?0mdcos0(14-13)儀器能分辨最小波長(zhǎng)差的能力，決定了儀器的分辨率，這種分辨率稱(chēng)之為色分辨率。光譜儀器的色分辨率定義為： R光譜儀器的色分辨率定義為： R=成14-14)將光的波段推廣到X射線，周期性排列的原子結(jié)構(gòu)就是很好的三維光柵，布拉格對(duì)晶體的X射線做了深入的研究，并將光柵衍射公式（14-11）運(yùn)用到晶體的微觀結(jié)構(gòu)分析之中dsin0=m， m=0,±1,土2,…此式又稱(chēng)為布拉格衍射公式，式中，為X射線的波長(zhǎng)，d為晶格常數(shù)。由此可知，只要知道X射線的波長(zhǎng)，由X射線衍射的強(qiáng)度分布就可以得出晶體的晶格常數(shù)，或者說(shuō)就可得知晶體微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息。注意事項(xiàng)］1、 不要用肉眼直視激光器輸出光，防止造成傷害。2、 儀器放置處不可長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光照射。3、 激光器發(fā)出的光束應(yīng)平行于工作平臺(tái)的工作面。4、 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中的部件的中心，保證光束垂直入射到接收器上。5、 注意，在插拔線時(shí)，先關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)步驟1、 將半導(dǎo)體激光器、光柵、接收屏安放在光學(xué)道軌上，調(diào)節(jié)它們的高低和方向，使它們同軸。2、調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器、一維光柵（或二維光柵）、接收屏的位置。3、 接通半導(dǎo)體激光器的電源,通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器后面的調(diào)節(jié)螺釘使光束通過(guò)光柵中心。4、 通過(guò)接收屏觀測(cè)光柵衍射圖樣，并記錄相關(guān)圖象。5、 測(cè)量光柵常數(shù)。兩亮點(diǎn)間距的3倍L4-L1L5-L2L6-L3長(zhǎng) 度14.3mm14.2mm14.0mm光柵與光屏之間的距離為：d=28.9cm光柵衍射兩亮點(diǎn)之間的平均距離為：y=（14.3+14.2+14.0）：9=5.83mm光柵常數(shù)為：d=（入XD）：y=32.2卩m2.3、實(shí)驗(yàn)3光的偏振實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 觀察光的偏振現(xiàn)象，驗(yàn)證馬呂斯定律2、 了解波片的作用3、 了解和掌握偏振光的產(chǎn)生和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 偏振光的產(chǎn)生與鑒別2、 自然光轉(zhuǎn)化為線偏振光的方法3、 加起偏鏡產(chǎn)生偏振光4、 晶體起偏5、 線偏振光轉(zhuǎn)化成圓偏振光6、 線偏振光轉(zhuǎn)化成橢圓偏振光7、 光的偏振狀態(tài)的測(cè)量8、 驗(yàn)證馬呂斯定律實(shí)驗(yàn)原理1、自然光與偏振光麥克斯韋指出光波是一種電磁波，電磁波是橫波，即相互垂直的振動(dòng)矢量電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H均垂直于波傳播方向。由于光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中反應(yīng)比較明顯的是電矢量E,故此，常用E表征光波振動(dòng)矢量，簡(jiǎn)稱(chēng)光矢量。一般光源發(fā)射的光波，其光矢量在垂直于傳播方向上的各向分布幾率相等，這種光就稱(chēng)為自然光。光矢量在垂直于傳播方向上有規(guī)則變化則體現(xiàn)了光波的偏振特性。如果光矢量方向不變，大小隨相位變化，這時(shí)在垂直于光波傳播方向的平面上光矢量端點(diǎn)軌跡是一直線，則稱(chēng)此光為線偏振光（平面偏振光）。如果其光矢量是隨時(shí)間作有規(guī)律的改變，光矢量的末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡是圓或者橢圓，這樣的光相應(yīng)的被稱(chēng)為圓偏振光或者橢圓偏振光。介于偏振光和自然光之間的還有一種部分偏振光，其光矢量在某一確定方向上最強(qiáng)，亦即有更多的光矢量趨于該方向。任一偏振光都可以用兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直，相位有關(guān)聯(lián)的線偏振光來(lái)表示。