文档介绍：物理研究性实验报告激光的劳埃镜干涉实验第一作者:学号:第二作者:学号:X年X月X日1目录一、摘要(3)二、实验目的(3)三、实验原理(3)四、实验仪器(4)五、实验步骤(5)六、实验数据(5)七、数据处理(6)八、实验结论(8)九、讨论(8)一、摘要19世纪初,人们发现光有干涉、衍射和偏振等现象,这说明光具有波动性,用几何光学理论是无法解释的,由此产生了以光是波动为基础的波动光学理论。19世纪60年代,麦克斯韦建立了光的电磁理论,光的干涉、衍射和偏振现象得到了全面说明。光发生干涉现象要满足相干的条件,相干即指各光波的振动方向、振动频率以及光波之间的相位差相同,目前得到相干光的方法有分振幅法和分波阵面法,而劳埃镜干涉属于分波阵面法。二、实验目的1、熟练掌握用激光作光源进行光路等高共轴调节的方法和技术;2、用实验研究劳埃镜干涉并测定激光的波长;3、了解劳埃镜干涉的原理;4、学会怎样消除视差和空程误差;三、实验原理劳埃镜实验是由一块普通的平板玻璃构成的反射镜实现分波前干涉。缝光源S与反射镜面MN平行,来自缝光源的光向反射镜掠入射(即入射角接近90度),再从反射镜反射,这部分反射光与从S直接射过来的光时从同一波前分出来的,所以它们是相干的,在两光波重叠区域内产生干涉,从观察者来看,两相干光分别来自S和S',S'是光源S在反射镜中的虚像。从上图中可以看到,在屏幕P上看不到波程差为零的干涉条纹,除非将屏幕移到N点。又由于空气是光疏介质,玻璃板是光密介质,光波由光疏介质射向光密介质的表面时,在镜面反射过程总要产生半波损失现象,即相位突变的数值为π,故在N点观察到的暗点,同理在屏幕P上本来是亮点的地方由于半波损失而变成了暗点。现在更具波动理论中的干涉条件来讨论光源(其中一个为虚光源S和S'所发出的光在屏上产生的干涉条纹的分布情况。如上图,设光源S与S'的距离为a,D是虚光源到屏的距离。令P为屏上的任意一点,1r和1r分别为从S和S'到P点的距离,则S和S'发出的光线到达P点的路程差是:21lrr'?=-令1N和2N分别为S和S'在屏上的投影,O为12NN的中点,并设OPx=,则从1SNP?及2SNP'?得2221()2DrDx=+-2222()2DrDx=++两式相减得22212rrax-=又2221212121()()()rrrrrrlrr-=+-=?+。通常D较a要大很多,所以21rr+近似等于2D,因此得光的路程差为:axlD'?=考虑半波损失,S和S'发出的光线的光程差是2axlDλ?=+(λ是光波的波长)则由干涉条件得:2axlDλ?=+=x=由上式可知,两干涉亮纹(或暗纹)之间距离为:Dxaλ?=即该单色光源的波长为:axDλ=?四、实验仪器光具座,测微目镜,凸透镜,扩束镜,偏振片,白屏,半导体激光器1、测微目镜实验室常用的测微目镜是一种螺杆式结构,旋转读数鼓轮,螺杆便推动活动叉丝分划板沿垂直于目镜光轴方向移动,螺杆的螺距为1mm,转一圈,叉丝分划板就移动1mm,鼓轮上刻有100个分格,(分度值)。影响此类测微目镜准确度的主要因素是螺杆的制造误差,即鼓轮向相反的方向转动时,螺杆不一定以相同的规律运动,由此产生空程误差,因此用测微目镜测量时要按同一个方向转动鼓轮,否则需要重新测量数据。2、偏振片偏振片是一种对两个相互垂直振动的电矢量具有不同吸收本领的光学器件。本实验中要观测激光的干涉条纹,偏振片只起控制光强保护眼睛的作用:转动偏振片,可以使透射光强在较大的范围内变化,从而得到调节。3、扩束镜扩束镜实际上是一个焦距很短的凸透镜,本实验所用的扩束镜为焦距为1mm凸透镜的。它可以把激光器发出的激光束(实质上是平行光)扩展成一点光源,由于焦距只有1mm,因此可用扩束镜到屏幕的距离代替光源到屏幕的距离。五、实验步骤1、各光学元件的共轴调节;⑴、调节激光束平行于光具座(利用激光沿直线传播的性质)。沿导轨移动白屏,观察屏上激光光点的位置是否改变,相应调节激光方向,直至在整根导轨上移动白屏时光点的位置均不再变化,至此激光光束与导轨平行。⑵、调节劳埃镜与光源共轴。将劳埃镜放到导轨上,使劳埃镜面尽量与导轨平行,然后在白屏上观察双光源像,再微调劳埃镜使双光源等亮且相距较近。⑶、粗调测微目镜与其他元件等高共轴。将测微目镜放在距劳埃镜约60-65cm处,调节测微目镜,使光点穿过其通光中心。⑷、粗调凸透镜与其他元件等高共轴。将凸透镜插于横向可调支座上,放在劳埃镜后面,调节透镜,使双光点穿过透镜的正中心。⑸、用扩束镜使激光束变成点光源。在激光器与劳埃镜之间距双棱镜20cm处放入扩束镜并进行调节,使激光穿过扩束镜。在测微目镜前放置偏振片,旋转偏振片使测微目镜内视场亮度适中(防止激光灼伤眼睛)。⑹、用二次成像法细调凸透镜与测微目镜等高共轴