激光原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一測(cè)定空氣折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟練掌握邁克爾遜干涉光路的調(diào)節(jié)方法；2、學(xué)會(huì)調(diào)出非定域干涉條紋，并測(cè)量常溫下空氣的折射率。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)室建立在邁克爾遜干涉光路的基礎(chǔ)上來(lái)做的。激光束經(jīng)短焦距凸透鏡會(huì)聚后可得 到點(diǎn)光源S，它發(fā)出球面波照射干涉儀，經(jīng)G1分束，及M1、M2反射后射向屏H的光可以 看成由虛光源S1、S2發(fā)出的。其中S1為點(diǎn)光源S經(jīng)G1及M1反射后成的像，S2為點(diǎn)光 源S經(jīng)M2及G1反射后成的像。這兩個(gè)虛光源S1、S2發(fā)出的球面波，在它們能相遇的空 間里處處相干，即各處都能產(chǎn)生干涉條紋。我們稱這種干涉為非定域干涉。隨著S1、S2與 屏H的相對(duì)位置不同，干涉條紋的形狀也不同。當(dāng)屏

2、H與S1、S2連線垂直時(shí)（此時(shí)M1、 M2大體平行），得到園條紋，圓心在S1、S2連線與屏H的交點(diǎn)O處。當(dāng)屏H與S1、S2 連線垂直平分線垂直時(shí)（此時(shí)M1、M2于H的距離大體相等），將得到直線條紋。圖1實(shí)驗(yàn)裝置三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、測(cè)空氣的折射率調(diào)出非定域條紋干涉后，改變氣室AR的氣壓變化錯(cuò)誤！未找到引用源。，從而使氣體 折射率改變錯(cuò)誤！未找到引用源。，引起干涉條紋“吞”或“吐” N條。則有錯(cuò)誤！未找到 引用源。，于是得 錯(cuò)誤！未找到引用源。（1）其中D為氣室煩人厚度。理論上，溫度一定，氣壓不太大時(shí)，氣體折射率的變化量錯(cuò)誤！未找到引用源。與氣壓 變化量錯(cuò)誤！未找到引用源。成正比：錯(cuò)誤！未找到引

3、用源。（常數(shù)）故錯(cuò)誤！未找到引用源。p，將式（1）代入可得錯(cuò)誤！未找到引用源。2、實(shí)驗(yàn)步驟1）將各器件夾好，靠攏，調(diào)等高。2）調(diào)激光光束平行于臺(tái)面，按圖所示，組成邁克耳孫干涉光路（暫不用擴(kuò)束器）。3）調(diào)節(jié)反射鏡M1和M2的傾角，直到屏上兩組最強(qiáng)的光點(diǎn)重合。4）加入擴(kuò)束器，經(jīng)過(guò)微調(diào)，使屏上出現(xiàn)一系列干涉圓環(huán)。5）緊握橡膠球反復(fù)向氣室充氣，至血壓表滿量程（40kPa）為止，記為每。6）緩慢松開(kāi)氣閥放氣，同時(shí)默數(shù)干涉環(huán)變化數(shù)M至表針回零。7）計(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境的空氣折射率四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理測(cè)量次數(shù)123456干涉環(huán)變 化數(shù)N626464636264平均值63.5空氣折射率n1.00025五、思考題1、實(shí)驗(yàn)

4、中怎樣才能觀察到非定域的直條紋和雙曲線條紋?答：直接用激光加擴(kuò)束鏡干涉前不加毛玻璃，干涉后在毛玻璃屏上觀察。2、在邁克爾干涉光路中分束板G1應(yīng)使反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1:1，這是為什么？答：這樣才能使干涉條紋的襯比度最大。兩束相干光只有在光強(qiáng)相等時(shí)，才能出現(xiàn)暗條 紋強(qiáng)度為零，否則最暗處強(qiáng)度不等于零，使襯比度下降，效果不好。3、同一氣室，在不同溫度下，折射率有何變化？答：由于溫度不一樣的原因，導(dǎo)致空氣密度改變，直接影響了折射率，其實(shí)主要影響的 是空氣的水蒸氣。實(shí)驗(yàn)二全息照相1、學(xué)習(xí)掌握全息照相的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)；2、初步掌握拍攝全息照片和再現(xiàn)信息的方法；3、了解全息照相技術(shù)的主要特點(diǎn)，并與

5、普通照相進(jìn)行比較;4、了解照相顯影、定影、沖洗等暗室技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理1、全息照相與普通照相的主要區(qū)別普通照相是根據(jù)幾何光學(xué)成像原理，記錄下光波的強(qiáng)度（即振幅）信息，將空間物體成 像在一個(gè)平面上。全息照相是利用光的干涉和衍射原理，將物體發(fā)射的特定光波以干涉條紋 的形式記錄下來(lái)，并在一定的條件下使其再現(xiàn)，形成逼真的原物立體像。由于記錄了物體的 全部信息（振幅和相位），因此稱為全息照相。全息照相包含兩個(gè)過(guò)程：記錄和再現(xiàn)。2、光的干涉全息記錄的獲得全息照相是一種干涉技術(shù)。激光器射出的激光束通過(guò)分束鏡分成兩束，透射光經(jīng)反射鏡 反射及擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后射到被攝物體上，再經(jīng)物體漫反射到感光底片上，這束光稱為物光。另

