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Measurement of Wavelength Difference of Na Light with Fabry-Perot Interference 1 实验目的目的了解了解 F-P干涉仪的结构，掌握调节与干涉仪的结构，掌握调节与使用使用F-P干涉仪的方法；干涉仪的方法；进一步理解多光束干涉的理论和条纹进一步理解多光束干涉的理论和条纹特点；特点；用用F-P干涉仪测定钠黄双钠线的波长差干涉仪测定钠黄双钠线的波长差2 实验仪器和装置器和装置F-PF-P干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪测微目镜测微目镜测微目镜测微目镜会聚透镜会聚透镜会聚透镜会聚透镜低压钠灯低压钠灯低压钠灯低压钠灯毛玻璃毛玻璃毛玻璃毛玻璃灯窗挡板灯窗挡板灯窗挡板灯窗挡板3* 注意注意：：G1，，G2板可移板可移动—光程可光程可调镀高反射膜高反射膜入射角入射角  镀高反射膜高反射膜F-P干涉干涉仪的原理的原理F-P￿F-P￿干涉干涉仪的的结构和原理构和原理主要结构主要结构:两块各有一面两块各有一面镀高反射膜的玻璃板，镀高反射膜的玻璃板，镀膜面相对，夹一层厚镀膜面相对，夹一层厚度均匀的空气膜度均匀的空气膜基本原理基本原理:平行平面板反平行平面板反射单色光的多光束叠加射单色光的多光束叠加产生细窄明亮干涉条纹产生细窄明亮干涉条纹.多光束薄膜干涉多光束薄膜干涉接收屏接收屏会聚透镜会聚透镜LG2G1S4 F-P 干涉干涉仪工作原理工作原理* 注意注意：：G1，，G2板可移板可移动—光程可光程可调入射角入射角  镀高反射膜高反射膜镀高反射膜高反射膜F-P干涉干涉仪的原理的原理多光束干涉条纹图案的多光束干涉条纹图案的形成形成:　　　　当两表面严格平行时，当两表面严格平行时，来自光源任一点的单色光以来自光源任一点的单色光以入射角入射角  照射到平行板上，照射到平行板上，这时透射光是许多透过平板这时透射光是许多透过平板的平行光束的叠加。

任一对的平行光束的叠加任一对相邻光束的光程差为相邻光束的光程差为   =2ndcos 通过计算可得透射光束叠加通过计算可得透射光束叠加后的光强后的光强I`有极大值和极小有极大值和极小值接收屏上有明暗相间的值接收屏上有明暗相间的干涉条纹干涉条纹接收屏接收屏会聚透镜会聚透镜LG2G1S5镀高反射膜高反射膜入射角入射角  镀高反射膜高反射膜 思考思考关于关于F-P干涉干涉仪结构的思考构的思考为避免没有涂反射膜的为避免没有涂反射膜的表面反射光产生干涉，表面反射光产生干涉，两块平板通常做成锲形，两块平板通常做成锲形，锲角约锲角约1`到到10`提问提问1：为什么：为什么G1和和G2两反射面要做成锲形？两反射面要做成锲形？接收屏接收屏会聚透镜会聚透镜LG2G16镀高反射膜高反射膜入射角入射角  镀高反射膜高反射膜 思考思考关于关于F-P干涉干涉仪结构的思考构的思考提问２：接收屏的放置提问２：接收屏的放置位置有要求吗？位置有要求吗？提问３：为什么要采用提问３：为什么要采用扩张光源照明扩张光源照明 ？在接收？在接收屏上应该形成什么样的屏上应该形成什么样的干涉条条纹？干涉条条纹？fro接收屏接收屏会聚透镜会聚透镜LG2G1SO`7 实验原理原理* 注意注意：：G1，，G2板可移板可移动—光程可光程可调————多光束薄膜干涉的多光束薄膜干涉的应用用镀高反射膜高反射膜入射角入射角  镀高反射膜高反射膜  =2ndcos =2ndcos  :单色光的入射角单色光的入射角d:G1和和G2之间的距离之间的距离n:介质折射率介质折射率(空气，空气，n=1））相邻光束的光程差相邻光束的光程差 干涉形成明暗相间的圆环干涉形成明暗相间的圆环接收屏接收屏会聚透镜会聚透镜LG2G1S8————测测定定定定钠钠黄双黄双黄双黄双线线的波的波的波的波长长差差差差其中其中 可为可为 二波长平二波长平均值的平方。

