实验光学平台使用说明

实验光学平台使用说明实验光学平台使用说明72/72实验光学平台使用说明_GSZ-2B型光学平台（26例实验）使用说明书GSZ-2B型光学平台可供大专院校一般物理实验课开设光学实验使用。本说明书举例说明的26项实验涵盖了几何光学、颠簸光学和信息光学比较重要的基础课题，大多数有丈量要求，少部分限于察看现象。各实验所需学时长短不一，教师可按讲课要求搭配实验内容，组织实验课讲课。主要技术参数和规格：标称重量kg平台尺寸mm台面距地高度cm平台桌子1200×800×12011061911500×1000×130192.5100921800×1000×150242.514094隔震导磁台面不平度：＜0.05mm附件一览表：名称数目备注名称数目备注三维平移底座1菲涅耳双镜1二维平移底座2三棱镜(60o)1起落调理座2反射光栅(1200L/mm)130×30通用底座5透射光栅(20L/mm)1旋转透镜架2正交光栅(50L/mm)1二维架2网格字1_名称数目备注名称数目备注透镜架2微尺分划板1/10mm1延长（过渡）架1毫米尺(l=30mm)1带毛玻璃光栅转台1θ调制板1干版架2劳埃德镜1白屏1偏振片2物屏1多孔板1载物台11/4波片(λ=632.8nm)1测微狭缝2双棱镜1测节器（节点架）1幻灯片1正像棱镜1频谱滤波器、零级滤波器12种带三角架标尺1落地式小工艺品1全息用测微目镜架1牛顿环1双棱镜调理架145°玻璃架1激光器架1双缝1光学测角台1白板（70×50mm）1冰洲石镜1透光十字1方形毛玻璃架1白光源(12V35W)1纸架1汞灯(20W)1透镜(f=4.5、6.2mm)各1扩束器钠灯(20W)1f=目镜和物镜各1氦氖激光器(1.5-2mW)1、_名称数目注名称数目注105mm透镜(=45、50、70、f150、190、225、300、各1读数显微1－100mm)球面镜(f=5001全息干版1mm)平面镜(φ36×4)2气室、血压表和橡胶球1分束器(φ30×4)27:3,5:5（个别附件改动，恕不另行通知）器的与养护:1全部光学玻璃器件注意保持清，防范各样染。若落上灰，可用洗耳球、毛刷除，用布擦。有指、用脱脂棉浸少许乙醇乙混淆液（7:3）擦掉。在湿润季特加保。机械构的和滑部位可酌加少许滑油。平台上宜涂擦极薄的一机油，以利保表面。例：用自准法薄凸透焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4用塞耳法（两次成像法）薄凸透焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5由物象放大率目焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7由物距－像距法凹透焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9_透点和焦距的定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10自投影⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12自望的放大率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13自正像棱的望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15自微的放大率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16氏双⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18菲涅耳双棱干预⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20菲涅耳双干预⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21埃德干预⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23牛⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25用干预法定空气折射率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27夫琅禾衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30夫琅禾孔衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33菲涅耳和孔衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34直菲涅耳衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36光衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37光色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40偏振光的生和⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42全息照相⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47制做全息光⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50阿成像原理和空波⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53θ制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58_用自准法测薄凸面镜焦距实验原理光的可逆性原理：当光芒的方向返转时，它将逆着同一路径流传。依此原理可丈量薄凸透镜的焦距。当物屏在焦点或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物处。所以，物屏到透镜中心的距离就是透镜焦距f。实验装置（图1-1）1：白光源S（GY-6）6：二维架(SZ-07)2：物屏P（SZ-14）7：二维平移底座(SZ-02)3：凸面镜L（T-GSZ-A10，f′=190mm）8：三维平移底座(SZ-01)4：二维架（SZ-07）9：通用底座（SZ-04）5：平面镜M（T-GSZ-A16）10：通用底座（SZ-04）1-1实验步骤_1）参照图1-1，沿米尺装妥各器件，并调至共轴；调共轴方法（粗调）：先将透镜等光学器件向光源聚拢，调理高低，凭目视使光源、物屏中心、透镜光心、像屏的中央大概在一条与平台平行的直线上。2）开启光源，照明物屏，挪动L和M，直至在物屏上获取镂空图案的倒立实像（白光源自己携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更为均匀，显然）；3）调理平面镜M和凸面镜L的俯仰和左右并前后微动L，使在物屏上看到最清楚且与物屏图案等大倒立的实像（充满同一圆面积）；4）分别记下P和L的地点a1、a2；5）将P和L都转1800此后（不动底座），重复做前4步；6）记下P和L新的地点b1、b2；）计算：fa,a2a1；fb,b2b1,,f,(fafb)2用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸面镜焦距实验原理若保持物屏P与像屏（白屏H）之间的距离l不变且l>4f,沿光轴方向挪动透镜，能够在像屏上察看到两次成像：一次成放大的倒立实像，一次成减小的倒立实像。在两次成像时透镜移动的距离为d,则不难得出透镜的焦距为_l2d2f'4l实验装置（图2-1）1：白光源S（GY-6）5：白屏H（SZ-13）2：物屏P(SZ-14)6：二维平移底座（SZ-02）3：凸面镜L(T-GSZ-A10，f=190mm)7：三维平移底座（SZ-01）4：透镜架(SZ-08)8－9：通用底座（SZ-04）2-12-2实验步骤1）按图2-1沿米尺部署各器件并调至共轴，再使物屏与白屏距离l4f；2）开启光源，将透镜L紧靠物屏P，慢慢的向白屏H挪动，使被照亮的物屏图案在白屏上成一清楚的放大像，记下L的地点a1、物屏P和白屏H间的距离l；（白光源自己携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更为均匀，显然）；_3）再挪动L，直至在像屏上成一清楚的减小像，记下L的地点a2；4）将P、L、H转1800（不动底座），重复做前3步，又获取L的两个地点b1、b2；计算：daa2a1；dbb2b1l2d2l2d2faa；fbb4l4l待测透镜焦距：fafbf2由物像放大率测目镜焦距实验原理_透、目、物等几个透的成，量它的焦距不可以够直接使用物像公式法。于合透，如：M—微尺分划板（1/10mm），Le—待目，Me—微目假物距（-），像距′,而且得M板的物y，Me目得像y′,由横向放大率ss的定：y's'⋯⋯①msy假如物由一个位移△s，的像的位移△s′，由向放大率的定：α△s'⋯⋯②s由向放大率和横向放大率的关系：α=m2=△s⋯⋯③'△s△s'△s'①微分得：sm⋯⋯④△m由物像公式111得：f'-△s'f's's△m△s's's'—像的地点改△mm2m—横向放大率的改211所以，只需出像的地点改及横向放大率的改就能获取目或合透的焦距。装置（3-1）1：白光源S（GY-6）7：微目架（SZ-36）2：1/10微尺分划板M(T-GSZ-A27)8：微目Me(XW-1)3：双棱架（SZ-41）9：二平移底座（SZ-02）4：延长架(SZ-09)10：二平移底座（SZ-02）5：待目Le（GSZ-2B-02,f'e=29mm）11：起落座（SZ-03）_6：透镜架(SZ-08)12：通用底座（SZ-04）3-1实验步骤1）按图3-1沿米尺安排各器件，并调理共轴；2）开启光源，将M、Le、Me紧靠在一同此后让M、Me逐渐远离Le，直至在测微目镜中看到清楚的微尺放大像，并与Me分划板忽视差；3）测出1/10mm微尺刻线的像宽，求出其放大倍率m1，并分别记下Me和Le的地点a1、b1；4）把Me向后挪动30-40mm，并迟缓前移Le，直至在测微目镜中又看到清楚的与ME分划板刻线忽视差的微尺放大像；5）测出新的像宽，求出放大率m2，记下ME和Le的地点a2、b2；）计算：mx=像宽/实宽；象距改变量：s=(a2－a1)+(b1－b2)待测目镜焦距f′=s/（m2－m1）_用物距－像距法测凹面镜焦距实验原理直接丈量凹面镜的物距、像距难以两全。我们只好借助于凸面镜成一个倒立减小的实像作为凹面镜的虚物，虚物的地点能够测出。凹面镜能对虚物成一实像，实像的地点能够测出。这样一来，就能够用公式求出凹面镜焦距。实验装置（图4-1）1：白光源S（GY-6）2：物屏P1(SZ-14)3：凸面镜L1(T-GSZ-A08,4：透镜架（SZ-08）5：凹面镜L2(T-GSZ-A39,

