实验报告格式 ? ? ? ? ? ? ? 实验名称 实验报告人 实验日期 地点 实验目的 实验步骤 实验结果 讨论 实验目的 ? 1.掌握本测验是为个人职业生涯设计提供参 考的. ? 2.了解本...
光电技术实验报告 实验日期：2014 年 11 月 24-25 日 一、 实验目的 1. 干涉的实验目的 1) 组装调节迈克尔逊干涉仪，观察点光源产生的非定域等厚、等倾干 涉条纹记录。2) 观察干涉条纹反衬度随光程差变化。了解光源干涉长度的意义，检 查防震台稳定性。
3) 比较平面波和球面波产生干涉条纹的区别。
衍射的实验目的 1) 验证夫琅禾费衍射图样的若干规律。
2) 掌握测量利用光电元件测量光强的方法。
3) 用 Matlab 模拟夫琅禾费衍射现象。 2. 二、 实验仪器 1. 干涉实验仪器 He-Ne 激光器，反射镜，衰减器，分光光楔，扩束器，显微物镜镜头， 光阑，CCD，配备相关软件的计算机，白板。
衍射实验仪器 He-Ne 激光器，反射镜，双凸透镜，狭缝，圆孔，一维光栅，衰减器， CCD，计算机。 2. 三、 基本原理 1. 迈克尔逊干涉仪的非定域干涉条纹 本仪器是用分裂振幅的方法产生双光束干涉以实现光的干涉。
从激光器岀射 的光束经过准直扩束器系统， 形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分 光棱镜之后分为两束。
一束由分光棱镜反射后到达发射镜，经反射后透过分光棱 镜，形成岀射光束，这是第一光束；另一束透过分光棱镜，到达反射镜，经过反 射后再次到达分光棱镜，形成反射光束，这是第二束光。在分光棱镜前方两束光 的重叠区域放上 CCD。
干涉原理，如有图所示，其中 S 为单色点源，M1、M2 为互相垂直放置 的平面反射镜。BS 为分束镜，放在 M1M2 法线的交点上，并分别与 M1、 M2 成 45°角。电光源 S 发出球面波经 BS 的镀膜层分为两束光。这两束光 分别经 M1、M2 反射又回到 BS，在 BS 上透过和反射的这两束光在 BS 的右 侧空间形成一非定域的干涉场。
屏幕放在干涉场中垂直于光束方向，在屏幕 上可以看到干涉条纹。M2’与 M1 平行时（及 M2 与 M1 相互垂直），产生圆 形干涉条纹，当 M2’与 M1 之间有一定小的倾角时，屏幕上的干涉条纹不再 是圆形的封闭曲线，而变成弯线或是接近直线（实际上是双曲线或椭圆的一 部分）。
圆心条纹中心处的光强取决于 M1M2 相对的距离 d，即： ? 2? d ? I ? P ? ? A ? B cos ? ? ? ? ? 当 d=k ? 时，（k 为整数），中心出现亮点；当 d=(k+1/2) ? 时,中心出 现暗点。圆形条纹的粗细和疏密程度与 d 有关。当 d 减小时，圆条纹显得疏 而粗；当 d 增大时，条纹变得细而密。
2， 撒格雷特干涉仪用分振幅法产生两束光以实现干涉的仪器 它是由一块分光棱镜和三块全反射镜组成， 四面的中心光路构成一 个平行四边形。
从激光器岀射的光束经过准直扩束系统，形成一束宽度 合适的平行光。这束平行光射入分光棱镜之后 分为两束，一束由分光 棱镜反射后达到反射镜，经过三个反射镜三次反射，形成出射光；第二 束光通过分光棱镜， 也是经过三个反射镜反射后射出。这两束光的路径 相反， 但是岀射时几乎同向。
在分束镜前方两束光的重叠区域放上屏 P。
若两束光严格平行， 则在屏幕上不出现干涉条纹；若两束光在水平方向 有一个交角， 那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越 大，干涉条纹越密。
3. 马赫-曾德干涉仪用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器 它是由两块分光棱镜和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心 光路构成一个平行四边形。
从激光器中岀射的光束经过准直扩束系统，形成一束 宽度合适的平行光束。
