浙江大學(xué)物理光學(xué)實驗報告

1、 本科實驗報告課程名稱：物理光學(xué)實驗姓 名：郭天翱系：光電信息工程學(xué)系專 業(yè)：信息工程（光電系）學(xué) 號：3100101228指導(dǎo)教師：蔣凌穎2012年1 月7日專業(yè)：光電信息工程姓名： 郭天翱 學(xué)號： 3100101228 日期：2012年1月7日地點：紫金港東1A407實驗報告課程名稱：_物理光學(xué)實驗_指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績：_實驗名稱：夫瑯和弗衍射光強分布記錄 實驗類型：_ 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵笱b 訂 線1 掌握單縫和多縫的夫瑯

2、和費衍射光路的布置和光強分布特點。2 掌握一種測量單縫寬度的方法。3 了解光強分布自動記錄的方法。2、 實驗內(nèi)容一束單色平面光波垂直入射到單狹縫平面上，在其后透鏡焦平面上得到單狹縫的夫瑯禾費衍射花樣，其光強分布為： （1）式中 （2）為單縫寬度，為入射光波長，為考察點相應(yīng)的衍射角。為衍射場中心點（處）的光強。如圖一所示。由（1）式可見 ，隨著的增大，有一系列極大值和極小值。極小值條件是： （3）如果測得某一級極值的位置，即可求得單縫的寬度。如果將上述單縫換成若干寬度相等，等距平行排列的單縫組合多縫，則透鏡焦面上得到的多縫夫瑯禾費衍射花樣，其光強分布： （4）式中 （5）為單縫寬度，為相鄰單縫間

3、的間距，為被照明的單縫數(shù)，為考察點相應(yīng)的衍射角；為衍射中心點（處）的光強。 稱為單縫衍射因子，為多縫干涉因子。前者決定了衍射花樣主極大的相對強度，后者決定了主極大的位置。（干涉）極大的條件是。（干涉）極小的條件是當(dāng)某一考慮點的衍射角滿足干涉主極大條件而同時又滿足單縫衍射極小值條件，該點的光強度實際為0/，主極大并不出現(xiàn)，稱該機(jī)主極大缺級。顯然當(dāng)為整數(shù)時，相應(yīng)的m級主極大為缺級。不難理解，在每個相鄰干涉主極大之間有N-1個干涉極??；兩個相鄰干涉極小之間有一個干涉次級大，而兩個相鄰干涉主級之間共有N-2個次級大。三、主要儀器設(shè)備激光器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、衍射屏、會聚鏡、光電接收掃描器、自動平衡記錄儀

4、。四、操作方法和實驗步驟1調(diào)整實驗系統(tǒng)（1）按上圖所示安排系統(tǒng)。（2）開啟激光器電源，調(diào)整光學(xué)元件等高同軸，光斑均勻，亮度合適。（3）選擇衍射板中的任一圖形，使產(chǎn)生衍射花樣，在白屏上清晰顯示。（4）將CCD的輸出視頻電纜接入電腦主機(jī)視頻輸出端，將白屏更換為焦距為100mm的透鏡。（5）調(diào)整透鏡位置，使衍射光強能完全進(jìn)入CCD。（6）開啟電腦電源，點擊“光強分布測定儀分析系統(tǒng)”便進(jìn)入本軟件的主界面，進(jìn)入系統(tǒng)的主界面后，點擊“視頻卡”下的“連接視頻卡”項，打開一個實時采集窗口，調(diào)整透鏡與CCD的距離，使電腦顯示屏能清晰顯示衍射圖樣，并調(diào)整起偏/檢偏器件組，使光強達(dá)到適當(dāng)?shù)膹姸?，將采集的圖像保存為b

5、mp、JPG兩種格式的圖片。2測量單縫夫瑯和費衍射的光強分布（1）選定一條單狹縫作為衍射元件（2）運用光強分布智能分析軟件在屏幕上顯示衍射圖像，并繪制出光強分布曲線。（3）對實驗曲線進(jìn)行測量，計算狹縫的寬度。3觀察衍射圖樣 將衍射板上的圖形一次移入光路，觀察光強分布的水平、垂直坐標(biāo)圖或三維圖形。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1. 測量單縫夫瑯和費衍射光強分布并計算縫寬標(biāo)準(zhǔn)單縫夫瑯和費衍射圖以及光強分布如下所示：對光強分布圖進(jìn)行分析后可得，正負(fù)1級極小的像素坐標(biāo)分別為。同時，該標(biāo)準(zhǔn)單縫縫寬已知，。待測單縫夫瑯和費衍射圖和光強分布如下所示：對光強分布圖進(jìn)行分析后可得，待測單縫衍射的正負(fù)1級極小的像素坐標(biāo)分