111uvf7：像屏P2（SZ-13）8：一般底座（SZ-04）f70mm)9：起落调理座（SZ-03）10：起落调理座（SZ-03）f100mm)11：一般底座（SZ-04）6：透镜架(SZ-08)12：一般底座（SZ-04）_4－14－2实验步骤1）按图4-1沿米尺安排各器件，并调理共轴；2）开启光源,使被面光源照亮的物屏P1经过凸面镜L1在像屏P2上成清楚像时，P1与P2的距离稍大于凸面镜焦距的4倍。记下L1和P2在导轨上的地点读数（白光源自己携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更为均匀，显然）。3）在凸面镜和像屏之间加入待测的薄凹面镜L2，调同轴，向稍远处挪动像屏，直至屏上又出现清楚的像（拜见图4-2）。记下L2和像屏P2′的地点读数。4）以LP2′距离为物距u，以LP距离为像距v，将数值代入式1/u1/v1/f，计算222被测透镜的焦距。_透镜组节点和焦距的测定实验原理节点定义为轴上角放大率等于1的共轭点。物方节点记作N，像方节点记作N′。节点的物理意义在于经过它的随意共轭光芒方向不变（图5-1uu）。Ay当物方和像方处在同一光学介质BuHH′中，主点和节点是重合的。在这类情`NN′xf况下，两方焦距相等，横向放大率sy1的地方也是角放大率y图5-1tanuM1的地方。因为这个性tanu

B′u′y′A′f′x′s′质，将光学系统绕像方节点转动，平行光束所成的像点将不发生位移。所以，这是确立厚透镜或透镜组节点（主点）的一种实验方法。实验装置（图5-2）1：白光源S（GY-6）7：测节器(SZ-28)2：毫米尺(T-GSZ-A22)8：白屏(SZ-13)3：双棱镜架（SZ-41）9：二维平移底座（SZ-02）4：物镜Lo(T-GSZ-A09,fo=150mm)10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架(SZ-08)11：起落调理座（SZ-03）_6：透镜组L1、L2(T-GSZ-A12,f1=300mm；12：起落调理座（SZ-03）T-GSZ-A10,f2=190mm)13：通用底座（SZ-04）5-2实验步骤1）参照图5-2，先调理毫米尺与准直物镜Lo的距离为150mm，使经过Lo的光束为平行光束。）加入节点架和白屏，调共轴，同时挪动白屏，找到毫米尺的清楚像。）沿节点架导轨前后挪动透镜组L1、L2，同时相应地前后挪动白屏，直到节点架绕轴作不大的转动时，白屏上边的毫米尺像无横向挪动为止（此时像方节点N′即在节点架的转轴上）。4）分别记下白屏和节点架在米尺导轨上的地点a和b，并从节点架导轨上记下透镜组中间地点（有标线）节点架转轴中心的偏移量d。5）将测节器转动180°，重复3、4两步，测得另一组数据a′、b′、d′。数据办理A、像方节点偏离透镜组中心的距离为d透镜组的像方焦距f=a-b物方节点N偏离透镜中心的距离为d透镜组的物方焦距fabB、用1：1的比率画出被测透镜组及其各样基点的相对地点。_自组投影仪实验原理投影仪的主要部分是一个汇聚的投影镜头（放映物镜L2），将画片（幻灯片P）成放大的实像于屏幕上（见光路图6-1）。物镜到像平面的距离v2比物镜焦距f大好多，所以幻灯片总在其物方焦面的周边，物距u2≈f，所以放大率V=-v2/u2≈-v2/f，它与像距v2成正比。实验装置（图6-1）1：白光源S（GY-6）8：白屏H（SZ-13）2：聚光透镜L1（T-GSZ-A07,f1=50mm）9：通用底座（SZ-04）3：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）4：幻灯片P（HDP）11：起落调理座（SZ-03）5：干版架（SZ-12）12：二维平移底座（SZ-02）6：放映物镜L（T-GSZ-A10,fo=190mm）13：通用底座（SZ-04）27：透镜架（SZ-08）6-1实验步骤_1）按图6-1排光路，调共轴。2）使L2与H相距约1.2m（对较短平台，可用白墙代屏）前后挪动P，使其在H上成一清晰放大像。3）使L1固定在紧靠幻灯片P的地点，取下P，前后挪动光源，使其成像于L2所在平面。）从头装好幻灯片，察看屏上像的亮度和照度的均匀性。）取下L1，察看像面亮度和照度均匀性的变化。放映物镜焦距和聚光镜焦距的选择放映物镜：f2(M/(M1)2)D2聚光镜：f1D2/(M1)[D2/(M1)]21/D1此中：D2U2V2;D1U1V1为像的放大率。测自组望远镜的放大率实验原理望远镜由物镜和目镜构成，物镜的焦距大于目镜的焦距，构成特色是两透镜的光学间隔近乎为零，物镜和目镜都是汇聚透镜的为开普勒望远镜（如图7-2）。_7-1望远镜视角放大率（放大本事）定义为：Г=-U'/UU——物对物镜的视角，U’——最后像对目镜的视角因望远镜的光学间隔，经过计算可得：Г=-f0'/fe'丈量时，测出未经望远镜放大的标尺上两个红色指标间的“E”字间距d1（d1=5cm），再经过望远镜测出对应的间距d2，则望远镜的丈量放大率Г=-d2/d1假如标尺在有限距离（物距）s处，则丈量放大率应为Г'=Г

ss+f0'实验装置（图7-2）1：标尺(SZ-33)5：透镜架（SZ-08）2：物镜Lo（T-GSZ-A11,fo=225mm）6：三维平移底座（SZ-01）3：透镜架（SZ-08）7：二维平移底座（SZ-02）4：目镜Le（T-GSZ-A06,fe=45mm）7-2实验步骤1）按图7-2构成开普勒望远镜，向约3m远处的标尺调焦，并瞄准两个红色指标间的“E”_字（距离d1=5cm）；2）用另一只眼睛直接凝视标尺，经适应性练习，在视觉系统获取被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2；3）求出望远镜的丈量放大率Γd2，并与计算放大率fo作比较；d1feS注：标尺放在有限距离S远处时，望远镜放大率Γ'可做以下修正：Sf0当S′＞100fo时，修正量S1Sfo自组带正像棱镜的望远镜实验原理本实验自组的望远镜属于开普勒式望远镜，其原原因两个凸面镜构成。因为二者之间成一个实像，可方便的安装分划板，但这类结构成像是倒立的，假如想要察看到正像，能够借助正像棱镜系统。