圖14-6線偏振光及圖示法2、起偏與檢偏馬呂斯于1809年就在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象，確定了偏振光強(qiáng)度變化規(guī)律（即馬呂斯定律）。光具有偏振性和光的橫波性的發(fā)現(xiàn)，在科學(xué)上具有極其重要的意義。它不但豐富了光的波動(dòng)說(shuō)的內(nèi)容，而且具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。能將自然光變?yōu)槠窆獾钠骷Q(chēng)為起偏器，用于檢驗(yàn)偏振光的器件稱(chēng)為檢偏器。偏振器允許透過(guò)的光矢量方向?yàn)槠渫腹廨S。當(dāng)一線偏振光垂直入射于單軸晶體，即e光和。光之主

平面重合，若線偏振光之光矢量A與主平面的夾角為6,如圖14-7所示，圖中PP'為主平面。圖14-7馬呂斯定律起偏器檢偏器圖14-8偏振光的檢測(cè)圖14-7馬呂斯定律起偏器檢偏器圖14-8偏振光的檢測(cè)偏振光電場(chǎng)。的該分量E，可以由下式得出：E因?yàn)楣鈴?qiáng)度隨電場(chǎng)的平方而變化，所以透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)就可由下式得出:(14-15)這里，1。是透過(guò)起偏器的光強(qiáng)，€是兩個(gè)偏振器的偏振軸之間的夾角。考慮兩種極端的情況：如果€等于零，檢偏器與起偏器光軸平行，cos2€的值等于1,則透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)等于透過(guò)起偏器的光強(qiáng)度。這種情況下，透射光的強(qiáng)度達(dá)到最大值。如果€,90。，檢偏器和起偏器的光軸垂直，cos2€的值等于零，則沒(méi)有光通過(guò)第二個(gè)偏振片。這種情況下光的強(qiáng)度達(dá)到最小值。根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，可以區(qū)別光的不同偏振狀態(tài)。對(duì)偏振光檢驗(yàn)的方法如表14-5所示。3、波片波片是由雙折射晶體制成的平板狀光學(xué)元件，其厚度為d且光軸平行于表面，也稱(chēng)位相延遲器。如圖14-9所示，光軸為ZZ'方向，有一平面偏振光垂直入射，光矢量A向上，與光軸夾角為6。則入射光在晶片表面即分解為e光和。光，均沿原方向傳播。但在晶片中，其傳播速度是不同的。經(jīng)過(guò)厚度為d的路程后，兩束光的位相差為一:(n0-ne)d其中入為真空中的波長(zhǎng)，對(duì)于確定的雙折射晶體，ne，no已確定，其位相差5隨晶片厚度d而變化。若n>ne（負(fù)晶體），則8>0，表示e光超前；若no<ne（正晶體），則8<0,表示。光超前。調(diào)節(jié)厚度d，可以做成四分之一波片（簡(jiǎn)稱(chēng)X/4波片），二分之一波片（簡(jiǎn)稱(chēng)X/2波片）和全波片，其條件分別為：

表14-5偏振光的檢驗(yàn)第一步令入射光通過(guò)偏振片I,改變偏振片I的透振方向Pl，觀察透射光強(qiáng)度的變化觀察到的現(xiàn)象有消光強(qiáng)度無(wú)變化強(qiáng)度有變化，但無(wú)消光結(jié)論線偏振自然光或圓偏振光部分偏振光或橢圓偏振光第二步a.令入射光依次通過(guò)X/4片和偏振片II,改變偏振片II的透振方向P2，觀察透射光的強(qiáng)度變化。b.同a,只是X/4片的光軸方向必須與第一步中偏振片I產(chǎn)生的強(qiáng)度極大或極小的透振方向重合。觀察到的現(xiàn)象有消光無(wú)消光有消光無(wú)消光結(jié) 論圓偏振光自然光橢圓偏振光部分偏振光圖14-9波注：表中區(qū)分部分偏振光和橢圓偏振光，自然光和圓偏振光的方法是根據(jù)部分偏振光、自然光經(jīng)波晶片分解的兩個(gè)垂直振動(dòng)Eo和Ee圖14-9波為;4波片： (n-n)d=為；4+k人或,=二(n-n)d=生+2丸"2波片： (n-n)d=人；2+k人或8^―—(n-n)d=(2k+1)€oe 人oe2丸全波片： (n-n)d=k" 或,=〒(n-n)d=2k€oe 人oe注意事項(xiàng)1、 不要用肉眼直視激光器輸出光，防止造成傷害。2、 儀器放置處不可長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光照射。3、 激光器發(fā)出的光束應(yīng)平行于工作平臺(tái)的工作面。4、 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中(偏振片、波片、接收器等)的部件的中心，保證光束垂直入射到接收器上。