6、別為。由于單縫衍射極小值的條件為：，因此可得。又因為，所以待測單縫的縫寬為2. 觀察衍射圖樣并繪制曲線1) 單縫：由圖可見，衍射圖中有19個極大，19個極小。單縫衍射的整體光強包絡(luò)變化曲線類似于sinc函數(shù)平方曲線，中央主極大的光強最大，向兩邊光強逐漸減弱。2) 雙縫：a) 雙縫1（縫間距較窄）該雙縫衍射圖中有12個極大，12個極小。且在干涉3級主極大附近與衍射極小值重合，導(dǎo)致3級的主極大的光強減弱。b) 雙縫2（縫間距較寬）該雙縫衍射圖中有17個極大，16個極小。且在干涉第6和第7級主極大之間為衍射極小值。由以上兩種雙縫衍射圖可以看出，雙縫的衍射強度變化趨勢大致相同，中央強度最前，當(dāng)干涉極大

7、在衍射極小附近時，強度相對較弱。并且在相鄰干涉主極大之間存在一個干涉極小值，但不存在干涉次級大。光強曲線整體包絡(luò)以sinc函數(shù)平方的趨勢在變化。并且，雙縫縫間距的大小會影響干涉極大之間的距離，縫間距越窄，干涉極大之間的距離越大，則衍射圖上可以看到的極大或極小的數(shù)目越少。3) 三縫：從該三縫衍射圖中可以看出，相鄰干涉主極大之間有一個干涉次級大，兩個干涉極小，且在二級、四級、六級干涉主極大附近存在衍射極小。中央主極大的光強最大。4) 四縫：從該四縫衍射圖中可以看出，相鄰干涉極大之間由兩個干涉次級大，三個干涉極小值。并且中央主極大的光強最強。衍射極小值發(fā)生在二級主極大附近。5) 光柵：a) 光柵1（

8、縫間距較窄）該光柵衍射圖中有10個極大，10個極小，其中三級主極大的光強較弱，受衍射極小的影響。b) 光柵2（縫間距較寬）該光柵衍射圖中有14個極大，14個極小。其中二級、四級、六級的光強較弱，受衍射極小的影響。由以上兩個光柵衍射圖中可以看出，光柵衍射的每個主極大之間的間距相同，由于衍射極小的影響導(dǎo)致某些級的光強強度較弱。光強包絡(luò)呈sinc函數(shù)平方的趨勢發(fā)生變化。同時，主極大之間的間隔受到縫間距的影響，縫間距越寬，主極大的間距越小。6) 單圓孔：a) 單圓孔1（半徑最?。゜) 單圓孔2（半徑中等）c) 單圓孔3（半徑較大）由以上三個單圓孔衍射圖可以看到，單圓孔衍射圖由中心在主軸上的圓以及同心圓

9、環(huán)所組成。中心圓的亮度最強，向四周光強依次減弱。其光強分布曲線以貝塞爾函數(shù)的趨勢在變化。同時，比較三個單圓孔衍射圖可以得到，圓孔的半徑越大，中心圓的半徑以及同級同心圓的半徑越小，且中央圓的亮度越大，同時光強衰減得越快。7) 雙圓孔：a) 雙圓孔1（孔間距較小）水平方向光強分布：垂直方向光強分布：b) 雙圓孔2（孔間距較大）水平方向光強分布：垂直方向光強分布：由以上兩種雙圓孔干涉圖可以看到，雙圓孔干涉圖為單圓孔衍射以及等間距直條紋的疊加所得。將水平方向上的光強分布圖和垂直方向上的光強分布圖相比較可得，水平方向上的光強分布的包絡(luò)曲線和垂直方向上的光強曲線大致一致，均為貝塞爾函數(shù)，而水平方向上的光強