45°90°45°90°45°8-1正像棱镜系统如图8-1，两块450-900棱镜组合而成，又称组合泊罗棱镜，从图中光束箭头走向可说明图像的翻转过程。_实验装置（图8-2）1：标尺(SZ-33)6：目镜Le（T-GSZ-A06,fe=45mm）2：物镜Lo（T-GSZ-A11,fo=225mm）7：透镜架（SZ-08）3：透镜架（SZ-08）8：二维平移底座（SZ-02）4：正像棱镜系统(SZ--30)9：起落调整座（SZ-03）5：干版架（SZ-12）10：二维平移底座（SZ-02）8-2实验步骤1）参照图8-2，沿平台米尺先组装不加正像棱镜的望远镜（物镜和目镜间距约为270mm），并对位于光轴上的约3m远处的标尺调焦，认清该尺所成的倒像。2）按图8-2所示，在Lo的像眼前面部署正像棱镜＊，并相应调理目镜高度，找到标尺的正像。测自组显微镜的放大率实验原理物理实验中常用的移测显微镜（读数显微镜）也有一个由目镜和物镜构成的共轴光学系统，它平常由4片以上透镜构成的系统，能够简化成两个凸面镜构成的放大光路（图9-3）。被察看的物体AB放在物镜LO的物方焦点F的外侧周边，先经LO成放大实像A1B1于目镜O_物方焦点FE内侧周边，再经目镜LE成放大虚像AB于明视距离以外。AB′yB1FE′BF0F0′FE－ω′－ω′－y1LOA1LEA′图9-1显微镜的视角放大率M此中为物AB在明视距离地方张视角，即y/s0，为放大虚像AB所张的视角，与A1B1所张视角相同，故有My1/fEy1s0y/s0yfE式中y1/yVO，是物镜的横向放大率；s0ME是目镜的视角放大率。fE经过变换可得显微镜视角放大率M

s0fOfE式中负号表示像是倒立的。实验装置（图9-2）1：低压钠灯S(GY-5B)9：毫米尺M2（T-GSZ-A22）2：1/10mm微尺M1（T-GSZ-A27）10：双棱镜架（SZ-41）_3：二维架（SZ-07）11：起落调理座（SZ-03）4：物镜Lo（T-GSZ-A06,fo=45mm）12：三维平移底座（SZ-01）5：透镜架（SZ-08）13：二维平移底座（SZ-02）6：透镜架（SZ-08）14：起落调理座（SZ-03）7efe=29mm）15：白光源（GY-6）（图中未画）：目镜L（GSZ-2B-02,8：45°玻璃架（SZ-45）9-29-3实验步骤1）参照图9-2和9-3部署各器件，调等高同轴；2）将透镜LO与Le的距离定为24cm；_3）沿米尺挪动凑近光源微尺M1，从显微镜系统中获取微尺清楚的放大像；4）在Le此后置一与光轴成°，距此玻璃架25cm处，45角的玻璃架(SZ-45)搁置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺M2；5）微动物镜前的微尺，除去视差，读出未放大的M230mm所对应的M1的格数a；301025显微镜的丈量放大率Ma；显微镜的计算放大率M'fofe杨氏双缝实验实验原理杨氏双缝干预原理以以下列图：s—单缝s1s2—双缝P—察看屏假如s在s1s2中心线上，则能够证明双缝干预的光程差△=r2-r1=dsinθ=dxl式中d为双缝间距，θ为衍射角，l为双缝至察看屏的间距由干预原理，当_相邻明纹或相邻暗纹的间距能够证明是相等的，△x=dλl所以，λ=△xl测出l，用显微镜测双缝间距d，用测微目镜测相邻条纹的间距△x，计算可d得光波的波长。实验装置（图10-1）1：钠灯（GY-5B,加圆孔光阑）10：延长架（SZ-09）2：透镜L1（T-GSZ-A07,f=50）11：测微目镜架(SZ-36)3：二维架（SZ-07）12：测微目镜M(XW-1)4：透镜架（SZ-08）13：三维平移底座（SZ-01）5：测微狭缝S（SZ-27B）14：二维平移底座（SZ-02）6：透镜L2(T-GSZ-A09,f=150mm)15：起落调理座（SZ-03）7：透镜架（SZ-08）16：二维平移底座（SZ-02）8：双棱镜调理架(SZ-41)17：起落调理座（SZ-03）9：双缝D(T-GSZ-A32)10－1实验步骤1）参照图10-1沿平台部署各器件并调至共轴。开启光源，使钠光经过透镜L1汇聚到狭缝S_上，用透镜L2将S成像于测微目镜分划板M上，此后将双缝D置于L2近旁。在调理好S，D和M的mm刻线的平行，并适合调窄S此后，目镜视场出现便于察看的杨氏条纹。2）用测微目镜丈量干预条纹的间距△x，用米尺丈量双缝至目镜焦面的距离l，用显微镜丈量双缝的间距d,依据xl计算钠黄光的波长。d菲涅耳双棱镜干预实验原理菲涅耳双棱镜有两个很小（1）的棱镜角（见图11－1）。从狭缝S发出的光波经这两个棱镜角折射，形成稍许倾斜的两束光，在其相遇的地区即发生干预现象，用屏幕M能够接收干涉条纹。S和S是S经折射后产生的两个虚像，相当于杨氏双缝，可称虚光源。设S至M的距12离为l=l1+l2（S1和S2与S近似在同一平面上），为二虚光源的距离，相邻明条纹或暗条纹间距d为x，测出这几个长度，即可利用式dx计算出单色光的波长。l_图11－1为了丈量虚光源距离d，可利用透镜放大率公式dud，式中u是狭缝至凸面镜的距离，vv是凸面镜到测微目镜的距离，d′是二虚光源像间的距离。实验装置（图11-2）1：钠灯(GY-5B)8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜L1（T-GSZ-A07,f′=50mm）9：测微目镜(XW-1)3：透镜架（SZ-08）10：起落调理座（SZ-03）4：透镜架（SZ-08）11：二维平移底座（SZ-02）5：测微狭缝（SZ-27B）12：二维平移底座（SZ-02）6：双棱镜架（SZ-41）13：起落调理座（SZ-03）另备7：双棱镜(T-GSZ-A19)凸面镜L（T-GSZ-A10,f′=190mm）及架、2座）11-2实验步骤1）参照图11-2沿米尺部署各器件，调至共轴2）开启光源，使钠黄光经过透镜L1汇聚在狭缝上。狭缝要尽量窄，双棱镜的棱脊与狭缝须平行地置于L1和测微目镜的光轴上，以获取清楚的干预条纹。3）测微目镜丈量干预条纹间距△x（可连续测定11个条纹地点，用逐差法计算出5个△x取均匀），并测出狭缝至目镜分划板的距离l。4）保持狭缝和双棱镜地点不动，在双棱镜后用凸面镜L2在测微目镜分划板上成一虚光源的_放大实像，并测得间距d′，再据成像公式算出二虚光源间距d。5）依据公式(d/l)x计算钠黄光波长。菲涅耳双镜干预实验原理菲涅耳双镜由两个相同的平面镜（能够用两块黑玻璃镜）构成（图12－1），二镜夹角很小，一个镜面可微调，以改变这个夹角。单色光经过狭缝S此后，被两个镜面反射的同时，波阵面即被分红两部分流传，在交叠地区发生干预现象，产生明暗相间的干预条纹。用测微目镜可接收并测出在M屏上的一组相邻条纹的间距x。虚光源S和S是次级光源S的由反射形成的两12个虚像。设S（S，S）到双镜交线的距离为r，二镜交线到屏M的距离为l，则rl0l，再120设虚光源SS仍按式dx计算。d的丈量方法与双棱镜实验相12距离为d，则单色光波长l同。SMS1S2φ12－1实验装置（12-2）1：钠灯（GY-5B,加圆孔光阑）8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜（T-GSZ-A07,f′=50）9：测微目镜(XW-1)_3：透镜架(SZ-08)10：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架(SZ-08)11：三维平移底座（SZ-01）5：测微狭缝（SZ-27B）12：起落调理座（SZ-03）6：菲涅耳双镜(SZ-31)13：二维平移底座（SZ-02）7：干版架(SZ-12)12-2实验步骤1）参照图12-2沿米尺部署各器件，调至共轴。）开启光源，利用透镜将光束汇聚到狭缝上，使经过狭缝的光束投射在双镜接缝处。掠射的光束被二镜面反射，用稍许偏离米尺导轨的测微目镜接收双光束交叠地区的干预条纹。狭缝要窄，且与双镜交线平行，二镜面夹角大小要适合（调理双镜背后的3个手钮）。3）测干预条纹间距△x和两个虚光源距离d，方法与双棱镜实验相同。4）测出狭缝至双镜接缝的距离r和双镜接缝至目镜分划板的距离lo,得l=r+lo，依据dl