6、 一束反射光經(jīng)反射鏡和擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后直接投射到感光底片上，這束光稱為參考光。由于激光 是相干光，物光和參考光又都由同一激光器發(fā)出，所以在感光底片上迭加的結(jié)果會(huì)形成干涉 條紋，條紋的疏密和形狀反映了物光束的相位，條紋的強(qiáng)度反映了物光束的振幅。感光底片 經(jīng)顯影、定影和漂白后，最后得到的是一塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光柵，它記錄下物光束的全部信息， 稱為全息照片或全息圖。3、光的衍射一一全息照相的再現(xiàn)一張全息圖片相當(dāng)于一塊復(fù)雜的“衍射光柵”，而物象再現(xiàn)過(guò)程就是光的衍射過(guò)程。一 般用相當(dāng)于拍攝時(shí)的激光照射全息圖片，就能在全息圖片一一衍射光柵的衍射光波中得到一 列零級(jí)衍射光波和兩列一級(jí)衍射光波。4、全息照相的主要特點(diǎn)（

7、1）立體感強(qiáng)。（2）具有分割性。（3）同一張全息底片可重疊多個(gè)全息圖。三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）全息記錄A、調(diào)節(jié)光路1）按裝置圖的相對(duì)位置放好各器件，拿下L1和L2,調(diào)等高2）使物光束與參考光束的光程近似相等，夾角在30 -40之間3）調(diào)M1的傾角，使光束射在物的中間部位，調(diào)M2的傾角，使參考光束射在全息干板的中部4）加入L1,調(diào)其支架并前后移動(dòng)，使擴(kuò)束鏡恰好照全物體，加入L2,調(diào)其支架并前 后移動(dòng)，使參考光束對(duì)準(zhǔn)白屏，與物光束的光強(qiáng)比在5:1-10:1之間B、曝光照相關(guān)閉激光器，打開(kāi)暗綠燈，取下觀察屏，安裝全息干板后，進(jìn)行曝光。C、沖洗處理：顯影，停影，定影，清水沖洗、晾干。（二）全息圖像的觀察A、

8、觀察再現(xiàn)虛像：將全息照片放回原記錄光路中的原位置，遮住物光（最好將原物體 移開(kāi)），用參考光束照亮全息照片，可在全息照片上觀察到立體的再現(xiàn)物體的虛像。B、全息照相特點(diǎn)的研究四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果一元硬幣的全息照片：五、思考題1、在拍攝全息相片時(shí)，為什么要求O光和R光的光程盡量相等？答：在拍攝全息相片時(shí)，要求O光和R光滿足光的干涉條件。當(dāng)O光和R光的光程差 比較大時(shí)，O光和R光不在滿足光的干涉條件，因而不能拍攝出全息相片。2、在全息底片重迭處，O光和R光的光強(qiáng)之比為1:1時(shí)，其拍攝效果是不是最好？為什么？答：不是最好。因?yàn)樵谌⒌灼娜槟z特性曲線中，當(dāng)光強(qiáng)為零時(shí)，其黑度與光強(qiáng)不成 線性關(guān)系，此時(shí)拍攝出來(lái)的全

9、息底片在再現(xiàn)時(shí)，會(huì)存在一定的畸變。實(shí)驗(yàn)三電子散斑測(cè)量1、了解電子散斑干涉原理2、掌握干涉光路及圖像處理軟件實(shí)驗(yàn)原理和方法電子散斑干涉法是用激光光束直接照射到測(cè)試表面，再用電子攝像機(jī)采集其變形前 后表面散斑顆粒干涉形成的條紋，以測(cè)定其離面位移的一種新型、先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)。下圖為測(cè)量離面位移的光路，有激光器1發(fā)出的激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡2及準(zhǔn)直鏡3 形成光斑放大了的準(zhǔn)直光，再經(jīng)分光鏡4分成兩束，一束照射到反射鏡5在返回，另一束照射到被測(cè)物6的表面在返回，兩束返回的光束干涉形成干涉條紋，也就是一系列等位移線N，則離面位移為：錯(cuò)誤！未找到引用源。三、 實(shí)驗(yàn)步驟1）把平臺(tái)擺好，并調(diào)平。2）各個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的中心高度

10、調(diào)至共軸3）使激光器發(fā)出的光束平行于工作平臺(tái)的工作 面，分別放入擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡， 使通過(guò)它的被擴(kuò)束的激光變成平行光，平行 光束應(yīng)通過(guò)放入光路中的部件的中心且平行于平臺(tái)。4）放入被測(cè)物品和CCD攝像機(jī)，調(diào)節(jié)分光鏡上二維調(diào)整臺(tái)的微調(diào)旋鈕，使物品反射 的光的中心照射到CCD攝像機(jī)接收表面上。5）放入平面反射鏡，調(diào)節(jié)后得到的圖像的干涉條紋最清晰且為中心位置6）給物品加上適當(dāng)?shù)膲毫?，并拍攝下其變形后的干涉條紋7）利用電子散斑干涉的處理軟件對(duì)其圖像處理四、 思考題如果本實(shí)驗(yàn)采用平行光照明，從理論上看測(cè)試精度將有何變化，光路應(yīng)做何調(diào)整？答：平行光照明直接觀察其條紋時(shí)，還能得到更多的信息。散斑圖用平行光照明，在其 前方距離為S處設(shè)一屏，在屏上任一點(diǎn)O開(kāi)一小孔進(jìn)行觀察，當(dāng)只考慮散斑圖上某一點(diǎn)P 時(shí)，就相當(dāng)于用逐點(diǎn)進(jìn)行觀察，在前方屏上將出現(xiàn)楊氏條紋，這些條紋以