这束平行光射入分光棱镜之后分为两束。一束由分光棱镜 反射后到达反射镜， 经过其再次反射并透过一个分光棱镜之后分为两束光；另一 束透过分光棱镜， 经过反射镜及分束镜两次反射后射出。在最后一块分光棱镜前 方两束光的重叠区域放上屏 P。若两束光严格平行，则在屏幕不出现干涉条纹； 若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两 束光交角越大，干涉条纹越密。
4. 夫琅禾费衍射原理 夫琅禾费衍射使光源距离衍射屏为无限远即用平面波照射衍射屏， 并在无限远接收的装置。实际上要把光源及接收屏放在离衍射屏无限远 处是办不到的。此外，根据菲涅尔近似条件和夫琅禾费近似条件，只要 依据近似条件，观察屏相对而言足够远，便是夫琅禾费衍射。 （1）夫琅禾费单缝衍射 夫琅禾费单缝衍射花样的特点是：衍射斑条纹方向与狭缝方向相平 行，各级衍射斑沿狭缝垂直的方向分布开。在中央具有特别明亮的亮条 纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹，绝大部分光能都落在中央条纹 上。相邻的亮条纹之间有一条暗条纹，以相邻暗条纹之间的间隔作为亮 条纹的宽度，则两侧亮条纹是等宽的。而中央亮条纹的宽度是其他亮条 纹的两倍。中央亮条纹的宽度与波长成正比，与狭缝宽度成反比，当缝 宽变大时，衍射分布范围变小。
在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～ 0.3 毫米宽），在狭缝后大于 1.5 米的地方放上观察屏，就可以看到衍射 条纹，这就是夫琅禾费衍射条纹。
根据理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光 强分布规律为： I ? I0 sin 2 ? ? 2 , ? ? Bx, B ? ?d ?D 式中，d 是狭缝宽， ? 是波长，D 是单缝位置到光源位置的距离，x 是从条纹的中心位置到测量点之间的距离。
（2）夫琅禾费圆孔衍射 平行激光束垂直地入射于圆孔光阑上， 衍射光束被透镜汇聚在它的角 平面上，若在此焦平面上放置一接收屏，将呈现出衍射条纹。圆孔屏的夫 琅禾费衍射花样的中心为一亮的圆斑， 成为艾里斑， 它集中了 84%以上的 光能量， 其周围环绕着一些明暗相间的同心圆环，其亮度与艾里斑相比要 相对低很多。
艾里斑中心是几何光学像点， 衍射光束角分布的弥散程度可用艾里斑 的大小，即第一暗环的角半径 ? ? 来衡量, ? ? =1.22 ? /D,其中 D 是圆孔直 径，在衍射花样中，亮斑与圆环的边缘都很不清晰，是缓慢变化的。光强 的分布与单缝衍射花样很相像。
可以看成是单缝衍射花样绕入射光的轴线 旋转一周而成。
但衍射花样的线度却与具有和圆孔径直径相等宽度的单缝 衍射花样的线度大不相同。
衍射光强分布函数： ? 2J ? x? ? I ? I0 ? 1 ? ? x ? 2 四、 实验内容与步骤 1. 调节迈克尔逊干涉仪 2. 3. 4. （1）调节激光束使平行于台面，通过针孔滤波器，双凸透镜使之出射光 为平行光，调节反射镜及分束镜仰角，使镜面垂直于光束。
（2）观察非定域干涉条纹，按照光路图搭建好光路，首先 M1M2 与 BS 基本等距， 调节 M1M2 角度， 在屏幕上看到条纹， 同时微调 M1 （或 M2） ， 观察条纹变化，加大距离后，调到圆条纹，观察条纹粗细及紧密的变化。
（3）观察条纹反衬度随光程差的变化。移动 M1 （或 M2）以改变一束 光的光程，观察条纹反衬度的变化，估算相干长度。
调节萨格奈特干涉仪 在迈克尔逊干涉仪的光路中，直接加入一个全反射镜，调节三个反 射镜的角度，使两束光最后在 CCD 面板上重合。
基本步骤四步：
（1）调光束高度及水平； （2）调平行光； （3）搭光路，量光程； （4）调两光斑的重合。
内容：
（1）记录实验的数据和显示图。