x计算钠黄光的波长。_劳埃德镜干预实验原理劳埃德镜平常就是一块长方形的前表面反射镜，或一块黑玻璃镜。图13－1表示从狭缝处形成的次级光源S发出的单色光波掠射镜面，反射光与从同一光源发出，路经镜面近旁的光波在交叠地区发生干预，S′是虚光源，M是接收干预条纹的屏。从双光束干预原理来看，劳埃德镜实验与上述几个干预实验是近似的，但因利用这个实验能够说明光在玻璃面反射时的相位变化，所以很重要。SMdS′l图13－1实验装置（图13-2）1：钠灯（GY-5B，加圆孔光阑）8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜（T-GSZ-A07,f′=50mm）9：测微目镜(XW-1)3：透镜架（SZ-08）10：三维平移底座（SZ-01）4：透镜架（SZ-08）11：二维平移底座（SZ-02）5：测微狭缝（SZ-27B）12：起落调理座（SZ-03）6：劳埃德镜(SZ-32)13：二维平移底座（SZ-02）7：干版架(SZ-12)_13-2实验步骤1）参照图13-2沿米尺部署各器件，调至共轴。）开启光源，使钠光光束经透镜汇聚到狭缝上，经过狭缝，部分光束入射劳埃德镜，被镜面反射，另一部分直接与反射光会集发生干预，用测微目镜接收干预条纹，同时调理缝宽、入射角及镜面与铅直狭缝的平行，以改良条纹的质量。2）测出条纹间距x，狭缝与其虚光源的距离d以及狭缝与目镜分划板的距离l，方法与双棱镜实验相同，依据公式dl计算钠黄光波长。

x_牛顿环实验原理一个曲率半径很大的平凸面镜，以其凸面朝下，放在一块平板玻璃上（图14－1）二者之间形成从中心O向周边逐渐增厚的空气膜。若对透镜投射单色光，则空气膜下缘面与上缘面的反射光就会在空气膜上缘面周边相遇，出现以O点为中心的明暗相间的圆环，即牛顿环。设透镜曲率半径为R，与轴线相距r处的膜厚度为d，则R2(Rd)2r2R22Rdd2r2因Rd，所以d2可略去，得dr22R_对垂直入射光，该处几何程差为2d，加上平板玻璃反射时的半波损失，总程差2d2依据光干预产生暗条纹的条件（实验时测暗环半径）2d(2m1),m0,1,2（14.1）22综合上述各式，第m级暗环半径rmmR（14.2）据此，若为已知，为了丈量平凸面镜的曲率半径，只需测出rm即可。可是因为弹性形变不可以避免，实质上O点其实不是是点接触的，利用rm与rn的平方差求R就比较正确，于是（14.2）式可改写为rm2rn2（14.3）R(mn)又因丈量中O点的地点不易确立，所以环的半径r可用直径d取代，式（14.3）又可改写成dm2dn2（14.4）Rn)4(m实验装置(图14-2)1：牛顿环(SZ-37B)6：测微目镜架（SZ-36）2：干版架(SZ-12)7：二维平移底座（SZ-02）3：半透半反玻璃（T-GSZ-A201）8：起落调理座（SZ-03）4：透镜架（SZ-08）9：钠灯（GY-5B）5：显微镜(XW-1)10：二维平移底座（SZ-02）_14－2实验步骤1）按图14－2部署光路。若牛顿环装置平凸面镜与平板玻璃的接触点偏离中心，得调理夹具上的三个螺钉，使接触点坚固居中即可，（不要拧得太紧，使劲过大会致使玻璃破裂，使牛顿环破坏）。2）开启光源，调理分束器，使视场6mm丈量范围内充满黄光。除去视差。尽量使干预圆环在量程内对称散布。3）调理显微镜的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清楚。将显微镜瞄准牛顿环的中心，前后挪动镜筒使看到的环纹尽可能清楚，并与显微镜的丈量叉丝之间忽视差。4）用显微镜测干预图形圆环的半径：丈量时因为中心周边比较模糊，从第14环开始逐环测定地点至第5环，再超出环心，从另一测第5环测至第14环为止，计算10个环的直径d。4）用逐差法取mn5算出5个rm2rn2值，取均匀，代入公式rm2rn2589.3nm）R（实验所用钠黄光波长为(mn)得出平凸面镜的曲率半径。_用干预法测定空气折射率实验原理拥有最简单形式的迈克耳孙干预仪如图15－1所示。从点光源S发出的光束，被精制的厚度和折射率均匀的玻璃板（分束器）G分红两路，射

M1M2′GHe－NeS激光器向相互垂直的两个平面镜M1和M2。被平面镜反M2射后，又回到分束器有镀膜的半反射面。在这两FG束光形成的干预场内产生的是非定域干预条纹，图15－1用毛玻璃屏FG接收。设M2′是M2在G中的虚像。能够以为，FG接收到的干预图样是M1和M2′之间的空气膜上下边的反射光相关产生的。假如在图15－1的M1和G之间搁置一个能够控制充、放气的气室，若气室内空气压力改变了p，折射率改变了n，使光程差增大，就会惹起干预条纹N个环的变化。设气室内空气柱长度为l，则2nlNnN/2l（15.1）若将气室抽真空（室内压强近似于零，折射率n1），再向室内迟缓充气，同时计数干预环变化数N，由公式（15.1）可计算出不一样样压强下折射率的改变值n，则相应压强下空气折射率_n1n若采纳打气的方法增添气室内的粒子（分子和原子）数目，依据气体折射率的改变量与单位体积内粒子数改变量成正比的规律，可求出相当于标准状态下的空气折射率n0。对有确立成分的干燥空气来说，单位体积内的粒子数与密度成正比，于是有n1（15.2）n010式中0是空气在热力学标准状态下（T0=273K，p0=101,325Pa）下的密度，n0是相应状态下的折射率；n和是相关于随意温度T和压强p下的折射率和密度。联系理想气体的状态方程，有pT0n1（15.3）p0Tn01若实验中T不变，对上式求p的变化所惹起的n的变化，则有n01T0p（15.4）nTp0因TT0(1t)（此中是相对压力系数，等于1/273.15=3.661×10-3℃-1，t是摄氏温度，即室温）,代入式（15.4）有nn01pp0(1t)n01p0(1t)n于是（15.5）p将式（15.1）代入（15.5）得n01p0(1t)N（15.6）2lp测出若干不一样样的p所对应的干预环变化数N，-p关系曲线的斜率即为N/p。p0和N为已知，t见温度计显示，和l为已知，一并代入式（15.6）即可求得相当于热力学标准状态_下的空气折射率。依据式（15.3）求得p0代入式（15.4），经整理，并联系式（15.1），即可得nNp（15.7）1p2l此中的环境气压p从实验室的气压计读出，依据（15.7）式，经过实验即可测得实验环境下的空气折射率。实验装置（图15-2）1：He-Ne激光器L(GY-10)11：平面镜M1(T-GSZ-A16)2：激光器架（SZ-42）12：起落调理座（SZ-03）3：透镜架（SZ-08）13：二维平移底座（SZ-02）4：扩束器BE(T-GSZ-A01)14：三维平移底座（SZ-01）5：透镜架（SZ-08）15：起落调理座（SZ-03）6：分束器BS(T-GSZ-A201)16：二维架（SZ-07）7：白屏H(SZ-13)17：平面镜M2(T-GSZ-A16)8：通用底座（SZ-04）18：二维平移底座（SZ-02）9：气室AR(SGM-1-05)19：通用底座（SZ-04）10：二维架（SZ-07）_图15-2实验步骤1）将各器件夹好，聚拢，调等高。2）调激光光束平行于台面，按图15-2所示，构成迈克耳孙干预光路（暂不用扩束器）。3）调理反射镜M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干预圆环。5）紧握橡胶球频频向气室充气，至血压表满量程（40kPa，或300mmHg，1mmHg=133.3Pa）为止，记为△p。6）迟缓松开气阀放气，同时默数干预环变化数N，至表针回零。7）计算实验环境的空气折射率n1