5、 實(shí)驗(yàn)中，若偏振片旋轉(zhuǎn)360°過(guò)程中出現(xiàn)二極大值不相等，微微轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片的支架,改變?nèi)肷涔獾娜肷浣?，即可獲得滿意的效果。6、 注意，在插拔線時(shí)，先關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)步驟］1、自然光轉(zhuǎn)化為線偏振光的方法 當(dāng)自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射或折射時(shí)，入射角達(dá)到一定的特定值時(shí)，反射光為線偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面，稱(chēng)布儒斯特定律，對(duì)應(yīng)的入射角稱(chēng)為布儒斯特角滿足以下公式 tg^=n2/n1 (14-16)當(dāng)光從空氣向玻璃入射時(shí)n=1.54的玻璃板時(shí)，6=57。稱(chēng)此角為布儒斯特角。即自然光以布儒斯特角入射到玻璃上，反射的光變成線偏振光，檢驗(yàn)是否是線偏振光，在其后加一檢偏鏡,在檢偏鏡后放一白屏，光線通過(guò)檢偏鏡，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡在白屏上看到有明暗的變化的光場(chǎng)（若 將白屏換成光電接收器，在功率計(jì)顯示值有大小的變化）。圖14-10布儒斯特定律2、 加起偏鏡產(chǎn)生線偏振光 自然光變成線偏振光，在其后加一個(gè)起偏鏡，檢驗(yàn)是否是線偏振光在其后再加一個(gè)檢偏 鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)其中之一（即起偏或檢偏）出射的光強(qiáng)發(fā)生明暗的變化。 Q光源 起偏鏡 檢偏鏡 白屏圖14-11檢偏 常用的偏振片是由聚乙烯醇膠膜在碘溶液里浸泡，在高溫下拉伸，在拉伸時(shí)這些鏈狀分 子被拉直，并平行排列在拉伸方向上，拉伸過(guò)的膠膜只允許振動(dòng)取向平行的分子排列方向（此 方向稱(chēng)偏振光的偏振軸）的光通過(guò)，利用它獲得偏振光。3、 線偏振光轉(zhuǎn)化成圓偏振光 首先，將起偏鏡和檢偏鏡調(diào)成正交狀態(tài)（即旋轉(zhuǎn)起偏或檢偏），此時(shí)在白屏上出現(xiàn)暗場(chǎng), 這是因?yàn)閮蓚€(gè)鏡的偏振方向互相垂直（若平行時(shí)白屏上的光場(chǎng)最亮），在兩個(gè)鏡之間加一個(gè)X/4,當(dāng)加上燈4波片時(shí)光場(chǎng)發(fā)生變化，由最暗變成一些亮光，旋轉(zhuǎn)燈4使光場(chǎng)（白屏）最暗, 此時(shí)入/4波片的偏振方向與起偏鏡的偏振方向（即線偏光的偏振方向）互相垂直，旋轉(zhuǎn)入/4波片，在原來(lái)的角度上再旋轉(zhuǎn)45度。此時(shí)，從燈4波片出射的光就是圓偏振光。旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，此時(shí)在屏上看到的光場(chǎng)強(qiáng)度不變。4線偏振光轉(zhuǎn)化成橢圓偏振光 調(diào)節(jié)方法與調(diào)節(jié)圓偏振光相同，不同的地方是加入燈4波片后偏振方向與線偏振光不是成45度角，而是其它角度，此時(shí)，從燈4波片出射的光就是橢圓偏振光。當(dāng)旋轉(zhuǎn)檢偏鏡時(shí), 在白屏光場(chǎng)上會(huì)出現(xiàn)有時(shí)亮，有時(shí)暗的強(qiáng)弱變化，這是因?yàn)闄E圓偏振光長(zhǎng)軸方向與短軸方向,光強(qiáng)度不同的結(jié)果。irnm— "■!rmrrr ————— 一r——— i-ri-riff——光源起偏鏡 】"瓦 檢偏擾 白鮮圖14-12橢圓偏振光的獲得

5光的偏振狀態(tài)的測(cè)量按照偏振光的特性調(diào)好光路后，即可通過(guò)光電轉(zhuǎn)換輸出顯示系統(tǒng)來(lái)記錄光的特性了。記錄光的特性時(shí)，首先記錄待旋轉(zhuǎn)的手動(dòng)旋轉(zhuǎn)架的起始位置，然后每旋轉(zhuǎn)一定角度記錄下角度值和對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換輸出示值,旋轉(zhuǎn)角度間隔可根據(jù)要求測(cè)量的曲線的精確程度決定，直到旋轉(zhuǎn)滿360度，即完成一次測(cè)量。測(cè)量之后，將記錄值在分別以角度為橫坐標(biāo)，以能量示值為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系內(nèi)描出相應(yīng)的點(diǎn)，然后連成曲線，即可根據(jù)曲線特性判斷出光的偏振狀態(tài)。