浙江大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(hào)：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(hào)： 3100101228 日期：2012年1月7日地點(diǎn)：紫金港東1a407實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：_物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)_指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱：夫瑯和弗衍射光強(qiáng)分布記錄 實(shí)驗(yàn)類型：_ 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笱b 訂 線1 掌握單縫和多縫的夫瑯

2、和費(fèi)衍射光路的布置和光強(qiáng)分布特點(diǎn)。2 掌握一種測(cè)量單縫寬度的方法。3 了解光強(qiáng)分布自動(dòng)記錄的方法。2、 實(shí)驗(yàn)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(fèi)衍射花樣，其光強(qiáng)分布為： （1）式中 （2）為單縫寬度，為入射光波長(zhǎng)，為考察點(diǎn)相應(yīng)的衍射角。為衍射場(chǎng)中心點(diǎn)（處）的光強(qiáng)。如圖一所示。由（1）式可見(jiàn) ，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(cè)得某一級(jí)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(fèi)衍射花樣，其光強(qiáng)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(diǎn)相應(yīng)的衍射角；為衍射中心點(diǎn)（處）的光強(qiáng)。 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(duì)強(qiáng)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(diǎn)的衍射角滿足干涉主極大條件而同時(shí)又滿足單縫衍射極小值條件，該點(diǎn)的光強(qiáng)度實(shí)際為0/，主極大并不出現(xiàn)，稱該機(jī)主極大缺級(jí)。顯然當(dāng)為整數(shù)時(shí)，相應(yīng)的m級(jí)主極大為缺級(jí)。不難理解，在每個(gè)相鄰干涉主極大之間有n-1個(gè)干涉極小；兩個(gè)相鄰干涉極小之間有一個(gè)干涉次級(jí)大，而兩個(gè)相鄰干涉主級(jí)之間共有n-2個(gè)次級(jí)大。三、主要儀器設(shè)備激光器、擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡、衍射屏、會(huì)聚鏡、光電接收掃描器、自動(dòng)平衡記錄儀

4、。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（1）按上圖所示安排系統(tǒng)。（2）開(kāi)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(qiáng)能完全進(jìn)入ccd。（6）開(kāi)啟電腦電源，點(diǎn)擊“光強(qiáng)分布測(cè)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(diǎn)擊“視頻卡”下的“連接視頻卡”項(xiàng)，打開(kāi)一個(gè)實(shí)時(shí)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(qiáng)達(dá)到適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，將采集的圖像保存為b

5、mp、jpg兩種格式的圖片。2測(cè)量單縫夫瑯和費(fèi)衍射的光強(qiáng)分布（1）選定一條單狹縫作為衍射元件（2）運(yùn)用光強(qiáng)分布智能分析軟件在屏幕上顯示衍射圖像，并繪制出光強(qiáng)分布曲線。（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行測(cè)量，計(jì)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(qiáng)分布的水平、垂直坐標(biāo)圖或三維圖形。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1. 測(cè)量單縫夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布并計(jì)算縫寬標(biāo)準(zhǔn)單縫夫瑯和費(fèi)衍射圖以及光強(qiáng)分布如下所示：對(duì)光強(qiáng)分布圖進(jìn)行分析后可得，正負(fù)1級(jí)極小的像素坐標(biāo)分別為。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)單縫縫寬已知，。待測(cè)單縫夫瑯和費(fèi)衍射圖和光強(qiáng)分布如下所示：對(duì)光強(qiáng)分布圖進(jìn)行分析后可得，待測(cè)單縫衍射的正負(fù)1級(jí)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?yàn)椋源郎y(cè)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(jiàn)，衍射圖中有19個(gè)極大，19個(gè)極小。單縫衍射的整體光強(qiáng)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(qiáng)最大，向兩邊光強(qiáng)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(gè)極大，12個(gè)極小。且在干涉3級(jí)主極大附近與衍射極小值重合，導(dǎo)致3級(jí)的主極大的光強(qiáng)減弱。b) 雙縫2（縫間距較寬）該雙縫衍射圖中有17個(gè)極大，16個(gè)極小。且在干涉第6和第7級(jí)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(qiáng)度變化趨勢(shì)大致相同，中央強(qiáng)度最前，當(dāng)干涉極大