Np2lp此中激光波长λ平易室长度l为已知，环境气压p从实验室的气压计读出。本实验应多次丈量，干预环变化数可预计出一位小数。16夫琅禾费单缝衍射实验原理

_单色平行光垂直照耀宽度为a的狭缝AB（图16－1，此中将缝宽放大概百倍），按惠更斯原理，AB面上各子波源的球面波向各方向传播，在出发处，相位相同。此中沿入射方向传播的，经透镜L汇聚于P0处时，仍旧同相，故

AaOCBL图16－1

PkP0增强为中央亮纹；与入射方向成角流传的，经L汇聚于Pk，其明暗取决于各次级波线的光程差。从A点作AC线垂直于BC，从AC线抵达Pk点的全部波线都是等光程的。沿缝宽各波线之间的光程差取决于从AB到AC之间的行程，而最大光程差BCasin若用相距的好多平行于AC的平面切割BC，同时也就将狭缝面上的波阵面分红一些等面2积的部分，即菲涅耳半波带，于是两个相邻半波带的对应点发出的波线抵达AC面时的光程差均为，相位差为π，经L汇聚后仍为π，故强度相互抵消。据此推测：对应某确立的方向，若2单缝波阵面可分红偶数个半波带时Pk处必为暗条纹；若单缝波阵面可分红奇数个半波带，Pk处_将有明条纹；若半波带为非整数所对应的方向上，强度则在明暗之间。总之，当知足asin2kk1,2)（16.1）k2时产生暗条纹；当知足asin(2k1)2k1,2)（16.2）时产生明条纹，而零级明条纹范围，平常以为是从asin到asin设中央零级明条纹宽度为e，L的像方焦距为f，对1级暗条纹，近似有fe（16.3）a2据此，若和f为已知，只需测得e，即可得实验装置的缝宽a。2实验装置（图16-2）1：钠灯（GY-5B）9：二维架（SZ-07）2：透镜架(SZ-08)10：测微目镜架（SZ-36）3：测微狭缝S1(SZ-27B)11：测微目镜(XW-1)4：透镜L1(T-GSZ-A09,f=150mm）12：三维平移底座（SZ-01）5：二维架（SZ-07）13：起落调理座（SZ-03）6：透镜架(SZ-08)14：二维平移底座（SZ-02）7：测微狭缝S(SZ-27B)15：起落调理座（SZ-03）28：透镜L2(T-GSZ-A12,f=300mm)16：二维平移底座（SZ-02）_16-2实验步骤1）参照图16-2沿米尺调理共轴光路。2）使狭缝S1凑近钠灯，位于透镜L1的焦平面上，经过透镜L1形成平行光束，垂直照耀狭缝S2，用透镜L2将衍射光束汇聚到测微目镜的分划板，调理狭缝铅直，并使分划板的毫米刻线与衍射条纹平行，

S1的缝宽小于

0.1mm(

兼备衍射条纹清楚与视场光强

)

。3）用测微目镜丈量中央明条纹宽度

e，连同已知的

λ和

f

’值代入公式f'ae′（实验所用钠黄光波长为589.3nm）2可算出缝宽a。）用显微镜直接丈量缝宽，与上一步的结果作比较。）用测微目镜可考证中央极大宽度是次极大宽度的两倍。_夫琅禾费圆孔衍射实验原理使准单色光经过小孔光阑，经过较长距离抵达衍射圆孔，再经凸面镜将衍射图样汇聚到屏上，该装置即可察看到夫琅禾费圆孔衍射。实验装置（图17-1）1：钠灯（GY-5B）7：测微目镜架（SZ-36）2：小孔（φ1mm）8：测微目镜(XW-1)3：多孔板（SZ-23A，φ0.2-0.5mm）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜（T-GSZ-A08,f=70mm）11：起落调理座（SZ-03）_6：透镜架（SZ-08）17-1实验步骤1）参照图17-1沿平台米尺安排各器件，调理共轴，前后挪动两小孔距离，获取衍射图样。2）在黑暗环境用测微目镜丈量艾里斑的直径e，据已知波长（λ=589.3nm）、衍射小孔半径a和物镜焦距f’，可考证公式e1.22f'。（注：目镜与透镜的距离应保证70mm左右间距，a测出的艾里斑直径才会较为正确）菲涅耳单缝和圆孔衍射实验原理由菲涅耳衍射原理：Aa1(1)n1an22当察看屏不动时，改变缝宽d，半波带的数目改变；当半波带数为奇数时屏中央出现亮纹；当半波带数为偶数时屏中央出现暗纹。当缝宽d不变时，挪动屏，当半波带数为偶数时，屏中央为暗纹；当半波带数为奇数时屏中央为亮纹。_当缝宽改变到很小时或屏较远时，菲涅耳衍射转变为夫琅和费衍射。实验装置（图18-1）1：激光器架（SZ-42）7：白屏（SZ-13）2：He-Ne激光器(GY-10)8：通用底座（SZ-04）3：扩束器（T-GSZ-A02,f′=6.2）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架（SZ-08）11：通用底座（SZ-04）6：测微狭缝(SZ-27B)图18-1调理与察看①使激光经过扩束器（造成非远场条件）照耀到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。②在迟缓、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可察看到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各样菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。实验原理由菲涅耳衍射原理：Aa1(1)n1an22当改变圆孔的直径或改变察看距离时，屏中央发生明暗变化。_实验装置（图18-2）1：激光器架（SZ-42）7：白屏（SZ-13）2：He-Ne激光器(GY-10)8：通用底座（SZ-04）3：扩束器（T-GSZ-A02,f=6.2）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架(SZ-08)10：二维平移底座（SZ-02）5：多孔板（SZ-23A，φ1.5mm）11：通用底座（SZ-04）6：透镜架（SZ-08）18-2调理与察看将实验装置18－1中的狭缝换成φ1.5mm的圆孔，如图（18－2），使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮—暗—亮的变化。图样中心的亮或暗，取决于点光源与圆孔的距离、圆孔的半径和圆孔到察看屏的距离。直边菲涅耳衍射实验原理_当平面波照耀到直边上时，在直边后可察看到它的菲涅耳衍射，衍射结果以以下列图即当察看点从几何暗影界限向外挪动时，I/I0是振荡的，但振幅逐渐减少，最后，正象从几何光学能够预期的那样，I/I0逐渐地趋势于1。强度的最大值不是在几何暗影边上，而是在直接照明区稍为走开该边的地方。实验装置（图

19-1

）1：激光器架（

SZ-42

）

7：白屏（SZ-13

）2：He-Ne

激光器

(GY-10)

