F-P标准具.docx

法布里-珀罗(F-P)标准具【实验目的】1． 了解 F-P 标准具的结构、特点、调节和使用方法；2． 应用 F-P 标准具测定汞谱线的波长或膜层厚度实验仪器】F-P 标准具，低压汞灯（GP20Hg），高压汞灯(GGQ80)，钠灯(GP20Na)，干涉滤光片(546.1nm)，移测显微镜，会聚透镜，望远镜【实验原理】1．F-P 标准具是由两块平面玻璃 G1、G2 组成，两板的内表面镀以高反射率的银膜或铝膜当两表面严格平行时，由于光在这两个镀膜面之间空气层的反复反射，形成了多光束的等倾干涉圆环其外形结构和光路分别如图 1（a）、(b)所示为避免没有镀膜表面发射光的干扰，两块平板常做成楔形，楔角约 图 1(a)、(b)2．F-P 标准具需用单色扩展光源照明，若透镜 L 的主轴垂直于镀膜面，在透镜的焦平面上将形成一系列细窄明亮的圆形等倾干涉条纹相邻两光束的光程差 为相对应的位相差为 n 为两板之间介质的折射率（现为空气，n=1）当 时形成第 k 级亮纹，相邻干涉条纹的角距离 为简化讨论，不考虑膜对光的吸收以及内反射的相变，则透射光强为 式中 为入射光强，R 为镀膜层的光强反射率， 为两相邻光束在 P 点产生的相差。

对不同 R，透射光的相对强度分布曲线如图 2 所示图 2F-P 标准具产生干涉条纹的分布特点是：（1）视场中心（i=0）,干涉纹级次最高，从中心向外为 k-1，k-2，…级2）相邻干涉条纹的角距离 随 d，i 的增大而减小3）透射光的干涉图是黑暗背景上的亮条纹，且反射率 R 越高，亮条纹就越细锐3．F-P 标准具还具有分辨本领高和自由光谱区小的特点在波长 处，F-P 标准具的分辨率为 式中 为能分辨的最小波长差，k 为干涉级， 称为干涉条纹的精细度越小，仪器的分辨能力就越高，分辨本领就越大以 d=5mm,R=0.9 为例，在处，F-P 标准具能分辨的最小波长差 若入射光中包含两个十分接近的波长 和 （ ），可得到两套同心圆条纹如果 和 之间的波长差正好大到使得 的 k 级亮条纹与 的（k-1）级亮条纹重叠即 ，则有 称为干涉仪的光谱范围，它给出了干涉仪所允许的不同波长的干涉条纹不重序的最大波长差仍以 ， 为例，F-P 可测量的最小波长差 仅 ，所以实验时必须使用滤光片，以获得单色光的照明。

4．用 F-P 标准具测量光波的波长和微小波长差k 级亮纹产生的条件为，另有关系式 合并两式，即有 式中 为照相物镜的焦距， 为 k 级圆纹的半径，若同一波长相邻两干涉圆纹半径的平方差用 表示，则有 可见， 是与干涉级 k 无关的常量如果测得从中心数起的两亮纹的半径 和 ，可得或因此，只要量出干涉环的半径，即可求出照明光波波长 （d， 已知），或膜厚d（ 已知）实验内容】1．F-P 标准具的调节按图 3 装置调节光路，点亮汞灯 S，用透镜 L1使照明光束充满F-P 的孔径，这时观察者不用移测显微镜 M 和成象透镜 L2，便可直接看到干涉圆环，让环纹的中心位于标准具视场中央，上、下、左、右移动眼睛观察干涉条纹的变化，如看见视场中心有条纹不断“涌出”或“陷入”，则可调节标准具上的三个调节螺钉，直至干涉环纹的大小均稳定不变，仅环纹中心的位置随观察者视线的移动而变化为止 图 32．观察多光束等倾干涉条纹调好标准具后，放上对无穷远处调焦好的望远镜，加上干涉滤光片（例如 ），应能看到准单色光产生的等倾干涉圆级环，并与迈克耳孙干涉仪产生的双光束等倾干涉圆环比较，说明异同。

3．测定干涉圆纹半径 1） 移去望远镜，在标准具与移测显微镜之间加入消色差透镜 L2，令移测显微镜对L2的后焦面聚焦，应能从中看到一组清晰的干涉条纹2） 用移测显微镜测出近中心处 10 个干涉圆环的直径，重复几次，取平均值3） 算出各个相邻条纹的 ，用逐差法处理所得数据，计算 4．测定光波波长 或膜厚 d将 代入公式计算膜厚 d，并计算不确定度实验中取 =546.07nm ,透镜焦距的数值由实验室提供5．将 GP20Hg 灯分别换成 GP20Na 灯和 GGQ80 汞灯照明，观察、记录干涉条纹的变化，（1）钠黄双线有无分开，干涉条纹有无重叠？（2）高压汞灯照明，干涉圆环逐渐消失试分析说明思考】1．当人眼自上而下移动时，若发现有条纹从视场中心不断“涌出”，试分析标准具中空气膜层厚度的分布情况，怎样调节才能使条纹稳定不变？2．如果移测显微镜视场里的干涉条纹不能同时清晰，这是什么原因造成的？3．怎样才能应用 F-P 标准具测定双线的波长差？（1）不发生干涉级的重叠2）有干涉级的交叠现象分别说明实验原理和方法。