实验八球面式FabryParot干涉仪实验.docVIP

實驗八 球面式Fabry-Parot 干涉儀實驗 組別：第四組 姓名：吳政雄(主筆)、李文賢 實驗日期：2000/03/09  實驗目的： 學習球面視式Fabry-Prot 干涉儀的操作及原理 了解共振腔 模之匹配(mode matching) 實驗內容： 1調整干涉儀共振腔兩平面,使兩者平行。 2求出雷射光束兩波長的頻率差及在一固定偏壓下解析度(resolution)。 3. 調變入射共振腔之電磁場(光)的模,觀察模之匹配 圖8.1 實驗系統圖 實驗器材： 1雷射光源 2 isolator 3 Fabry-Perot 干涉儀 4 Ramp Generator 5 示波器 6 detector 7匯聚透鏡 8平面反射鏡註：Fabry-Perot 干涉儀的規格資料： 公司：Spectra physics 型號：470-04 可測的wavelength範圍：550~650nm FSR: 8GHz Bandwidth: 53MHz Finess: 150 實驗步驟： 利用Fabry-Perot頻譜儀，找尋雷射的頻率分佈。 不同波長在不同長度的共振腔產生駐波，光需直線前進且尋原路反射，則共振腔兩面需平行，先粗調使光成一點打到detector，在用電壓微調壓控晶體，在示波器上觀察圖形。 首先，將Isolator移開，調整共振腔的高度、左右、左右傾斜角及俯仰角（共有四個旋鈕即四個自由度），使光線能反射後仍打回原發射源，而沒有發散， 再開啟Ramp generator，看著示波器上的圖形，進行微調，使波峰穩定而且明顯。 Detector接著示波器，讓我們觀察在不同共振腔長度所產生的頻率分佈，我們由示波器的圖形上，看到每一段有兩個波峰，兩個波峰代表有兩個波長，波峰愈大代表在雷射中所佔比重愈大，而為了準確，不斷粗調、微調及外加電壓，使兩個波峰分的更清楚，我們希望示波器上的圖形，波峰與波峰之間愈平坦愈好，而振幅也盡量調大，如此才可準確地確定FSR等值。接下來再將示波器上的圖形列印下來，以求得我們所要的資料。 詳細步驟如下: 1 架設He-Ne雷射光源。 2 打開示波器及雷射的電源。 3 調整干涉儀上的四個旋鈕，使入射的光束能循原路徑回到雷射的發射源。 4 打開Ramp Generator1並進行微調，注意每進行十分鐘便要關機降溫。 5 當粗調使示波器上的振幅為最大時，換調整壓電晶體的控制器，同樣也是調整使示波器上的振幅為最大。 6 調整干涉儀的水平、手動平行、Ramp Generator上的三個平行微調鈕,使示波器上的兩波峰峰值最大,且相互分離。 7 完成細調後，用印表機列印X-Y mode時的(X接Ramp Generator的bias ;Y接Detector)示波器圖形。 8 加上匯聚透鏡，並且移動匯聚透鏡來觀察光譜之變化。 五、結果與討論： 甲 數據整理：（A）雷射頻率分佈圖--- （1）圖一：（2）圖二： （3）圖三：（B）都卜勒加寬效應---圖四： （C）加上匯聚透鏡後---（1）圖五（略小於焦距）：（2）圖六（小於焦距）： 乙 分析與誤差評估： （A）雷射頻率分佈圖---1.實驗值： 　 FSR(GHz) Δυ(GHz) Δf1/2(GHz) 圖一 8 2.0377 0.3019 圖二 8 1.9341 0.2637 圖三 8 2.0952 0.2857 平均Δf1/2 ＝(0.3019+0.2637+0.2857) ÷3 ＝0.2838 GHz2.理論值：Δf1/2 ＝FSR ÷F＝8 GHz ÷150 ＝0.053 GHz 3.誤差＝ (0.2838－0.053) ÷0.053 ＝ ＋435.47％4.誤差來源及討論： (a)熱效應---由於雷射光聚集來回於干涉儀的兩面反射鏡，在鏡面上會產生熱，這些熱能會使共振腔的的反射鏡熱膨脹，而改變了腔的間距，所以在示波器上觀察到的波形會很小幅度位移及跳動，造成列印出來的圖形有加寬且模糊的效果。(b)列印後的波形，其波峰的線是較模糊的，較不易測量寬度，且在人為的描黑後，很容易造成寬度加大，而造成叫大幅度正的誤差。(c)由實驗值及理論值比較，若由理論的Δf1/2值倒推，其所看到的半強度頻寬應較所量到的實驗值再降一個數量級，大約是寬0.03cm，但由示波器的scalar可能較難顯示，所以仍有一定的系統誤差。 （B）都卜勒加寬效應---1.實驗值：都卜勒加寬效應的半強度頻寬Δf1/2＝(0.35/3.9) ×8GHz ＝0.7179 GHz都卜勒加寬效應的Δυ＝(1.4/3.9)*8 GHz ＝2.8718