10、分布曲線還受到了兩個干涉相干點形成的干涉場的影響。同時，當(dāng)孔間距較小時，形成的條紋間距較寬。8) 矩孔：水平方向上的光強分布：垂直方向上的光強分布：由矩孔衍射圖可以看到，矩孔水平方向上和豎直方向上的光強分布曲線均為sinc函數(shù)的平方曲線，但由于矩孔的長和寬的長度不同，導(dǎo)致兩個方向上主極大的間距不同。9) 方孔：由方孔衍射圖可以看到，在水平和垂直方向上其光強分布相同，均呈sinc函數(shù)的平方曲線的趨勢變化，并且兩個方向上主極大的間距相等。在斜方向上也可定義看到亮紋的存在，整體上以網(wǎng)格的形式分布。10) 三角孔：水平方向上的光強分布：垂直方向上的光強分布：由三角孔的衍射圖可以看到，其衍射圖中心有一圓

11、斑，其強度最大，四周的衍射強度在六個方向向最強，且距離中心越遠(yuǎn)，強度越弱。而其余的地方光強均較弱。六、思考題1入射光束不垂直縫平面時，對衍射光強分布有何影響？答：當(dāng)入射光束不垂直時，衍射圖樣平移，但光強分布不變。2 為什么應(yīng)盡可能使衍射狹縫與CCD平行？在實驗中如何判斷是否平行？答：因為當(dāng)狹縫與CCD平行時，CCD可以接收到的光強最大，有利于衍射光強分布的測量。在實驗中，可以采用自準(zhǔn)直法來判斷是否平行。3能否用單縫衍射圖樣的極大值位置測量單縫寬度？為什么？答：不能。因為曲線很可能出現(xiàn)削頂情況，此時無法得到準(zhǔn)確的極大值。專業(yè)：光電信息工程姓名： 郭天翱 學(xué)號： 3100101228 日期：201

12、3年 1月 7日地點：紫金港東1A407實驗報告課程名稱：_物理光學(xué)實驗_指導(dǎo)老師：蔣凌穎_成績：_實驗名稱：衍射光柵分光特性測量 實驗類型：_ 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵笱b 訂 線1 了解光柵的分光原理及主要特性。2 用衍射光柵測量光波波長。3 掌握測量光柵分光特性的實驗方法。二、實驗內(nèi)容衍射光柵是一種重要的分光元件，當(dāng)平行光入射到一塊平面衍射光柵時，讓衍射光波經(jīng)過一透鏡，則在透鏡焦平面上得到光柵的夫瑯和弗衍射花樣。如果光源是平行于光柵刻

13、痕的狹縫光源發(fā)出的準(zhǔn)單色光，則衍射花樣是一些分立的亮線（亮條紋）。亮紋位置滿足如下條件光柵方程式式中，d為光柵常數(shù)，為第m級亮紋對應(yīng)的衍射角，為入射光波長，I為入射平行光對光柵面的入射角。入射光處于光柵面法線同側(cè)的亮條紋時上式中取正號；異側(cè)時取負(fù)號。1光柵的色散復(fù)色光入射時，除另級外各波長的衍射亮線分開，各色同級亮級分開的程度用光柵的色散來表示。定義角色散（弧度/埃）； 當(dāng)小時，線色散 （毫米/埃）可見光柵的色散與光波長無關(guān)，它僅決定于光柵常數(shù)d和被考察亮線的級次m，色散是作為分光元件的衍射光柵的重要特性參數(shù)。根據(jù)光柵方程，只要測得某光波第m級亮級的衍射角，并已知光柵常數(shù)d和入射角i，則可求得

14、該光波波長。同時，如果測得各色光第m級亮線的衍射角，則可算得各色光的波長差，求得第m級亮線的角色散。為會聚透鏡的焦距。2光柵的色分辯本領(lǐng)光柵的色分辯本領(lǐng)用波長附近能被分辯的最小波長差的比值來表示：即式中m是光譜級次，N是光柵的總刻痕數(shù)。3光柵的自由光譜范圍光柵光譜中，不發(fā)生越級的最大光譜范圍稱為光柵的自由光譜范圍，表示為可以看出，光柵的色分辯本領(lǐng)正比于刻痕數(shù)N和級次m，但自由光譜范圍反比干涉級次m，所以光柵使用時應(yīng)根據(jù)需要合理地選擇參數(shù)。三、主要儀器設(shè)備3個光柵、分光儀、超聲測量裝置四、操作方法和實驗步驟本實驗在分光儀上進(jìn)行。衍射光柵放在分光儀的棱鏡臺上，平行光管狹縫用低壓汞燈照明，用望遠(yuǎn)鏡在