对钠黄双线，均值的平方对钠黄双线，可取（可取（589589．．3nm)3nm)2 2 根据原理推导：钠双根据原理推导：钠双黄线的波长差用以下公式黄线的波长差用以下公式计算：计算： 钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹钠灯发出的两种波长的黄光各产生一套同心的圆形干涉条纹波长变化一个周期，两镜面波长变化一个周期，两镜面G1、、G2的距离差的距离差钠双线的波长差钠双线的波长差法布里-玻罗干涉仪的两套干涉圆环实验原理原理9 概述：概述：利用干涉原理利用干涉原理测量光程差测量光程差从而测定从而测定有关物理量的光学仪器有关物理量的光学仪器 F-P干涉干涉仪的的应用用两束相干光两束相干光两束相干光两束相干光光程差变化光程差变化光程差变化光程差变化干涉条纹干涉条纹干涉条纹干涉条纹移动移动移动移动测量引起光程差测量引起光程差测量引起光程差测量引起光程差变化的相关物理量变化的相关物理量变化的相关物理量变化的相关物理量优势：优势：利用波长为测量手段精度高。

利用波长为测量手段精度高10 引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些引起两束相干光间光程差变化的物理量是哪些? ? ? ?     =2ndcos =2ndcos    两物理量：两物理量：两物理量：两物理量：几何路程几何路程几何路程几何路程( ( ( (两反射镜间距两反射镜间距两反射镜间距两反射镜间距) ) ) )d d　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　介质折射率介质折射率介质折射率介质折射率n n n n恒定恒定恒定恒定, , , ,d d改变改变改变改变————————F-PF-P干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪　　　　　　　　　　　　 d d恒定恒定恒定恒定, , , ,n n改变改变改变改变————————F-PF-P标准具标准具标准具标准具 应用：应用：应用：应用：长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、长度的精密测量、折射率的测定、波长的测量、用作高分辨率光谱仪。

用作高分辨率光谱仪用作高分辨率光谱仪用作高分辨率光谱仪思考思考——F-P干涉干涉仪哪些哪些应用？用？11GlGl和和和和G2G2两个镜面相距两个镜面相距两个镜面相距两个镜面相距1mm 1mm 调节镜面平行调节镜面平行调节镜面平行调节镜面平行会聚透镜汇聚会聚透镜汇聚会聚透镜汇聚会聚透镜汇聚光线光线光线光线 实验内容及步内容及步骤1 1、调整、调整、调整、调整F-P F-P 干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案调节过程中切勿使两镜相碰调节过程中切勿使两镜相碰调节过程中切勿使两镜相碰调节过程中切勿使两镜相碰12 装上低装上低装上低装上低压钠压钠灯灯窗灯灯窗灯灯窗灯灯窗挡挡板，可能出板，可能出板，可能出板，可能出现现以下两种以下两种以下两种以下两种现现象象象象: : : : 现象现象现象现象1 1、如果通过镜面观察光束反射形成、如果通过镜面观察光束反射形成、如果通过镜面观察光束反射形成、如果通过镜面观察光束反射形成一系列光一系列光一系列光一系列光点点点点，说明两镜面是否平行？如何调节？，说明两镜面是否平行？如何调节？，说明两镜面是否平行？如何调节？，说明两镜面是否平行？如何调节？ 现象现象现象现象2 2、光点重合，表明两镜面基本平行。

光点重合，表明两镜面基本平行光点重合，表明两镜面基本平行光点重合，表明两镜面基本平行水平调节水平调节垂垂直直调调节节132 2、测定钠黄双线的波长差、测定钠黄双线的波长差、测定钠黄双线的波长差、测定钠黄双线的波长差 在移动测微螺旋动镜改变在移动测微螺旋动镜改变在移动测微螺旋动镜改变在移动测微螺旋动镜改变G1G1和和和和G2G2距离的过程中，可以发现，在距离的过程中，可以发现，在距离的过程中，可以发现，在距离的过程中，可以发现，在某距离上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环某距离上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环某距离上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环某距离上，这两套干涉环会重叠起来，而在另一长度上，一套干涉环恰好夹在另一套干涉环中间恰好夹在另一套干涉环中间恰好夹在另一套干涉环中间恰好夹在另一套干涉环中间 注意：实验测得的注意：实验测得的D1、、D2的差并不是真正的差并不是真正G1、、G2变化的距离变化的距离 实际真正实际真正G1、、G2变化的距离变化的距离d2-d1=(D2-D1)/K d2-d1=(D2-D1)/K ；；；；K=20K=20或或或或50 50 两环互相居中,记录G1和G2的相对初始位置D1改变G1和G2的距离,两环相互靠近.两环再次居中,记录G1和G2的相对位置D2 根据原理推导：钠双黄线的波长差根据原理推导：钠双黄线的波长差 14n n代入公式计算出钠双线波长差：代入公式计算出钠双线波长差：代入公式计算出钠双线波长差：代入公式计算出钠双线波长差：D1D2D2-D1d2-d1第一组第一组第一组第一组第二组第二组第二组第二组第三组第三组第三组第三组平均值平均值平均值平均值︱︱︱︱d2-d1 ︱︱︱︱ 数据数据记录及及处理理151、实验中两镜面不得相碰，造成设备损伤。