6線偏振光用描點(diǎn)法畫(huà)出線偏振光特性曲線。旋轉(zhuǎn)檢偏器一周選取任意個(gè)多點(diǎn)，從表頭上讀取出其輸出值備用。用描點(diǎn)法繪出特性曲線。記錄出的點(diǎn)數(shù)越多，越接近實(shí)際圖形。表14-6線偏振光角度0510152025303540455055能量306299292281266252232207179152127101角度60657075808590能量網(wǎng)74553520820.2由圖可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)很好地符合馬呂斯定律。7橢圓偏振光按照線偏振光轉(zhuǎn)化成橢圓偏振光中所介紹的調(diào)節(jié)橢圓偏振光的方法調(diào)出橢圓偏振光，而后用描點(diǎn)法畫(huà)出特性曲線。旋轉(zhuǎn)檢偏器一周選取任意個(gè)多點(diǎn)，從表頭上讀取出其輸出值備用。用描點(diǎn)法繪出特性曲線。記錄出的點(diǎn)數(shù)越多，越接近實(shí)際圖形。表14-7橢圓偏振光角度0510152025303540455055能量8.27.77.26.86.76.25.65.14.53.732.3角度60657075808590能量網(wǎng)1.81.20.90.60.40.30.3

2.4、實(shí)驗(yàn)4透鏡焦距測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模輰W(xué)習(xí)和掌握透鏡焦距測(cè)量的原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容透鏡焦距測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理1、薄透鏡成像公式通過(guò)透鏡中心并垂直于鏡面的幾何直線稱(chēng)做透鏡的主光軸。平行于主光軸的平行光經(jīng)凸透鏡折射后會(huì)聚于主光軸上的一點(diǎn)F,這點(diǎn)就是該透鏡的焦點(diǎn)，如圖14-13。一束平行于凹透鏡主光軸的平行光，經(jīng)凹透鏡折射后成為發(fā)散光，將發(fā)散光反向延長(zhǎng)交于主光軸上的一點(diǎn)F,稱(chēng)為凹透鏡的焦點(diǎn)，如圖14-14o從焦點(diǎn)到透鏡光心0的距離稱(chēng)為該透鏡的焦距人圖14-13凸透鏡的焦點(diǎn)和焦距圖14-13凸透鏡的焦點(diǎn)和焦距圖14-14凹透鏡的焦點(diǎn)和焦距當(dāng)透鏡的厚度與其焦距相比為甚小時(shí)，這類(lèi)透鏡稱(chēng)為薄透鏡。在近軸光線的條件下，其成像規(guī)律為透鏡成像的高斯公式:(14-16)式中，當(dāng)透鏡的厚度與其焦距相比為甚小時(shí)，這類(lèi)透鏡稱(chēng)為薄透鏡。在近軸光線的條件下，其成像規(guī)律為透鏡成像的高斯公式:(14-16)式中，f是薄透鏡焦距；”是像距；、是物距，如圖14-15所示f€_!!_s一s(14-17)應(yīng)用上式時(shí)，必須注意各物理量所使用的符號(hào)定圖應(yīng)用上式時(shí)，必須注意各物理量所使用的符號(hào)定圖14-15薄透鏡成像原理則，一般規(guī)定：光線自左向右進(jìn)行，距離自參考點(diǎn)(透鏡光心)量起，向左為負(fù)，向右為正，即距離與光線進(jìn)行方向一致時(shí)為正，反之為負(fù)。運(yùn)算時(shí)已知量須添加符號(hào)，未知量則根據(jù)求

得結(jié)果中的符號(hào)判斷其物意義。2、凸透鏡焦距的測(cè)量原理常用的方法有同學(xué)們所熟悉的物距像距法，還有共軸法及自準(zhǔn)法。本實(shí)驗(yàn)主要采用物距像距法測(cè)量，其他方法可由學(xué)生自主設(shè)計(jì)。公式法如前所述透鏡成像公式，可以作為凸透鏡焦距測(cè)量的一種簡(jiǎn)單方法。自準(zhǔn)法圖14-16自準(zhǔn)法測(cè)凸透鏡焦距它是光學(xué)儀器調(diào)節(jié)中的一個(gè)重要方法，也是一些光學(xué)儀器進(jìn)行測(cè)量的依據(jù)。當(dāng)發(fā)光點(diǎn)(物)處在凸透鏡的焦平面上時(shí)，它發(fā)出的光線通過(guò)透鏡后將為一束平行光。若用與主光軸垂直的平面鏡將此平行光反射回去，反射光再次通過(guò)透鏡后仍會(huì)聚于透鏡的焦平面上，其會(huì)聚像將在光點(diǎn)相對(duì)于光軸的對(duì)稱(chēng)位置上，如圖14-16圖14-16自準(zhǔn)法測(cè)凸透鏡焦距共軸法(二次成像法或貝塞耳法)如圖14-17所示，設(shè)物和像屏之間的距離絕對(duì)值為L(zhǎng)(要求L>4f),并保持不變。移動(dòng)透鏡，當(dāng)在位置I處時(shí)，屏上將出現(xiàn)一個(gè)放大的倒立的實(shí)像。當(dāng)透鏡在位置II處時(shí)，在屏上又得到一個(gè)縮小的倒立的實(shí)像。位置I與II之間的距離絕對(duì)值為d,位置II與白屏之間的距離為嘰對(duì)于位置I而言，有"―0"—結(jié))及s'=，+s；,代入式(14-17)得(L-d—S')(d+S')f, 2 L，_，對(duì)于位置II而言，有s,-(L—s')及s,,代入式(14-17)得2由以上兩式解出由以上兩式解出因此圖14-17共軛法測(cè)凸透鏡焦距

