文档介绍：工程光学实验
北京航空航天大学
仪器科学与光电工程学院
教学实验中心
2014年12月
实验规则及注意事项
压强计不可超量程使用,以免损坏。
压强计使用结束,应把气室的气体放光,否则导致压强计不能回零。
在打开激光电源前,必须确认高压插座可靠地与激光管连接,激光电源严禁开路使用。
He-Ne激光器的阳带有几千伏的高压,请注意安全!!!
激光管为玻璃结构,易碎,特别是布氏窗结构,由多种玻璃构成,应避免受力和碰撞。
激光膜片是非常易损的光学元件,应绝对避免人手的触摸和剐蹭,必要的清洁请使用专用长丝棉或脱脂棉结合干净的***或***轻轻擦拭。
光学元件的取放要小心,不
用结束,应将调节旋钮调整到可调范围中部。
目录
实验一、组合干涉仪……………………………………………………………………………..3
实验二、衍射现象的观察………………………………………………………………………..6
实验三、偏振光的检测…………………………………………………………………………..7
实验四、He-Ne激光器和激光谐振腔……………………………………………………………9
实验报告要求……………………………………………………………………………12
实验一组合干涉仪
实验目的
通过本实验,观察干涉现象,了解干涉原理,学会干涉光路的搭构与调整,通过干涉环的变化与被测量的关系,得到一些被测的物理量。
实验原理
简介:
干涉测量技术是一种利用光的干涉现象来测量某些物理量的微小变化的技术,一般情况下,它是将一束光通过光学元件分为两束,一束作为参考光,另一束作为测量光,测量光落在被测物体上或通过被测样品,然后再将这两束光重新拟合,利用干涉图形的变化,检查出目标某个物理量的微小变化.
这种测量方法由于大多采用高稳定度的、长相干的激光作为光源,因此一般都具有大量程、高分辨率、高精度、对目标影响小的特点,被广泛应用在国民经济的各个领域。
该技术在实际应用中,根据使用环境和要求的不同,往往采用不同的光路结构。本实验主要搭构三种较为常见的光路结构,组成1)迈克尔逊干涉仪,2)马赫-曾德尔干涉仪,3)萨格奈克干涉仪,以熟悉它们的结构和特点。
1)迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪作为一种十分古老的干涉仪,于1880年由迈克尔逊发明,并主要由此于1907年获得诺贝尔奖金。它的基本光路结构如图1。它常被用来测量物体的微小位移变化:从光源发出的一束相干光经分束镜G一分为二,分为两束。一束透射光落在反射镜M1上,另一束反射光落在发射镜M2上,M1、M2分别将这两束光沿原路反射回来,在分束镜G上重合后射入扩束镜,投影在白屏上,如果我们对光路调整的合适,将在白屏上看到一系列的明暗相间的干涉条纹,这些干涉条纹会随着M1或M2的移动而移动,且非常敏感,只要反射镜移动半个波长,干涉条纹就移动一个周期,而光波长一般都在微米量级,因此它具有很高的灵敏度和分辨率。
图1
2)马赫-曾德尔干涉仪(选做)
马赫-曾德尔干涉仪的光路结构如图2所示, 从光源发出的一束相干光经分束镜G1一分为二,分为两束。一束透射光落在反射镜M1上,另一束反射光落在发射镜M2上,M1、M2分别将这两束光反射至分束镜G2上,并使这两束光重合,进入扩束镜,如果调整合适,我们可在扩束镜后的白屏上看见一系列明暗相间的干涉条纹。这种干涉仪主要用于测量透明物质的折射率的变化,光纤传感器中的干涉仪大多采用这种光路结构,
图2
3)萨格奈克干涉仪(选做)
萨格奈克干涉仪的光路结构如图3所示,光路由一个分束镜G和三个反射镜M组成,它的光路比较特殊,两束光沿着相同的路径反向传播。由于两束光的传播路径严格重合,因此任何实际样品的影响都是同时作用在两个光束上的,且大多数情况下作用相互抵消,我们观察不到变化,但这种干涉仪对角度的变化却有反映。假设干涉仪绕垂直于光路平面的轴转动,则一束光将顺着转动方向传播,而另一束光将逆着转动方向传播,这将引起光程差的变化,从而引起干涉条纹的移动。目前广泛应用于航空、航天领域的的激光陀螺、光纤陀螺就是基于该原理。
图3
三、实验内容:本实验的主要内容为,在光学实验平台上,按图示1、2、3所示光路搭建出三种干涉仪,并调整出粗细适当的干涉条纹。然后在光路中加入气室,对气室加压,改变气室中的空气压强,由于气体的折射率依赖于气体的压强,当这种变化只作用在某一路光束时,必将引起两束光之间的光程差的改变,从而引起干涉条纹的变化。通过压强计读出空气压强同干涉条纹变化的关系,可绘制出空气压强与干涉条纹变化的关系曲线和空气折射率与压强的关系曲线(气室长度100mm)。
比较三种干涉仪的测量结果,了解三种干涉仪的结构和特点。
四、仪器构成:
实验平台(400mm×60