（2） 拍实验台， 或在台旁的地上跳动， 观察干涉条纹的变化及恢复情况。
观察实验台的稳定性。
（3）移动任意一块反射镜，以改变光束方向，一直到干涉条纹消失，观 察其灵敏度。
调节马赫-曾德干涉仪 在萨格奈特干涉仪的光路中，将加入的全反射镜替换为一个分光束 棱镜， 调节两个反射镜的角度， 使岀射的两束光最后在 CCD 面板上重合。
内容：
记录实验的数据和显示图。
调节夫琅禾费衍射装置 （1）夫琅禾费圆孔衍射装置调节 按如下图的光路搭建光路。
实验中调节圆孔的孔径大小，观察衍射条纹的变化。 （2）夫琅禾费单缝衍射装置调节 夫琅禾费单缝衍射装置的调节是将上述圆孔衍射装置的扩束器去 掉，同时将圆孔替换为单缝，即完成夫琅禾费单缝衍射装置的调节。
实验中，改变缝宽，观察条纹的变化，并记录相关的数据和条纹现 象。 五、 实验结果及讨论 1. 迈克尔逊干涉仪实验结果及讨论 迈克尔逊干涉仪实物搭建： 图 1 -实物搭建的迈克尔逊光路图 图 1.1-平面波干涉图样（a） 图 1.2-平面波干涉图样（b） 图 1.3-球面波干涉图样 2. 经组装好的光路所得平面波与球面波形呈现的都很清晰，实验很成 功。但是我们在这个实验中浪费了很长时间，原因无它，就是因为对实 验理解上出现了偏差，一度在平面波干涉图样中寻找环形图样，费时很 长。
图 1 是我们搭建的迈克尔逊干涉仪的光路图。
图 1.1(a)是 M1 与 M2’ 距离很小时，得到的干涉图样，比较清晰。当改变距离后得到 1.2(b)所 示的图样。比较两图，可以看出，变化后，条纹变密且变细。
在光路中的加入一个傅里叶透镜得到球面波的干涉图样，如图 1.3 所示。
萨格奈特干涉仪实验结果 图 2-萨格奈特干涉仪实物光路图 图 2.1-萨格奈特干涉仪干涉条纹 3. 经过第一次的教训，我们认真的阅读了实验原理，很顺利的完成了这个 实验。
马赫-曾德干涉实验结果 图 3-马赫曾德干涉仪实物光路图 图 3.1-马赫曾德干涉仪干涉条纹 对于这个实验， 我们也做了很长时间的调整， 最后找出的条纹也不是很清晰， 应该是条纹太密集的原因，图 3.1 右图所示就是放大之后的结果。
4.夫琅禾费衍射实验结果 (1) 夫琅禾费单缝衍射 图 4-夫琅禾费衍射实验实物光路图 图 4.1-狭缝宽度不同时，夫琅禾费狭缝衍射条纹图 调整缝宽前后衍射图样的对比， 发现条纹的明暗程度以及狭缝宽度的变化是 有规律可寻的。缝越窄条纹越宽，但是亮度变暗。
（2）夫琅禾费圆孔衍射 图 4.2-夫琅禾费圆孔衍射实验实物光路图 实验结果所示，衍射条纹十分的完美。但其中有一些规律的光点，可能是与 CCD 里面固件构造有关，也可能是放大镜中存在的问题 七、 Matlab 模拟夫琅禾费衍射 1. Matlab 模拟夫琅禾费圆孔衍射 clear all clc N=256;
circle=zeros(N,N);
[m,n]=meshgrid(linspace(-N/2,N/2-1,N));
r=5;
a=0;
b=0;%确定圆孔的圆心位置 D=((m+a).^2+(n+b).^2).^(1/2);
I=find(D<r);
circle(I)=1;
figure(3) imshow(circle);%显示这个圆孔 f1=fft2(circle);
f2=abs(f1);
f3=fftshift(f2); figure(4) imshow(f3,[]);
在一个 256*256 的屏上，开一个半径为 5 的圆孔，得结果如下： 图 7.2-夫琅禾费衍射圆孔及衍射结果图 2. Matlab 模拟夫琅禾费单缝衍射 clear all clc Slit=zeros(256,256);%建立一个 256*256 的空矩阵 Slit (10:246,122:134)=1;%在空矩阵中开一个宽为 12 的单缝 imshow(Slit);%显示这个孔 f1=fft2(Slit);
f2=abs(f1);
f3=fftshift(f2);
figure imshow(f3,[]);