15、不同方向上觀察光柵衍射后的各級各色亮線，各譜線的衍射角利用分光儀的度盤游標(biāo)系統(tǒng)測出。實驗中使用透射式平面衍射光柵，有光柵常數(shù)d=1/100(mm)和1/600(mm)兩種，觀察兩光柵衍射的特征。1 正確調(diào)整分光儀。2 用平面衍射光柵測量低壓汞燈四條光譜線的位置，計算對應(yīng)的光波長，用實驗測量計算衍射一級亮紋的角色散，分辨本領(lǐng)。觀察重級情況，并與理論計算值比較。利用超聲光柵測液體聲速1 用低壓汞燈作光源。2 將液體槽座卡在分光計載物臺上，液體槽卡住載物臺邊的缺口對準(zhǔn)鎖緊螺釘?shù)奈恢?，放置平穩(wěn)，并用載物臺側(cè)面的鎖緊螺釘鎖緊。3 將放有待測液體的液體槽平穩(wěn)地放在液體槽座中，放置時，轉(zhuǎn)動載物臺使超聲波兩側(cè)

16、表面基本垂直于望遠(yuǎn)鏡和平行光管地光軸；液面高度以液體槽側(cè)面地液體高度刻線為準(zhǔn)。4 兩支高頻連接線的一端各插入液體槽蓋板上的接線柱，另一端接入超聲光柵儀電源箱的高頻信號輸出端，然后將液體槽蓋板蓋在液體槽上。5 開啟超聲信號源電源，從阿貝目鏡觀察衍射條紋，仔細(xì)調(diào)節(jié)頻率微調(diào)鈕，使電振蕩頻率與鋯鈦酸鉛陶瓷片固有頻率共振，此時，衍射光譜的級次會顯而易見地增多且更為明亮。6 左右轉(zhuǎn)動超聲池，能使射于超聲池地平行光束完全垂直于超聲束，同時觀察現(xiàn)場內(nèi)的衍射光譜左右級次亮度及對稱性，直到從目鏡中觀察到穩(wěn)定而清晰的左右各34級的衍射條紋為止。7 取下阿貝目鏡，換上測微目鏡，調(diào)焦目鏡，使清晰觀察到衍射條紋。記錄下聲

17、光柵產(chǎn)生的汞燈衍射光譜，求出超聲波波長A。利用測微目鏡逐級測量汞綠線的位置讀數(shù)，再用逐差法求出條紋間距的平均值。8 聲速公式為：V c=f/l k式中：光波波長； 共振時頻率計的讀數(shù)； f望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距； l k同一種顏色的衍射條紋間距。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理衍射光柵分光特性1/100光柵項目一級黃光一級綠光一級紫光二級黃光A窗讀數(shù)+1227°35228°50232°35227°40B窗讀數(shù)+147°3448°5052°3547°39A窗讀數(shù)-1269°0267°45263°27268

18、°55B窗讀數(shù)-189°087°4583°2788°55帶入，()()/4，d1/600，i0°可得黃1=589.465nm；綠=555.202nm；紫=443.528nm；黃2=587.197nm超聲光柵測量液體中的聲速級數(shù)-3-2-10123測量值6885mm6.115mm5.435mm4.735mm4.005mm3.295mm2.705mm頻率=11.05MHz波長=555.202nm焦距f=170mmlk平均值=0.697mm由公式V=f/lk得V=1496.337（m/s）六、思考題1為什么要測量±m級亮紋的角間距

19、來確定m？答：為了消除入射光束不垂直入射光柵而產(chǎn)生的影響2在實驗中哪塊光柵有重級現(xiàn)象？重級現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的？答：在波長的m+1級譜線和波長+的m級譜線重疊時，波長在到+之內(nèi)的不同級譜線是不會重疊的。因此不重疊區(qū)=/m，超過這個區(qū)域則會出現(xiàn)重疊現(xiàn)象。由此可見，重級現(xiàn)象與波長以及衍射級次有關(guān)。3若用白熾燈照明平行光管狹縫，其衍射光譜有何特征？答：白熾燈照明平行光管狹縫時，其衍射光譜為彩色條紋，且中中央主極大為白光。4當(dāng)入射光不能充分照明光柵刻痕范圍，對光譜有何影響？答：光譜強度降低。另一方面，不能充分照明光柵刻痕范圍，則光柵有效刻線數(shù)N減小，則根據(jù)公式A=mN，光柵的分辨本領(lǐng)減弱。專業(yè)：光電信息工