8：通用底座（

SZ-04

）3：透镜架（

SZ-08

）

9：二维平移底座

（SZ-02

）4：扩束器（

T-GSZ-A02,

f

′=6.2

）

10：二维平移底座

（SZ-02

）5：透镜架（

SZ-08

）

11：通用底座（

SZ-04

）6：刀片（

GSZ-2B-06

）19-1调理与察看将实验18中的狭缝换成刀片，即可发生直边衍射。当察看点从几何暗影界限向外挪动时，衍射光强有近似衰减振荡的散布，最后趋于无阻拦的自然流传。强度的最大值其实不在于几何暗影_的交界处，而是在直接照明区稍靠外些的亮区内。在暗影区内，衍射条纹的光强单一地减弱，向抵达零。光栅衍射实验原理当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生衍射，而经过光栅不同狭缝的光还要发生干预，所以光栅的衍射条纹实质应是衍射和干预的总见效。设光栅的刻痕宽度为a，透明狭缝宽度为b，相邻两缝间的距离d=a+b，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。如右图所示，光栅常数为d的光栅，当单色平行光束与光栅法线成角度i入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过透镜汇聚于焦平面上，就产生一组明暗相间的衍射条纹。设衍射光芒AD与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为φ，从B点作BC垂直入射线CA，作BD垂直于衍射线AD，则相邻透光狭缝对应地点两光芒的光程差为：ACADdsinφsini当此光程差等于入射光波长的整数倍时，多光束干预使光振动增强而在F处产生一个明条纹。所以，光栅衍射明条纹的条件为：dsinφsiniKλK=0，±1，±2，K式中λ为单色光波长，K是亮条纹级次，K为K级谱线的衍射角，i为光芒的入射角。此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。本实验研究的是光芒垂直入射时所形成的衍射。此时，入射角i=0则光栅方程变为：dsinφKλK=0，±1，±2，·K由上式能够看出，假如入射光为复色光，K=0时，有：φ0，不一样样波长的零级亮纹重叠在0一同，则零级条纹仍为复色光。当K为其余值时，不一样样波长的同级亮纹因有不一样样的衍射角而相互_分开，即有不一样样的地点。所以，在透镜焦平面大将出现按短波向长波的序次自中央零级向双侧依次分开摆列的彩色谱线。这类由光栅分光产生的光谱称为光栅光谱。以下列图是汞灯光波射入光栅时所得的光谱表示图。中央亮线是零级主极大。在它的左右双侧各散布着K=±1的可见光四色六波长的衍射谱线，称为第一级的光栅光谱。向外侧还有第二级，第三级谱线。所以可知，光栅拥有将入射光分红按波长摆列的光谱的功能。实验装置（图20-1）1：汞灯(GY-4B)11：旋转透镜架（SZ-06A）2：透镜架（SZ-08）12：测微目镜架(SZ-36)3：透镜L（T-GSZ-A07,f′=50mm）13：测微目镜(XW-1)14：透镜架（SZ-08）14：三维平移底座（SZ-01）5：可调狭缝(SZ-27B)15：通用底座（SZ-04）6：透镜L（GSZ-2B-01,f′=105mm）16：二维平移底座（SZ-02）27：二维架（SZ-07）17：起落调理座（SZ-03）8：光栅（T-GSZ-A24A,d=1/20mm）18：起落调理座（SZ-03）9：旋转透镜架（SZ-06A）19：通用底座（SZ-04）_10：透镜L3（T-GSZ-A11,f′=225mm）另备光栅转台和三棱镜20-120-2调理与丈量1）按图20-1沿平台米尺安排各器件，调理共轴。）开启汞灯，狭缝须调铅直，并使光栅刻线和测微目镜分划板上的毫米尺刻线与狭缝平行。）将狭缝调窄，前后挪动测微目镜，获取清楚的汞的光栅衍射光谱。）转动目镜，除去光谱线与分划板间的视差。）依据光栅方程，衍射的各主极大由下式决定：dsink（k=0,1,2）实质上因θ角很小（图20-2予以放大），可近似地以为d

lk

k

（k=0,

1,

2

）f此中

d是光栅常量，

lk是某待测谱线地点到零级谱线的距离，

f

是物镜

L2的焦距，

k

是衍射级，_是光波波长。用测微目镜对汞的一级光谱中较强的两条黄线，一条绿线和一条蓝线分别测出lY1，lY2，lG和lB，据上式即测得各谱线的波长。左右挪动测微目镜，也能够利用二级谱线测谱线波长。6）光栅光谱与棱镜光谱的比较：将等边三棱镜放在光栅转台上，替下旋转透镜架和光栅，用测微目镜和Ｌ3在适合角度找到汞的棱镜光谱，经过察看比较两种光谱的差别。21光栅单色仪实验原理单色仪是获取可调理单色光的光谱仪器，按所用色散元件不一样样，可分为光栅单色仪和棱镜单色仪，图21－1表示在光学平台上搭建的一种光栅单色仪的简单光路。光源1经过透镜2照亮狭缝S，狭缝光源的出射光被凹面镜M1准直后，经平面反射光栅G衍射，再经M1和平面镜1M2反射到狭缝S。转动光栅台即改变入射角，衍射光谱以波长为序，从S出射，即获取单色光。22图中入、出准直镜的光束夹成小角度，近似利特罗装置*。是一种紧凑的光路设计。M2M1S112S2G21－1_实验装置（图21-2）1：汞灯(GY-4B)11：二维平移底座（SZ-02）2：透镜（T-GSZ-A07,f′=50mm）12：光栅转台(SZ-10)3：透镜架（SZ-08）13：平面闪跃光栅G（T-WGD300-05116）4：测微狭缝(SZ-27B)14：二维平移底座（SZ-02）5：旋转透镜架（SZ-06A）15：透镜架（SZ-08）6：平面镜M2(T-GSZ-A16)16：测微狭缝(SZ-27B)7：二维架（SZ-07）17：起落调理座（SZ-03）8：通用底座（SZ-04）18：起落调理座（SZ-03）9：自准球面镜M1（GSZ-2B-03,f′=500mm）19：通用底座（SZ-04）10：二维架（SZ-07）21-2调理说明1）各零件中心应调在同一高度，光路主截面大概平行于台面。用f，=50mm透镜将汞灯光聚在入缝上（缝宽＞0.5mm）。_2）按图搁置各零件，安装光栅时应使箭头记号向上，以保证闪烁见效，用白纸检查M1、G和M2上的投射光，要求丰满不漏，进度不挡光。3）M1上的入射光束和出射光束应力争夹成小角度，如图示，38/400≈5.4°，尚能够近似认为光路是利特罗自准的。4）用白屏取代出缝，找到最正确聚焦地点，再部署出射缝。两个狭缝的刀口面必然面对入射方向，工作宽度约可调到0.02mm。5）图中M1和G的距离是200mm，可小有进出。6）调理光栅水平面的方向，以使579.1nm（黄）—404.7nm（紫）间的谱线在测微螺旋控制下能序次出射。可改变光路，使G稍前倾，M2置于入缝后下方，出缝降落，以获取更强的闪跃见效。偏振光的产生和查验实验原理光是电磁波，和其余电磁辐射相同，都是横波。它是由相互垂直的两个振动矢量即电场强度矢量E和磁场强度矢量H来表征的。因为惹起人的视觉反响的和光化学反响的是其电矢量，所以平常将E矢量称做光矢量。电矢量只限于某一确立方向的光，称做平面偏振光。又因该电矢量末_端的轨迹为向来线，也称线偏振光。另一种偏振光，它的电矢量随时间作有规则的变化，该矢量尾端在垂直于流传方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，就是椭圆偏振光或圆偏振光。从一个实质光源发出的光，因为大批原子或分子的热运动和辐射的随机性，电矢量的取向和大小没有哪个方向特别占优势，表现一种均匀状态，这就是自然光。介于自然光和线偏振光之间，有好多的电矢量取向于某方向，就成为部分偏振光。

iB1n22图22－1光以随意角度入射到两种透明介质的分界面上，发生反射和折射时，都会产生部分偏振光。但当光从折射率为n1的介质入射到折射率为n2的介质交界面时（图22－1），假如入射角i知足iBtg1n2n1反射光就成为圆满偏振光，其振动面垂直于入射面。这就是布儒斯特定律，iB叫做布儒斯特角。自然光入射某些各向异性晶体（冰洲石、石英等），同时分解成两束平面偏振光，以不一样样速度在晶体内流传的现象，称晶体双折射。如图22－2所示，两束折射光分红恪守折射定律的平常光（o光）和不恪守折射定律的非平光阴（e光）。冰洲石晶体中有一个固定方向（与经过3个钝角面会集的极点，并和这3个面成等角的直线相平行的方向）不发生双折射，该方向为晶体的光轴。在晶体内，对o光与e光分别与光轴所成o光主平面和e光主平面而言，o光振动方向垂直于自己的主平面，而e光的振动方向平行于自己的主平面。一般状况下，它们各自的主平面是不重合的，但夹角不大，所以用检偏器测出o光和e光的振动方向凑近垂直。当把晶体磨成表面平行于光轴的晶片，而且自然光垂直表面入射时，晶体内e光与o光沿同一方向流传，二者振动方向严格垂直，而流传速率相差最大。_冰洲石晶体非平光阴入射自然光平光阴光轴方向图22－2若使线偏振光正入射上述晶片，它的电矢量可分解为垂直于光轴振动的oo光振动方向入射线偏振光的振动方向光和平行于光轴振动的e光（图22－）。二者从晶片出射后有固定的相位差。晶片内这两个相互垂直的方向，因

