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】1F-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)2F-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。3F-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】1F-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