fL2—fL2—d24L(14-18)注意事項(xiàng)1、 不要用肉眼直視激光器輸出光，防止造成傷害。2、 儀器放置處不可長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光照射。3、 激光器發(fā)出的光束應(yīng)平行于工作平臺(tái)的工作面。4、 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中的部件的中心，保證光束垂直入射到接收器上。實(shí)驗(yàn)步驟1、將點(diǎn)光源、成像物、凸透鏡、接收屏依次安放在光具座上，并調(diào)整它們，使之中心在同一水平線上。2、 接通點(diǎn)光源，調(diào)整成像物與凸透鏡的距離，使它們的距離大于透鏡的焦距。3、 移動(dòng)接收屏,直至在接收屏上出現(xiàn)一和成像物等大倒立的物像，測(cè)出此時(shí)的物距和像距。4、 代入公式計(jì)算透鏡的焦距，并求其誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。本實(shí)驗(yàn)采用共軛法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：123平均值L(cm)53.051.249.1d(cm)25.723.620.8焦距f（cm）10.1310.0810.0710.09理論值f=10cm，誤差為:（10.09-10）910=0.9%誤差分析：本實(shí)驗(yàn)的最大誤差來(lái)源為確定兩次成像的清晰位置，如果光線比較弱，更不太容易確定清晰像的位置。

2.5、實(shí)驗(yàn)5LD/LED光譜特性研究及發(fā)散角光強(qiáng)分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展庾V的基本概念及光譜儀工作的基本原理。觀察LD/LED光譜特性，LD/研究LED發(fā)散角光強(qiáng)分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 LD/LED光譜特性測(cè)量2、 LD/LED發(fā)散角光強(qiáng)分布規(guī)律測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理1、光譜儀介紹光譜儀是研究、測(cè)定光輻射的頻率、強(qiáng)度特性及其變化規(guī)律的光學(xué)儀器。它應(yīng)用光的色散原理、散射原理或光學(xué)調(diào)制原理，將不同頻率的光輻射按照一定的規(guī)律分解開(kāi)，形成光CCDICCDI牢列椎測(cè)器當(dāng)一束復(fù)合光線進(jìn)入光譜儀的入射狹縫，首先由光學(xué)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光，再通過(guò)衍射光柵色散為分開(kāi)的波長(zhǎng)（顏色）。利用不同波長(zhǎng)離開(kāi)光柵的角度不同，由聚焦反射 l一二tr二一鏡再成像于出射狹縫。通過(guò)電 】 光源Q 光柵腦控制可精確地測(cè)量出射波 *長(zhǎng)。2、LED介紹LightEmittingDiode（發(fā)光二極管）是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)EDO發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來(lái)我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。注意事項(xiàng)1、 不要用肉眼直視激光器輸出光，防止造成傷害。2、 儀器放置處不可長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光照射。3、 激光器發(fā)出的光束應(yīng)平行于工作平臺(tái)的工作面。4、 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中的部件的中心，保證光束垂直入射到接收器上。5、 注意，在插拔線時(shí)，先關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)步驟1、 在電腦上安裝光譜儀軟件，光譜儀軟件在配套光盤(pán)中。