7、在衍射極小附近時(shí)，強(qiáng)度相對(duì)較弱。并且在相鄰干涉主極大之間存在一個(gè)干涉極小值，但不存在干涉次級(jí)大。光強(qiáng)曲線整體包絡(luò)以sinc函數(shù)平方的趨勢(shì)在變化。并且，雙縫縫間距的大小會(huì)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(gè)干涉次級(jí)大，兩個(gè)干涉極小，且在二級(jí)、四級(jí)、六級(jí)干涉主極大附近存在衍射極小。中央主極大的光強(qiáng)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(gè)干涉次級(jí)大，三個(gè)干涉極小值。并且中央主極大的光強(qiáng)最強(qiáng)。衍射極小值發(fā)生在二級(jí)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(gè)極大，10個(gè)極小，其中三級(jí)主極大的光強(qiáng)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(gè)極大，14個(gè)極小。其中二級(jí)、四級(jí)、六級(jí)的光強(qiáng)較弱，受衍射極小的影響。由以上兩個(gè)光柵衍射圖中可以看出，光柵衍射的每個(gè)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(jí)的光強(qiáng)強(qiáng)度較弱。光強(qiáng)包絡(luò)呈sinc函數(shù)平方的趨勢(shì)發(fā)生變化。同時(shí)，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(gè)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(qiáng)，向四周光強(qiáng)依次減弱。其光強(qiáng)分布曲線以貝塞爾函數(shù)的趨勢(shì)在變化。同時(shí)，比較三個(gè)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(jí)同心圓的半徑越小，且中央圓的亮度越大，同時(shí)光強(qiáng)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(qiáng)分布：垂直方向光強(qiáng)分布：b) 雙圓孔2（孔間距較大）水平方向光強(qiáng)分布：垂直方向光強(qiáng)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(qiáng)分布圖和垂直方向上的光強(qiáng)分布圖相比較可得，水平方向上的光強(qiáng)分布的包絡(luò)曲線和垂直方向上的光強(qiáng)曲線大致一致，均為貝塞爾函數(shù)，而水平方向上的光強(qiáng)

10、分布曲線還受到了兩個(gè)干涉相干點(diǎn)形成的干涉場(chǎng)的影響。同時(shí)，當(dāng)孔間距較小時(shí)，形成的條紋間距較寬。8) 矩孔：水平方向上的光強(qiáng)分布：垂直方向上的光強(qiáng)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(qiáng)分布曲線均為sinc函數(shù)的平方曲線，但由于矩孔的長(zhǎng)和寬的長(zhǎng)度不同，導(dǎo)致兩個(gè)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(qiáng)分布相同，均呈sinc函數(shù)的平方曲線的趨勢(shì)變化，并且兩個(gè)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(qiáng)分布：垂直方向上的光強(qiáng)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(qiáng)度最大，四周的衍射強(qiáng)度在六個(gè)方向向最強(qiáng)，且距離中心越遠(yuǎn)，強(qiáng)度越弱。而其余的地方光強(qiáng)均較弱。六、思考題1入射光束不垂直縫平面時(shí)，對(duì)衍射光強(qiáng)分布有何影響？答：當(dāng)入射光束不垂直時(shí)，衍射圖樣平移，但光強(qiáng)分布不變。2 為什么應(yīng)盡可能使衍射狹縫與ccd平行？在實(shí)驗(yàn)中如何判斷是否平行？答：因?yàn)楫?dāng)狹縫與ccd平行時(shí)，ccd可以接收到的光強(qiáng)最大，有利于衍射光強(qiáng)分布的測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)中，可以采用自準(zhǔn)直法來(lái)判斷是否平行。3能否用單縫衍射圖樣的極大值位置測(cè)量單縫寬度？為什么？答：不能。因?yàn)榍€很可能出現(xiàn)削頂情況，此時(shí)無(wú)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(hào)： 3100101228 日期：201