实验中两镜面不得相碰，造成设备损伤2、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震动，以防止、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震动，以防止两镜面擦伤两镜面擦伤3、禁止用手触及光学零件的透光表面禁止用手触及光学零件的透光表面4、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，不、转动测微螺旋和调节螺丝时动作要轻，不要急促右斜向用力要急促右斜向用力5、、禁止调节禁止调节F-P干涉仪内侧的镜面干涉仪内侧的镜面 实验注意事注意事项16ØØ为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干为什么选择一套干涉环恰好夹在另一套干涉环中间时记录数据？涉环中间时记录数据？ØØ实验值和理论值有误差吗？你认为产生误实验值和理论值有误差吗？你认为产生误差的原因是什么？差的原因是什么？ØØ为什么记录数据时两镜面距离为为什么记录数据时两镜面距离为1mm为宜为宜？？ØØ为什么在调两镜面平行的过程中不能调节为什么在调两镜面平行的过程中不能调节内侧的镜面？内侧的镜面？ 数据数据处理及操作思考理及操作思考题17迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹产生的干涉条纹产生的干涉条纹产生的干涉条纹法布里玻罗干涉仪法布里玻罗干涉仪法布里玻罗干涉仪法布里玻罗干涉仪产生的干涉条纹产生的干涉条纹产生的干涉条纹产生的干涉条纹１、根据实验原理，Ｆ－Ｐ干涉仪形成的干涉环视场中心１、根据实验原理，Ｆ－Ｐ干涉仪形成的干涉环视场中心１、根据实验原理，Ｆ－Ｐ干涉仪形成的干涉环视场中心１、根据实验原理，Ｆ－Ｐ干涉仪形成的干涉环视场中心的级次高还是低？条纹间距从内到外有何变化？的级次高还是低？条纹间距从内到外有何变化？的级次高还是低？条纹间距从内到外有何变化？的级次高还是低？条纹间距从内到外有何变化？２、２、２、２、F-PF-P干涉仪产生干涉条纹和迈克尔逊干涉仪产生的干涉干涉仪产生干涉条纹和迈克尔逊干涉仪产生的干涉干涉仪产生干涉条纹和迈克尔逊干涉仪产生的干涉干涉仪产生干涉条纹和迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹有什么不同？哪个精度更高些？条纹有什么不同？哪个精度更高些？条纹有什么不同？哪个精度更高些？条纹有什么不同？哪个精度更高些？ 作作业思考思考题18注意：注意：实验中会出中会出现的几种的几种现象及解决方法象及解决方法uu无法调出环，这时主要调节前镜面螺丝，学生没有调无法调出环，这时主要调节前镜面螺丝，学生没有调无法调出环，这时主要调节前镜面螺丝，学生没有调无法调出环，这时主要调节前镜面螺丝，学生没有调节基准平行。

节基准平行节基准平行节基准平行uu调的环一半明一半暗，还是两镜面没有完全平行；调的环一半明一半暗，还是两镜面没有完全平行；调的环一半明一半暗，还是两镜面没有完全平行；调的环一半明一半暗，还是两镜面没有完全平行；uu调出的环经过一段行程后就不清晰了，这是由于机器调出的环经过一段行程后就不清晰了，这是由于机器调出的环经过一段行程后就不清晰了，这是由于机器调出的环经过一段行程后就不清晰了，这是由于机器主轴不严格造成的可以通过让学生选择清楚的一段主轴不严格造成的可以通过让学生选择清楚的一段主轴不严格造成的可以通过让学生选择清楚的一段主轴不严格造成的可以通过让学生选择清楚的一段记录数据来弥补记录数据来弥补记录数据来弥补记录数据来弥补uu调出的环过粗或过细，是由于两镜面预置距离不当造调出的环过粗或过细，是由于两镜面预置距离不当造调出的环过粗或过细，是由于两镜面预置距离不当造调出的环过粗或过细，是由于两镜面预置距离不当造成的uu观察不到两套环，两镜面未调节平行观察不到两套环，两镜面未调节平行观察不到两套环，两镜面未调节平行观察不到两套环，两镜面未调节平行。