20、程姓名： 郭天翱 學(xué)號： 3100101228 日期：2013年1月7日地點：紫金港東1A407實驗報告課程名稱：_物理光學(xué)實驗_指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績：_實驗名稱：孔徑衍射和光學(xué)濾波 實驗類型：_ 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康? 了解阿貝成像的原理，以及借助空間濾波法改變圖像頻譜結(jié)構(gòu)的方法。2 比較不同孔徑的夫瑯和費衍射圖樣，了解衍射圖樣與孔徑幾何形狀之間的關(guān)系。3 掌握光信息處理中的高通、低通、方向通等光學(xué)濾波實驗技術(shù)。二、儀器和裝置光學(xué)平臺

21、、He-Ne激光器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直物鏡、傅立葉變換透鏡、衍射屏、白紙屏、毛玻璃屏、大頭針。三、實驗內(nèi)容采用相干光學(xué)處理中的4f光路系統(tǒng)，在頻譜面上加入空間濾波器。為觀察到衍射孔徑的較清楚、較大的頻譜圖，實驗中，孔徑平面后方不放置透鏡，而是在足夠遠(yuǎn)的墻上觀察。觀察衍射孔徑的像及進(jìn)行空間濾波實驗時，置入透鏡L1，而透鏡L2不用，在足夠遠(yuǎn)的墻上觀察。1 按夫瑯和費衍射條件，調(diào)整光路。2 觀察記錄不同衍射孔徑的頻譜圖。記錄及分析其分布特點。a 不同大小的圓孔b 兩個分離、等同的圓孔。c 短孔、方孔d 三角形孔e 不同縫寬的單縫、雙縫和不同縫數(shù)的多縫的衍射圖樣。3. 網(wǎng)格成像的空間濾波物位透明網(wǎng)格板和光柵

22、，在頻譜面上提取一下各種頻譜成分，觀察成像特征并記錄、分析、比較。a. 用穿孔法提取X1軸上的+1，-1級譜點b. 用穿孔法提取X1軸上的+1，0，-1級譜點c. 用穿孔法提取X1軸上的全部譜點d. 用穿孔法提取與X1軸城45°的斜方向線上的全部譜點e. 用穿孔法提取Y1軸上的+1，0，-1級譜點f. 用穿孔法只提取0級譜點g. 只擋住0級而讓其他全部譜點通過4. 光柵的空間濾波 在一塊玻璃上有一個花圖案的開孔，孔中有細(xì)密的平行等距不透明刻痕，以此板作為物，放在透鏡的各焦面上，在4f成像系統(tǒng)中，觀察現(xiàn)象。網(wǎng)格成像的空間濾波a 用穿孔法提取x1軸上的+1，-1級譜點。獲得可以分辨的等距

23、豎直條紋，但條紋不是很清晰如下圖：b 用穿孔法提取x1軸上的+1，0，-1級譜點。獲得亮度和清晰度比a中更加高的等距豎直條紋，含有主要的+1和-1級的高頻分量如下圖：c 用穿孔法提取x1軸上的全部譜點。獲得亮度和清晰度比a中更加高的等距豎直條紋，含有全部的高頻分量如下圖：d 用穿孔法提取與x1軸成45°的斜方向線上的全部譜點。獲得等距斜條紋，方向與所扎孔的方向垂直，由于小孔之間的距離偏大，所以這個等距條紋的寬度要比之前做的X1軸上形成的豎直條紋寬度大。如下圖：e 用穿孔法提取y軸上的+1，0，-1級譜點。等距水平條紋，寬度與之前獲得的豎直條紋的寬度相同，亮度比g獲得的圖像高。如下圖：