2、 將待測(cè)LED固定在光學(xué)測(cè)角臺(tái)上，并將光譜儀固定。3、 LED發(fā)光端面對(duì)準(zhǔn)光譜儀光輸入孔。4、 光譜儀通過(guò)USB線纜連接到電腦，LED光源通電并打開(kāi)光譜儀軟件。通過(guò)光譜儀軟件測(cè)量LED光譜并分析。利用該光譜儀測(cè)量其它顏色LED的光譜并分析。LED光譜如下：仁tl~UEO556185005644495333712224716685111245562580Wavelength(nm)—I—仁tl~UEO556185005644495333712224716685111245562580Wavelength(nm)—I—516IlTI387 419由圖可知，盡管LED發(fā)白光，但它的光譜并不是均勻分布的，主要集中于450nm附近和500nm一630nm。其中，500nm一630nm近是均勻分布。650nm激光器光譜如下：Spectrum06800061200544004760040800340002720020400136006800Spectrum06800061200544004760040800340002720020400136006800Wavelength(nm)由圖可知，激光光譜主要分布在645nm—655nm之間，表明激光單色性較好。三、附錄

附錄橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值值mm卩W值mm卩W值mm卩W值mm卩W值mm卩W0.10.85.10.810.11.615.12.220.13.50.20.85.20.710.21.515.22.420.22.20.30.85.30.710.31.515.32.820.31.50.40.85.40.710.41.515.43.120.41.20.50.95.50.710.51.415.53.520.51.30.60.95.60.710.61.315.63.920.62.10.70.95.70.810.71.215.74.120.73.50.80.95.80.810.81.215.84.420.85.90.90.95.90.810.9115.94.520.99.410.960.8110.9164.621141.10.96.10.911.10.916.14.621.119.61.20.96.20.911.20.816.24.521.226.31.30.96.3111.30.816.34.421.334.41.40.86.4111.40.816.44.221.442.81.50.86.5111.50.816.53.921.553.81.60.86.61.111.60.816.63.621.666.21.70.86.71.111.70.916.73.121.7791.80.86.81.211.8116.82.821.8911.90.86.91.211.91.116.92.321.910520.771.2121.3171.9221202.10.77.11.212.11.417.11.622.11352.20.77.21.212.21.517.21.322.21502.30.77.31.212.31.717.31.122.31652.40.77.41.112.41.917.40.922.41802.50.77.51.112.5217.50.922.51962.60.77.6112.62.217.61.122.62092.70.77.70.912.72.317.71.322.72222.80.77.80.812.82.317.81.822.82342.90.87.90.912.92.417.92.422.924530.880.8132.4183.1232563.10.88.10.813.12.418.1423.12643.20.88.20.713.22.418.2523.22723.30.88.30.713.32.218.36.123.32763.40.98.40.713.42.218.47.223.42803.50.98.50.713.5218.58.323.52843.60.98.60.713.61.818.69.823.62853.70.98.70.813.71.718.710.423.72803.818.80.813.81.518.811.523.82783.918.90.913.91.318.912.223.92754190.9141.21912.824270