在一个 256*256 的屏上，开一个缝宽为 12 的缝，结果如下： 图 7.1-夫琅禾费衍射狭缝及衍射结果图 3. Matlab 模拟夫琅禾费矩形孔衍射 clear all clc Rect=zeros(256,256);%建立一个 256*256 的空矩阵 Rect(123.5:132.5,123.5:132.5)=1;%在空矩阵中开一个 101*101 的方 孔 imshow(Rect);%显示这个孔 f1=fft2(Rect);
f2=abs(f1);
f3=fftshift(f2);
figure imshow(f3,[]);
在一个 256*256 的屏上，开一个边长为 5 的矩形孔，衍射结果如下： 图 7.3-夫琅禾费衍射 矩形孔及衍射结果图 八、 实验思考题回答 1. 分析、总结干涉实验系统的搭建技巧 答：（1）在搭建的过程中，首先是准备好实验所需的光学器件。
（2）其次，对所用的光学器件根据激光束的岀射高度进行统一调整。
（3）一定要调节平行光，在调节时，要同时微调两个反射面。
（4） 在观察光线是否能够照射到所要照射的面上时，可以用一个屏板放 在所要照射的面前，观察光束。
对于迈克尔逊干涉系统，使用平行光与点光源生成的干涉条纹有什么区 别？ 答：平行光生成的条纹更清晰，且条纹为圆条纹。
点光源生成的条纹不是圆条纹，因为，入射光有一定的倾角。
这三种干涉系统中，干涉条纹的粗细与什么因素有关，请分析。
答：
（1） 迈克尔逊干涉仪：
条纹的粗细与两个反射面的距离或倾角有关。
当距离增加时条纹变细；反之，当距离减小时，条纹变粗。
（2）萨格奈特干涉仪：条纹的粗细和两束光的交角有关，交角越大，干 涉条纹越密。
（3）马赫-曾德干涉仪：条纹的粗细和两束光的交角有关，交角越大， 干涉条纹越密。 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 迈克尔逊干涉仪中， 改变两个反射镜的距离差，会引起干涉图样的变化， 那么这个距离差是否可以任意调节？为什么？ 答：不能任意调节。因为激光虽然是单色光，但并不是绝对的单色光， 所以，存在一个相干长度，使两个反射镜的距离差在相干长度以内，会 得到很好的干涉图样，如果比相干长度大很多，得到的干涉图样就很模 糊。
请问你在实验中遇到什么问题，解决的方法是什么？ 答：（1）由于实验中需要调节平面镜为 45°角，因为没有专门的仪器 辅助调节，所以，我们根据光学平台上的孔，对角线是 45°来调节。
（2）实验过程中，经常遇到，由于各种光学器件的表面对光线具有反射 作用，从而是衍射图像上出现本不应该出现的亮点，干扰实验。解决的 方法是，找到发射光源后，利用一个镜面把它反射到其他地方。
什么叫光的衍射现象？ 答：光的衍射现象，光本身是沿直线传播的。但在一些情况下，使光偏 离直线传播的现象就是光的衍射。
夫琅禾费衍射应该符合什么条件？ 答：光源和光屏都应该在无穷远处。但在实际的实验中，我们通过正透 镜的作用，使入射光为平行光及满足光在无穷远处的条件。同时，为了在 有限远的距离里面观察到条纹， 我们也是通过一个正透镜使光线聚焦在我 们的观察屏上。
在一维光栅的夫琅禾费衍射中将激光换为白光源，其衍射现象如何? 答：将会出现彩带。因为换为白光后，由于白光是有很多不同波长的光 混合在一起的，不同的波长，进过衍射后，偏离的程度不一样，因此会 观察到彩带的现象。
实验报告1、实验目的和要求，2、实验设备（环境）及要求，也就是在实验中需要用到的实验用物，药品以及对环境的要求，比如，要求环境干净整洁，密闭的或者是无氧...
一、 验证性实验报告:系级专业 班 成绩 姓名 同组人姓名 第组日期 [实验项目]* [实验目的]* [实验仪器设备]*— 最好把仪器的型号也写上,还有仪器台数. [实验原理]*— 不要照搬教...
学号姓名专业、班 实验地点 指导教师 时间 一、实验目的及要求 二、实验设备(环境)及要求 三、实验内容与步骤 四、实验结果与数据处理 您正浏览的文章由 www.DIYIFANWEN....