12、3年 1月 7日地點(diǎn)：紫金港東1a407實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：_物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)_指導(dǎo)老師：蔣凌穎_成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱：衍射光柵分光特性測(cè)量 實(shí)驗(yàn)類型：_ 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?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(cè)量光波波長(zhǎng)。3 掌握測(cè)量光柵分光特性的實(shí)驗(yàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)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(shí)，讓衍射光波經(jīng)過(guò)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(jí)亮紋對(duì)應(yīng)的衍射角，為入射光波長(zhǎng)，i為入射平行光對(duì)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(shí)上式中取正號(hào)；異側(cè)時(shí)取負(fù)號(hào)。1光柵的色散復(fù)色光入射時(shí)，除另級(jí)外各波長(zhǎng)的衍射亮線分開(kāi)，各色同級(jí)亮級(jí)分開(kāi)的程度用光柵的色散來(lái)表示。定義角色散（弧度/埃）； 當(dāng)小時(shí)，線色散 （毫米/埃）可見(jiàn)光柵的色散與光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，它僅決定于光柵常數(shù)d和被考察亮線的級(jí)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(cè)得某光波第m級(jí)亮級(jí)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(zhǎng)。同時(shí)，如果測(cè)得各色光第m級(jí)亮線的衍射角，則可算得各色光的波長(zhǎng)差，求得第m級(jí)亮線的角色散。為會(huì)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(zhǎng)附近能被分辯的最小波長(zhǎng)差的比值來(lái)表示：即式中m是光譜級(jí)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(jí)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(jí)次m，但自由光譜范圍反比干涉級(jí)次m，所以光柵使用時(shí)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(gè)光柵、分光儀、超聲測(cè)量裝置四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)在分光儀上進(jìn)行。衍射光柵放在分光儀的棱鏡臺(tái)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(jí)各色亮線，各譜線的衍射角利用分光儀的度盤(pán)游標(biāo)系統(tǒng)測(cè)出。實(shí)驗(yàn)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(cè)量低壓汞燈四條光譜線的位置，計(jì)算對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)，用實(shí)驗(yàn)測(cè)量計(jì)算衍射一級(jí)亮紋的角色散，分辨本領(lǐng)。觀察重級(jí)情況，并與理論計(jì)算值比較。利用超聲光柵測(cè)液體聲速1 用低壓汞燈作光源。2 將液體槽座卡在分光計(jì)載物臺(tái)上，液體槽卡住載物臺(tái)邊的缺口對(duì)準(zhǔn)鎖緊螺釘?shù)奈恢?，放置平穩(wěn)，并用載物臺(tái)側(cè)面的鎖緊螺釘鎖緊。3 將放有待測(cè)液體的液體槽平穩(wěn)地放在液體槽座中，放置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)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(hào)輸出端，然后將液體槽蓋板蓋在液體槽上。5 開(kāi)啟超聲信號(hào)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(shí)，衍射光譜的級(jí)次會(huì)顯而易見(jiàn)地增多且更為明亮。6 左右轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的衍射光譜左右級(jí)次亮度及對(duì)稱性，直到從目鏡中觀察到穩(wěn)定而清晰的左右各34級(jí)的衍射條紋為止。7 取下阿貝目鏡，換上測(cè)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(zhǎng)a。利用測(cè)微目鏡逐級(jí)測(cè)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(zhǎng)； 共振時(shí)頻率計(jì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理衍射光柵分光特性1/100光柵項(xiàng)目一級(jí)黃光一級(jí)綠光一級(jí)紫光二級(jí)黃光a窗讀數(shù)+122735228502323522740b窗讀數(shù)+14734485052354739a窗讀數(shù)-12690267452632726855b窗讀數(shù)-1890874583278855帶入，()()/4，d1/600，i0可得黃1=589.465nm；綠=555.202

18、nm；紫=443.528nm；黃2=587.197nm超聲光柵測(cè)量液體中的聲速級(jí)數(shù)-3-2-10123測(cè)量值6885mm6.115mm5.435mm4.735mm4.005mm3.295mm2.705mm頻率=11.05mhz波長(zhǎng)=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(cè)量m級(jí)亮紋的角間距來(lái)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(shí)驗(yàn)中哪塊光柵有重級(jí)現(xiàn)象？重級(jí)現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的？答：在波長(zhǎng)的m+1級(jí)譜線和波長(zhǎng)+的m級(jí)譜線重疊時(shí)，波長(zhǎng)在到+之內(nèi)的不同級(jí)譜線是不會(huì)重疊的。因此不重疊區(qū)=/m