4.119.1114.1119.113.124.12604.219.21.114.20.919.213.324.22504.319.31.214.30.819.312.824.32354.419.41.314.40.819.412.124.42254.50.99.51.414.50.819.511.424.52104.60.99.61.514.60.919.610.224.61954.70.99.71.514.71.119.7924.71804.80.89.81.514.81.319.87.624.81684.90.89.91.614.91.519.96.124.915350.8101.6151.8204.82514025.1122.630.11.235.11.740.10.945.10.825.2107.530.21.535.21.540.20.945.20.825.393.630.31.835.31.540.3145.30.825.48130.42.535.41.340.4145.40.725.568.530.53.135.51.240.5145.50.725.656.530.63.435.61.140.61.145.60.725.746.530.73.635.7140.71.145.70.725.837.530.83.835.8140.8145.80.725.928.830.9435.90.940.9145.90.72622314.2360.8411460.726.11631.14.336.10.841.1146.10.726.211.231.24.236.20.841.2146.20.726.37.531.34.236.30.941.3146.30.726.44.531.4436.40.941.4146.40.726.52.831.53.836.50.941.50.946.50.726.61.731.63.536.6141.60.946.60.726.71.231.73.436.71.141.70.946.70.726.81.331.8336.81.241.80.946.80.726.91.831.92.736.91.241.90.846.90.8272.7322.4371.3420.8470.827.1432.12.237.11.342.10.847.10.827.25.132.21.837.21.442.20.847.20.827.36.432.31.537.31.442.30.847.30.827.4832.41.337.41.442.40.847.40.827.59.232.5137.51.442.50.847.50.827.610.332.60.937.61.442.60.747.60.827.711.232.70.837.71.442.70.847.70.827.81232.80.937.81.442.80.747.80.727.912.532.90.837.91.442.90.747.90.72812.8330.8381.3430.8480.728.112.933.10.838.11.243.10.848.10.728.212.333.2138.21.243.20.848.20.7

28.311.833.31.138.31.243.30.848.30.728.410.933.41.238.41.143.40.848.40.728.510.133.51.438.5143.50.948.50.728.69.133.61.438.6143.60.948.60.728.7833.71.638.70.943.70.948.70.728.87.133.81.638.80.843.80.948.80.728.96.133.91.838.90.943.90.948.90.7295341.7390.8440.9490.729.14.134.11.939.10.844.10.949.10.729.23.234.2239.20.844.20.949.20.729.32.534.3239.30.844.30.849.30.729.4234.4239.40.744.40.849.40.729.51.434.52.139.50.844.50.849.50.629.61.234.62.139.60.844.60.849.60.729.7134.72.139.70.844.70.849.70.729.80.934.8239.80.944.80.849.80.729.90.834.91.939.90.944.90.749.90.6301351.7400.9450.7500.7附錄二:橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值橫坐標(biāo)光強(qiáng)值值mm卩W值mm卩W值mm卩W值mm卩W值mm卩W10.11.416.10.822.1114.528.16.234.10.810.21.416.20.922.213828.24.734.2110.31.316.31.222.316428.33.534.31.210.41.316.41.622.419028.42.234.41.210.51.216.5222.521428.51.534.51.310.61.116.62.622.624128.61.134.61.410.7116.73.222.726828.70.934.71.510.80.916.83.922.829428.8134.81.610.90.816.94.622.931828.91.334.91.7110.8175.123340291.8351.71