正入射线偏振光

e光振动方向出射光（含有必然相位差的o光和e光速率不一样样而分称快轴和慢

光轴方向o光和e光）轴。在冰洲石中，neno，e光比o光图22－3快，故称平行于光轴方向为快轴，垂直于光轴方向为慢轴。设入射光振幅为A，振动方向与光轴夹角为，入射后o光和e光振幅分别为Asin和Acos，出射时相位差2π(none)d0式中0是真空中的波长，no、ne是晶体对o光和e光的折射率，d是晶片厚度。设平行光轴方向为x轴，垂直光轴方向为y轴，由晶片出射时的o光和e光的振动可用两个相互垂直、同频次、有固定相位差的简谐振动方程表示：xAesint（22.1）_yAosin(t)（22.2）从（22.1）和（22.2）消去t，合振动方程得x2y22xy2）Ae2Ao2cossin（22.3AeAo一般来说，此式为椭圆方程，它代表椭圆偏振光，但当(2k1)π(k=1,2,3)式（22.3）可化为AeyAo合振动为线偏振光。晶片厚度(2k1)dne)2(no使o光和e光的光程差等于(2k1)，这晶片就称做半波片，当2π(2k1)2（22.3）式为正椭圆方程x2y21Ae2Ao2合成光是椭圆偏振光。此时晶片厚度d(2k1)(none)4使o光和e光的光程差等于(2k1)1波片。，这晶片称做44若入射光振动与光轴夹45°角，AoAe，则有x2y2A2即获取圆偏光。_实验装置（图22-4）1：白光源（GY-6）8：黑玻璃镜(SZ-32)2：凸面镜（T-GSZ-A09,f′=150mm）9：偏振片(GSZ-2B-05)3：二维架（SZ-07）10：旋转透镜架（SZ-06A）4：测微狭缝（SZ-27B）11：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架(SZ-08)12：起落调理座（SZ-03）6：光学测角台（SZ-47）13：通用底座（SZ-04）另需钠灯、7：起落调理座（SZ-03）氦氖激光器、1/4波片及架、冰洲石镜和扩束器22-4实验步骤1）测布儒斯特角，定偏振片光轴：按图22-4所示，使白光源灯丝位于透镜的焦平面上（此_时二底座相距162mm），近似平行光束经过狭缝，向光学台分度盘中心的黑玻璃镜入射，并在台面上显出指向圆心的光迹。此时转动分度盘，对随意入射角，利用偏振片和X轴旋转二维架组成的检偏器查验反射光，转动360ο，察看部分偏振光的强度变化。而当光束以布儒斯特角iB入射时，反射的线偏振光可被检偏器除去（对οn=1.51,iB≈57）。该入射角需频频认真校准。因线偏振光的振动面垂直于入射面，按检偏器消光方向能够定出偏振片的易透射轴。）线偏振光分析：使钠光经过偏振片起偏振，用装在光学测角台上（瞄准指标线）的偏振片在转动中检偏振，分析透过光强变化与角度的关系。3）椭圆偏振光分析：使激光束经过扩束器、狭缝和黑镜产生线偏振光，再经过1/4波片之后，用装在光学测角台上的偏振片在旋转中察看破射光强变化，能否有两明两暗地址（注意与上一项实验现象有何不一样样），在暗地址，检偏器的透振方向即椭圆的短轴方向。4）圆偏振光分析：在透振轴正交的二偏振片之间加入1/4波片，旋转至透射光强恢复为零处，从该地点再转动45°，即可产生圆偏振光。此时若用检偏器转动检查，透射光强是不变的。3）和4）应使用白屏察看。）利用冰洲石镜及旋转透镜架，能够察看和分析该晶体的双折射现象。让自然光（比方钠光）经过支架上的一个小孔入射冰洲石晶体，用眼睛在适合距离能够看到光束一分为二；转动支架，又能鉴别平光阴（o光）和非平光阴（e光）。从而用检偏器确立o光和e光偏振方向的关系。_全息照相1948年，盖伯（D.Gabor）提出了一种照相的全息术。他在实验中让单色光的一部分照明物体，另一部分直射照相底片，在底片上与物体的散射光发生干预。底片显影后，就成为“全息图”，此后再用单色光照耀它，实现了“波前再现”。1960年，相关性优秀的高亮度光源激光器发明此后，与1962年，利思（）和厄帕特奈克斯（J.Upatnieks）又提出了离轴全息术，此后，全息术有了迅速的发展和多方面的应用。实验原理从物上反射和衍射的光波，携带的振幅和相位信息，只有经过干预条纹的形式才能被间接地全面记录和复原。这类可逆过程决定了全息照相必然分两步达成。第一步是全息记录：用全息感光底片记录物光束和参照光束的干预条纹；第二步是物光波前的再现，即用再现照明光以必然角_度照耀全息图，经过全息图的衍射，才能重现物光波前，看到立体像。）波前的全息记录物光能够为是物体上各点发出的球面波的叠加。设此中一点P(x0,y0,z0)发出球面波~O(P)exp[i0(P)]（23.1U0(P)）设全息感光片平面z0，此面上物光波前为~xyOxyixy（23.2）U0,))]((,)exp[0(,若参照光是平面波，其流传方向在yz平面上，z0处参照光波前可表示为UR(x,y)R(x,y)exp[iR(x,y)]（23.3）感光片上总的振幅散布就是~~~U(x,y)U0(x,y)UR(x,y)底片上的光强散布~~*(x,y)I(x,y)U(x,y)U

23.4）23.5）将式（23.2）、（23.3）和（23.4）代入式（23.5），得I(x,y)O2R2ROexp[i(0R)]ORexp[i(0R)]（23.6）I(x,y)O2R22ORcos(0R)（23.6′）感光底片经过曝光、显影、定影、冲刷、干燥后，就做成了全息图。假如控制好曝光量和显影条件，能够使全息图的振幅透过率t与曝光量E（正比于光强I）成线性关系（拜见图23－1）：t(x,y)t0I(x,y)（23.7）此中t0和是常数。）物光波前的再现假如保持上一步记录取的参照光不动，让它照耀制做达成又复位到干版架上的全息图，光波经过全息图上记录的复杂形状的干预条纹，就等于经过一块复杂构造的光栅，发生衍射现象。在_这衍射光波之中包含了原来形成全息图时的物光波，所以，当我们迎着物光方向察看时，就能看到物的再现像，它是一个虚像，恰巧成在原物地点，它拥有全面的视差特色，致使能否撤走原物，看起来是相同的。直射的光束称做晕轮光。还有一个实像，称共轭像，可用白屏接收（见图23－2）。上述再现照明光照到全息图上，透射光的复振幅散布为~~t(x,y)（23.9Ut(x,y)UR(y)）将式（23.3）、（23.6）和（23.7）代入式（23.9）：~t~222π2U(x,y)[t0(RO)]Rexp[iysin]ROexp[i0]t)UR(y)t(x,y（23.10）0]exp[i2π2ysinR2Oexp[i]Tx照明光＋1级z0级－1级0E图23－1图23－2式（23.10）对应的就是3束透射光：第一项为哪一项0级衍射，它不含物光的相位信息，代表有所衰减的照明光波前；第2项是＋1级衍射，相当于式（23.2）代表的物光波前乘以一个系数R2，成为再现的物光波前，看它就跟看实物相同；第3项是－1级衍射，包含物光的共轭波前Oexp[i0]和相位因子。物光共轭波波面的曲率和物光波相反。相位因子表示转移流传方向，流传中与0级衍射分别开。_全息照相所需参照光既可用平面波，也常用球－1级面波。若使用球面波做参照光，重现时的－1级衍射有可能不可以实像，而是成虚像。假如重现照明光