19、，超過(guò)這個(gè)區(qū)域則會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，重級(jí)現(xiàn)象與波長(zhǎng)以及衍射級(jí)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(shí)，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(duì)光譜有何影響？答：光譜強(qiáng)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)：光電信息工程姓名： 郭天翱 學(xué)號(hào)： 3100101228 日期：2013年1月7日地點(diǎn)：紫金港東1a407實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：_物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)_指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱：孔徑衍射和光學(xué)濾波 實(shí)驗(yàn)類型：_ 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮?/p>

20、要求（必填）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?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(fèi)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(shí)驗(yàn)技術(shù)。二、儀器和裝置光學(xué)平臺(tái)、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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，孔徑平面

21、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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(fèi)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(diǎn)。a 不同大小的圓孔b 兩個(gè)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，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(jí)譜點(diǎn)b. 用穿孔法提取x1軸上的+1，0，-1級(jí)譜點(diǎn)c. 用穿孔法提取x1軸上的全部譜點(diǎn)d. 用穿孔法提取與x

22、1軸城45的斜方向線上的全部譜點(diǎn)e. 用穿孔法提取y1軸上的+1，0，-1級(jí)譜點(diǎn)f. 用穿孔法只提取0級(jí)譜點(diǎn)g. 只擋住0級(jí)而讓其他全部譜點(diǎn)通過(guò)4. 光柵的空間濾波 在一塊玻璃上有一個(gè)花圖案的開(kāi)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(jí)譜點(diǎn)。獲得可以分辨的等距豎直條紋，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(jí)譜點(diǎn)。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(jí)的高頻分量如下圖：c 用穿孔法提取x1軸上的全部譜點(diǎn)。獲得亮度和清晰度比a中更加

23、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(diǎn)。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(gè)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(jí)譜點(diǎn)。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：f 用穿孔法提取0級(jí)譜點(diǎn)。由于只有零級(jí)條紋，在視場(chǎng)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(jí)而讓其他全部譜點(diǎn)通過(guò)。由于零級(jí)譜被擋住，因而零級(jí)譜的光強(qiáng)被削減掉，而第一個(gè)復(fù)振幅最小值所在位置的光強(qiáng)即產(chǎn)生了相對(duì)的亮斑，因而在觀察時(shí)

24、出現(xiàn)了整體效果變暗，對(duì)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(cè)定：根據(jù)理論可知菲涅爾波帶片可以有無(wú)數(shù)個(gè)焦點(diǎn)，但實(shí)際測(cè)量時(shí)只有三個(gè)明顯的焦點(diǎn)，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為：3,1.67,1.4,1.29,1.22，實(shí)際值與理論值有較大差別，最主要的原因是用米尺測(cè)量誤差太大，而且焦點(diǎn)不容易確定。六、思考題1.一般來(lái)說(shuō)，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

25、過(guò)。并且光學(xué)體統(tǒng)本身的組成特性也不可能是理想的，會(huì)對(duì)光產(chǎn)生吸收、散射等，使得信息發(fā)生改變。2.對(duì)該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(hào)： 3100101228 日期：2013年1月7日地點(diǎn)：紫金港東1a407實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：_物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)_指導(dǎo)老師：_蔣凌穎_成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱： 1/4波片位相延遲角檢測(cè) 實(shí)驗(yàn)類型：_ 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)儀器和裝置（必填）三、實(shí)驗(yàn)原理（必填） 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填

26、）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?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(cè)波片的相位延遲角。3對(duì)偏振光的特性和偏振器件有一個(gè)基本的了解。4通過(guò)兩個(gè)偏振片和一個(gè)波片的組合，驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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地通過(guò)波片后，兩個(gè)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(zhǎng)，d是波片厚度，n1，n2是兩個(gè)主折射率。因此，實(shí)驗(yàn)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

