TPGOS3物理光学综合实验实验讲义.docVIP

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天津拓普仪器有限公司物理光学综合实验 TP-GOS3 实 验 讲 义版权声明: 本手册中所提及的软硬件产品的商标与名称,都属于相应公司所有。 本手册的版权属于天津拓普仪器有限公司所有。未得到本公司的正式许可,任何组织或个人均不得以任何手段和形式对本手册内容进行复制或传播。 本手册的内容若有任何修改,恕不另行通知。目录 实验一 杨氏双缝干涉 1 一、 引言 1 二、 实验目的 1 三、 实验原理 1 四、 实验仪器 2 五、 实验步骤 2 六、 实验结果分析 6 七、 思考题 7 实验二 马赫-曾德干涉实验 8 一、 引言 8 二、 实验目的 8 三、 实验原理 8 四、 实验仪器 12 五、 实验步骤 12 六、 思考题 15 实验三 菲涅尔衍射实验 16 一、 引言 16 二、 实验目的 16 三、 实验原理 16 四、 实验仪器 17 五、 实验步骤 17 六、 思考题 21 实验四 夫琅禾费衍射实验 22 一、 引言 22 二、 实验目的 22 三、 实验原理 22 四、 实验仪器 26 五、 实验步骤 26 六、 思考题 30 实验五 衍射光学元件设计 31 一、 引言 31 二、 实验目的 31 三、 实验原理 31 四、 实验仪器 33 五、 实验步骤 33 六、 思考题 35 实验六 马吕斯定律验证实验 36 一、 引言 36 二、 实验目的 36 三、 实验原理 36 四、 实验仪器 36 五、 实验步骤 36 六、 思考题 38 实验七 偏振光产生与检验 39 一、 引言 39 二、 实验目的 39 三、 实验原理 39 四、 实验仪器 41 五、 实验步骤 41 六、 思考题 42实验一 杨氏双缝干涉 引言 杨氏在1801年最先得到两列相干的光波,并确立了光波叠加原理,用光的波动性解释了干涉现象。杨氏利用了惠更斯对光的传播所提出的次波假设解释了杨氏双缝实验,即次波上的任一点都可以看作是新的震源,由此发出次波,光向前传播,就是所有次波叠加的结果。 实验目的 1. 通过实验获得干涉条纹及其特点。 2. 掌握双缝干涉的光强分布图。 3. 通过软件验证定杨氏干涉公式中的物理量。 实验原理 为了得到稳定的光的干涉现象,必须要创造特殊的条件:在任何时刻到达观察点的应该是从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。杨氏双缝干涉属于分波面干涉,及波面的各个不同部分作为发射次波的光源,然后这些波次交叠在一起发生干涉。如图1.1的装置: 图1.1 干涉装置 S为光源,遮光屏上有两条与S平行的狭缝S1、S2S等距离,因此S1、S2S1、S2d,到屏的距离是D。 考察屏上某点P处的光强分布,因为S1、S2P点的光强度相等,即,则P点干涉条纹的分布为:(1-1) 其中,(1-2) 代入,则有(1-3) 上式表明P点的光强I取决于两光波在该店的光程差或是相位差。P点合振动的光强为:(1-4) 当时,(1-5) P点光强有最大值,,明条纹的位置:(1-6) 当时,(1-7) P点光强有最小值,,暗条纹的位置:(1-8) 相邻两明(暗)条纹之间的间距为:(1-9) 利用此公式,便可以求出光波波长。 实验仪器 激光器、双缝光刻板、相机、处理软件实验步骤 步骤1、根据杨氏双缝干涉实验装配图安装所有的配件,如下图1.2所示: 图1.2杨氏双缝干涉实验光路图 步骤2、调整绿光激光器输出光与导轨面平行且居中,使用可变光阑作为高度标志物在调整激光器与导轨的面的平行。保持此小孔光阑高度不变,作为后续调整标志物。(开启激光器之后,将衰减片紧贴激光器的出光口,以免光强太大对人眼造成伤害) 步骤3、将各光学器件放置在激光器出光口处,调整各器件中心高与激光等高。 步骤4、调整空间滤波器,在调整空间滤波器之前,先去掉针孔,用可变光阑作为高度标志物,当物镜出射的光斑中心目视与小孔光阑对齐时,调节完毕。放入小孔光阑,推动物镜旋钮靠近小孔,推动过程中,不断调整小孔位置使得透射光斑最亮,光通过滤波器后检查射出的光点是最亮的,无衍射条纹,光斑变得均匀时,说明已经调好。 步骤5、使用准直透镜将激光光束准直,使用白纸对观察光斑远近大小尺寸是否一致。光斑在远近处直径一致时,认为光束准直完成。(注:光斑直径为38.5mm时,光斑远近大小尺寸相同) 步骤6:将可变光阑放置在准直光束后,滤除光束边缘。 步骤7:确认双缝是否与导轨平面垂直放置,这与后续验证公式的精确度有关。如非垂直,可对光刻板进行微调。 步骤8:调节光缝板下方的Y向滑块,使双缝目标放置在光束中心。 步骤9:安装相机,打开“物理光学实验软件”,如图1.3所示: 图1.3物理光学实验软件界面 点击“常用工具”选择“相机采集”确保在相机靶面前方安装CCD光阑,以免光强太大对相机造成损坏。通过调整可调“增

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