级＋1级照明光与原参照光方向相反（见图23－3），也会出现3个实像方向的衍射光，此时的实像出现的角度会有些偏移。虚像图23－3实验装置（图23-4）1：He-Ne激光器L(GY-10)13：干版架（SZ-12）2：激光器架（SZ-42）14：全息干版（GS-1调光时用白板）3：通用底座（SZ-04）15：三维平移底座（SZ-01）4：起落调理座（SZ-03）16：拍摄物体(BLGY)5：分束器(T-GSZ-A201)17：载物台（SZ-20）6：透镜架（SZ-08）18：通用底座（SZ-04）7：二维架（SZ-07）19：起落调理座（SZ-03）8：平面镜M1(T-GSZ-A16)20：扩束器（T-GSZ-A02,f′=6.2mm）9：通用底座（SZ-04）21：旋转透镜架（SZ-06A）10：二维平移底座（SZ-02）22：二维平移底座（SZ-02）11：扩束器（T-GSZ-A01,f′=4.5mm）23：平面镜M2(T-GSZ-A16)12：透镜架（SZ-08）24：二维架（SZ-07）_23-4实验步骤1）按图23-4的相对地点放好各器件，拿下L1和L2，调等高。2）使物光束与参照光束的光程近似相等，二者夹角在30°－40°之间。3）调M1的倾角，使光束射在物的中间部位，调M2的倾角，使参照光束射在全息干版（暂以白板取代）的中部。4）加入L1，调其支架并前后挪动，使扩束镜恰巧照全物体，加入L2，调其支架并前后挪动，使参照光束瞄准白屏，与物光束的光强比在5:1－10:1之间。5）将各磁性座指向ON，封闭照明灯，安装全息干版后，进行曝光，时间可控制在10－15s。在弱绿光下显影和定影，时间长短主要取决于药方和药液温度。6）将清水冲过又经干燥办理的全息片面对扩束的激光，察看虚像和实像。制做全息光栅实验原理若使全息照相光路中的物光波和参照光波都是平面波，制成的全息图就是一块全息光栅。如图24－1所示，激光束经过由扩束透镜L1和长焦距凸面镜L2构成的扩束系统后，形成平行光束，_经过分束器分红两路，透射光波直抵全息干版H，反射光波经平面镜M再反射到H，两路光波夹一角，在感光面上相关叠加，形成等间距的干预直条纹。干版经曝光、显影、定影、漂白、烘干等办理后，所获取的全息光栅由式（

24.1）（光栅方程）决定它的光栅常量（周期）

d：2dsin

（24.1）2SLaL1L2HM图24－1d的倒数即光栅的空间频次f0，是激光波长。由光栅方程和全息光栅记录光路可知，只需改变角，就能控制光栅的周期d。设定光栅方程dsin=k中的光栅常量d，(比如P1P21a角。为此我们需要在全息干2θxmm)，并在光路中确立相应的100b板处搁置一开孔小白屏，在小白屏P1背后部署另一个白屏P，l2图34-2a和b(图24-2)图24-2接收透过小白屏中心圆孔形成的两个光点，用直尺测出x和l，由几何关系x2ltg计算出，再比较光栅方程，调理M2和M3，达到或凑近所需值为止。也可在P1止处搁置一透镜，在后焦平面处搁置一白屏，丈量白屏上的两个光点a和b，依据上式计算。实验装置（图24-3）1：He-Ne激光器L(GY-10)10：5:5分束器S（T-GSZ-A201）2：通用底座（SZ-04）11：二维架（SZ-07）3：激光器架（SZ-42）12：起落调理座（SZ-03）_4：透镜架（SZ-08）13：干版架（SZ-12）5：扩束器L1（T-GSZ-A01,f′=4.5mm）14：全息干版（GS-1）6：二维平移底座（SZ-02）15：二维平移底座（SZ-02）7：透镜架（SZ-08）16：二维架（SZ-07）8：准直透镜L2（T-GSZ-A11,f′=225mm）17：平面镜(T-GSZ-A16)9：起落调理座（SZ-03）18：三维平移底座（SZ-01）24－3实验步骤1）设定全息光栅常量d（比方100L/mm），并据此按式2dsin(24.1)2预计二光束夹角（精准到0.5°甚至1°即可）。2）参照图24－1部署光路。先不加扩整装置（L1和L2），按预计的角，使二光束在H面（暂用小白屏取代全息干版）交叠。3）在光路中加入透镜L1和L2（扩束的光斑应在H面重合），此后取下小白屏。_）在暗室环境，将裁好的全息干版装在干版架上。静置1min此后，曝光约0.5s，此后可在绿色安全灯下显

OaHG影、停显和定影。在正常采光下水洗，l漂白，风干或烘干。

P图24－4）用显微镜察看制成的全息光栅的构造。6）用细激光束垂直入射全息光栅HG（图24-2），在白屏P上察看衍射现象（清楚的光斑可视为夫琅禾费衍射图样）。丈量HG至P之间的距离l和1级衍射斑之间的距离e，依据式(24.1)计算出光栅常量，并与原来设定的数值作比较。阿贝成像原理和空间滤波_实验原理二维傅里叶变换设空间二维函数g(x,y)，其二维傅里叶变换为G(fx,fy)F[g(x,y)]g(x,y)exp[i2π(fxxfyy)dxdy]（25.1）式中fx,fy分别是x,y方向的空间频次，而g(x,y)又是G(fx,fy)的逆傅里叶变换，即g(x,y)F1[G(fx,fy)]G(fx,fy)exp[i2π(fxx,fyy)dfxdfy]（25.2）式（25.2）表示随意一个空间函数g(x,y)可表示为无量多个基元函数exp[i2π(fxxfyy)]的线性叠加。G(fx,fy)dfxdfy是相应于空间频次为fxfy的基元函数的权重。G(fx,fy)表示g(x,y)的空间频谱。理论证明，假如在焦距为F的汇聚透镜L的前焦面上置一振幅透过率为g(x,y)的图像为物，并以波长为的单色平面波垂直照明图像，则L的后焦面(x,y)上的复振幅散布就是g(x,y)的傅里叶变换G(fx,fy)，此中fx,fy与坐标(x,y)的关系为fxxy（25.3）,fyFFx,y面称频谱面。所以，复杂的二维傅里叶变换能够用一透镜实现，即光学傅里叶变换。频谱面上的光强散布就是物的夫琅禾费衍射图。2阿贝成像原理阿贝（E.Abbe）提出的相关光照明下显微镜成像的原理分两步：第一步是经过物的衍射光在物镜后焦面上形成一个衍射图，阿贝称它“初级像”；第二步是从衍射斑发出的次级波复合为（中间）相关像，可用目镜察看这个像。成像的这两步，实质上就是两次傅里叶变换：第一步将物面光场的空间散布

g(x,y)

变为频谱面上的空间频次散布

G(fx

,fy)

，第二步是又一次变换，将

G(fx

,fy)

复原到空间散布_g(x,y)。图25－1表示成像的这两步过程。设物是一个一维光栅，单色平行光照到光栅上，经衍射分解成不一样样方向的好多平行光束（每束平行光拥有必然的空间频次），经过物镜分别聚焦，在后焦面上形成点阵，此后，不一样样空间频次的光束在像面上复合成像。假如这两次傅里叶变换是很理想的，信息没有任何损失，像与物就应圆满相像（除去放大率要素，成像十分传神）。但因为受透镜孔径限制，总会有些衍射角较大的高次成分（高频信息）不可以够进入物镜而被舍弃。所以像的信息老是少于物的信息。高频信息来自物的细节。假如受孔径限制不可以够抵达像平面，不论显微镜有多大的放大倍数，也不可以能在像面上显示出圆满相像于原物的那部分细节。极端的