27、偏振態(tài)。本實(shí)驗(yàn)利用平行偏振光干涉原理測(cè)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(duì)著光的傳播方向來(lái)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(guò)檢偏器a的兩個(gè)分量的振動(dòng)方向相同，位相差一定，因?yàn)榘l(fā)生干涉，干涉后的強(qiáng)圖可表示為 （1）式中，i0是透過(guò)起偏器p的光強(qiáng)。對(duì)于某一確定的值，當(dāng)檢偏器a透光方向與波片投射的橢圓光的長(zhǎng)軸方向一致時(shí)，檢偏器的透射干涉光強(qiáng)應(yīng)有最大值imax。如果與imax對(duì)應(yīng)的為m，為了確定m與的關(guān)系，可由式（1），令，得到 （2）對(duì)待側(cè)1/4波片，選定值之后，旋轉(zhuǎn)檢偏器測(cè)出透射光強(qiáng)最大的m值，即可按式（2）

28、計(jì)算出1/4波片的位相延遲角。我們注意到，當(dāng)=45時(shí)，有tg2，則不能用式（2）計(jì)算，實(shí)驗(yàn)上，此時(shí)檢偏器的投射光強(qiáng)，無(wú)論取什么值，i總是在=45時(shí)有極大值imax，因此，用本方法測(cè)量位相延遲角時(shí)，不能選取=45。進(jìn)一步分析表明，對(duì)于位相延遲角接近的波片，取=35或55左右時(shí)，測(cè)量誤差最小。三、主要儀器設(shè)備導(dǎo)軌、激光功率計(jì)、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(shí)驗(yàn)步驟 一、光的偏振特性及馬呂斯定律驗(yàn)證 1.將激光器（ld）、起偏器p、檢偏器a、激光功率計(jì)依次排列。 2.將激光器、光探頭分別于激光功率計(jì)相連。 3.打開(kāi)功率計(jì)電源，激光輸出，調(diào)節(jié)激光和

29、起偏器、檢偏器的高度，使 激光從兩個(gè)偏振片的中心通過(guò)，進(jìn)入功率計(jì)探頭。 4.360旋轉(zhuǎn)檢偏器，每轉(zhuǎn)過(guò)10就記錄激光功率計(jì)指示值，并繪制角度與功率的關(guān)系曲線，驗(yàn)證馬呂斯定律。二、1/4波片的光學(xué)特性1.在上面實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，旋轉(zhuǎn)檢偏器使激光完全不能通過(guò)，進(jìn)入消光狀態(tài)。2.在起偏器、檢偏器之間加入1/4波片，這時(shí)可能會(huì)有部分光通過(guò)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(shí)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(qiáng)的變化（對(duì)于理想狀態(tài)光強(qiáng)應(yīng)無(wú)較大變化，近似為一圓偏振光）。三、1/4波片位相延遲角檢測(cè) 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

30、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(shí)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(cè)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(dòng)中心在系統(tǒng)光軸上。轉(zhuǎn)動(dòng)1/4波片q使其快軸（或慢軸）的方向與起偏器p和檢偏器a的透光軸方向一致。此時(shí)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(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器p，使其透光軸轉(zhuǎn)過(guò)某一角度（注意轉(zhuǎn)動(dòng)方向）。 5. 轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器a，找到激光功率計(jì)指示值最大的位置。這時(shí)檢偏器a的透光軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度即為m（注意轉(zhuǎn)動(dòng)方向）。 6. 將、代入式（2）計(jì)算待測(cè)1/4波片q的位相延

31、遲角。 7. 對(duì)同一待測(cè)1/4波片q，選用=35和55，分別重復(fù)測(cè)量6次，列出數(shù)據(jù)表格，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理一、光的偏振特性及馬呂斯定律驗(yàn)證取激光功率計(jì)顯示的最大值時(shí)刻，線偏振方向與起偏器夾角a為0a(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

32、.0301540.05990000.049100-0.173650.0301540.150110-0.342020.1169780.327120-0.50.250.569130-0.642790.4131760.922140-0.766040.5868241.196150-0.866030.751.458160-0.939690.8830221.668170-0.984810.9698461.776180-111.797190-0.984810.9698461.683200-0.939690.8830221.56210-0.866030.751.325220-0.766040.5868241.

33、012230-0.642790.4131760.692240-0.50.250.423250-0.342020.1169780.199260-0.173650.0301540.049270000.0012800.1736480.0301540.0572900.342020.1169780.2093000.50.250.4773100.6427880.4131760.7023200.7660440.5868241.023300.8660250.751.323400.9396930.8830221.5293500.9848080.9698461.684360111.733根據(jù)馬呂斯定律，p正比于，顯然周期為1