24、f 用穿孔法提取0級譜點。由于只有零級條紋，在視場上成一均勻亮度的像，屏幕顯示為白屏。如下圖：g 只擋住0級而讓其他全部譜點通過。由于零級譜被擋住，因而零級譜的光強被削減掉，而第一個復(fù)振幅最小值所在位置的光強即產(chǎn)生了相對的亮斑，因而在觀察時出現(xiàn)了整體效果變暗，對比度反轉(zhuǎn)的效果?？偨Y(jié)而言，效果為“亮變暗，像翻轉(zhuǎn)”。菲涅耳透鏡焦距的測定：根據(jù)理論可知菲涅爾波帶片可以有無數(shù)個焦點，但實際測量時只有三個明顯的焦點，其焦距分別為：4.3cm、6.4cm、13.6cm理論上的焦距具有：f/3,f/5,f/7的規(guī)律，其中f是主焦距，6.4/4.3=1.49，13.6/6.4=2.125。理論相鄰焦距之比依次

25、為：3,1.67,1.4,1.29,1.22，實際值與理論值有較大差別，最主要的原因是用米尺測量誤差太大，而且焦點不容易確定。六、思考題1.一般來說，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像不可能與物體完全一樣，為什么？答：透鏡本身有一定的大小，不可能讓光全部通過。并且光學(xué)體統(tǒng)本身的組成特性也不可能是理想的，會對光產(chǎn)生吸收、散射等，使得信息發(fā)生改變。2.對該實驗有何改進(jìn)？答：應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱D像處理硬件，便于圖像的記錄；此外，該實驗器材可以在導(dǎo)軌上排列，這樣便于4f系統(tǒng)的建立。專業(yè)：光電信息工程姓名： 郭天翱 學(xué)號： 3100101228 日期：2013年1月7日地點：紫金港東1A407實驗報告課程名稱：_物理光學(xué)實驗_

26、指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績：_實驗名稱： 1/4波片位相延遲角檢測 實驗類型：_ 同組學(xué)生姓名： 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗儀器和裝置（必填）三、實驗原理（必填） 四、實驗內(nèi)容及實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵笱b 訂 線1掌握平行偏振光干涉原理。2利用平行偏振光干涉原理檢測波片的相位延遲角。3對偏振光的特性和偏振器件有一個基本的了解。4通過兩個偏振片和一個波片的組合，驗證光是一種橫波，具有偏振的特性以及馬呂斯定律、14波片的光學(xué)特性。2、 實驗內(nèi)容由單軸晶體制成的并且光軸與其表面平行的平行平面薄片稱為波片。一束準(zhǔn)直的單色偏振光垂直

27、地通過波片后，兩個互相垂直的分別平行于波片快慢軸方向的光矢量之間，產(chǎn)生的相位差。式中0是入射光在自由空間中的波長，d是波片厚度，n1，n2是兩個主折射率。因此，實驗中常常將波片當(dāng)作光頻位相延遲期使用，稱為波片的相位延遲角。其數(shù)值影響輸出光的偏振態(tài)。本實驗利用平行偏振光干涉原理測量1/4波片的大小。平行偏振光干涉光路，如圖二所示，P Q A分別是起偏器、1/4波片、檢偏器，對著光的傳播方向來看，分別是P 、A的透光軸方向與波片快軸x方向之間的夾角，透過檢偏器A的兩個分量的振動方向相同，位相差一定，因為發(fā)生干涉，干涉后的強圖可表示為 （1）式中，I0是透過起偏器P的光強。對于某一確定的值，當(dāng)檢偏器

28、A透光方向與波片投射的橢圓光的長軸方向一致時，檢偏器的透射干涉光強應(yīng)有最大值IMAX。如果與IMAX對應(yīng)的為m，為了確定m與的關(guān)系，可由式（1），令，得到 （2）對待側(cè)1/4波片，選定值之后，旋轉(zhuǎn)檢偏器測出透射光強最大的m值，即可按式（2）計算出1/4波片的位相延遲角。我們注意到，當(dāng)=45°時，有tg2，則不能用式（2）計算，實驗上，此時檢偏器的投射光強，無論取什么值，I總是在=45°時有極大值Imax，因此，用本方法測量位相延遲角時，不能選取=45°。進(jìn)一步分析表明，對于位相延遲角接近的波片，取=35°或55°左右時，測量誤差最小。三、主要儀

29、器設(shè)備導(dǎo)軌、激光功率計、二維可調(diào)半導(dǎo)體激光器（LD）、起偏器P、檢偏器A、1/4波片Q、光探頭四、操作方法和實驗步驟 一、光的偏振特性及馬呂斯定律驗證 1.將激光器（LD）、起偏器P、檢偏器A、激光功率計依次排列。 2.將激光器、光探頭分別于激光功率計相連。 3.打開功率計電源，激光輸出，調(diào)節(jié)激光和起偏器、檢偏器的高度，使 激光從兩個偏振片的中心通過，進(jìn)入功率計探頭。 4.360°旋轉(zhuǎn)檢偏器，每轉(zhuǎn)過10°就記錄激光功率計指示值，并繪制角度與功率的關(guān)系曲線，驗證馬呂斯定律。二、1/4波片的光學(xué)特性1.在上面實驗基礎(chǔ)上，旋轉(zhuǎn)檢偏器使激光完全不能通過，進(jìn)入消光狀態(tài)。2.在起偏器、

30、檢偏器之間加入1/4波片，這時可能會有部分光通過檢偏器。 3.旋轉(zhuǎn)1/4波，使系統(tǒng)重新進(jìn)入消光狀態(tài)。 4.記下消光狀態(tài)時的1/4波片的方位角度，并旋轉(zhuǎn)45°。 旋轉(zhuǎn)檢偏器記錄光強的變化（對于理想狀態(tài)光強應(yīng)無較大變化，近似為一圓偏振光）。三、1/4波片位相延遲角檢測 1. 如圖1所示調(diào)整光路，使激光垂直入射到P、A上；光軸應(yīng)盡量與P、A的旋轉(zhuǎn)中心重合。 2. 旋轉(zhuǎn)起偏器P或檢偏器A，使他們的透光軸方向平行，此時輸出光的功率最大。 3. 在起偏器P和檢偏器A之間放入待測一波片Q，并使1/4波片表面與系統(tǒng)光軸垂直，并盡可能使其轉(zhuǎn)動中心在系統(tǒng)光軸上。轉(zhuǎn)動1/4波片Q使其快軸（或慢軸）的方向與

31、起偏器P和檢偏器A的透光軸方向一致。此時輸出的光功率最大，分別記下起偏器P、1/4波片Q、檢偏器A的度數(shù)。 4. Q不動，轉(zhuǎn)動起偏器P，使其透光軸轉(zhuǎn)過某一角度（注意轉(zhuǎn)動方向）。 5. 轉(zhuǎn)動檢偏器A，找到激光功率計指示值最大的位置。這時檢偏器A的透光軸轉(zhuǎn)過的角度即為m（注意轉(zhuǎn)動方向）。 6. 將、代入式（2）計算待測1/4波片Q的位相延遲角。 7. 對同一待測1/4波片Q，選用=35°和55°，分別重復(fù)測量6次，列出數(shù)據(jù)表格，對實驗結(jié)果進(jìn)行誤差分析。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理一、光的偏振特性及馬呂斯定律驗證取激光功率計顯示的最大值時刻，線偏振方向與起偏器夾角A為0°A(

32、度）COS(A)COS(A)2P(mw）0111.785100.9848080.9698461.672200.9396930.8830221.468300.8660250.751.226400.7660440.5868240.927500.6427880.4131760.635600.50.250.367700.342020.1169780.173800.1736480.0301540.05990000.049100-0.173650.0301540.150110-0.342020.1169780.327120-0.50.250.569130-0.642790.4131760.922140-0

33、.766040.5868241.196150-0.866030.751.458160-0.939690.8830221.668170-0.984810.9698461.776180-111.797190-0.984810.9698461.683200-0.939690.8830221.56210-0.866030.751.325220-0.766040.5868241.012230-0.642790.4131760.692240-0.50.250.423250-0.342020.1169780.199260-0.173650.0301540.049270000.0012800.1736480.

34、0301540.0572900.342020.1169780.2093000.50.250.4773100.6427880.4131760.7023200.7660440.5868241.023300.8660250.751.323400.9396930.8830221.5293500.9848080.9698461.684360111.733根據(jù)馬呂斯定律，P正比于，顯然周期為180°，且光強（反映在實驗中為功率計讀數(shù)）也與角度成余弦關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)，畫出功率與角度余弦平方的關(guān)系由圖可知，四條直線都接近線性，說明功率與角度平方為正比關(guān)系。二、1/4波片的光學(xué)特性按照要求進(jìn)行實驗，旋轉(zhuǎn)檢偏器360°，可以觀察到光強在0.708mW0.820mW之間變化。三、1/4波片位相延遲角檢測實驗中當(dāng)輸出的光功率最大時，