1、光学实验预备知识光学实验是普通物理实验的一个重要部分。这里先介绍光学实验中经常用到的知识和调节技术。初学者在做实验以前应认真阅读这些内容，并且在实验中遵守有关规则和灵活运用有关知识。一、光学元件和仪器的维护透镜、棱镜等光学元件，大多数是用光学玻璃制成的。它们的光学表面都是经过仔细的研磨和抛光，有些还镀有一层或多层薄膜。对这些元件或其材料的光学性能（例如折射率、反射率、透射率等）都有一定的要求，而它们的机械性能和化学性能可能很差，若使用和维护不当，则会降低光学性能甚至损坏报废。造成损坏的常见原因有：摔坏、磨损、污损、发霉、腐蚀等。为了安全使用光学元件和仪器，必须遵守以下规则：1 必须在了解仪器的
2、操作和使用方法后方可使用。2 轻拿轻放，勿使仪器或光学元件受到冲击或震动，特别要防止摔落。不使用的光学元件应随时装入专用盒内并放入平台的箱子内，最好放入干燥器中保存。3 切忌用手接触元件的光学表面。如必需用手拿光学元件时，只能接触其磨沙面，如透镜的边缘、棱镜的上下底面等（如预备图-1）。4 光学表面上如有灰尘，用实验室专备的干燥脱脂棉轻轻拭去或用橡皮球吹掉。5 光学表面上若有轻微的污痕或指印，用清洁的镜头纸轻轻拂去，但不要加压擦拭，更不准用手帕、普通纸片、衣服等擦拭。若表面有较严重的污痕或指印，应由实验室人员用丙酮或酒精清洗。所有镀膜面均不能接触或擦拭。6 防止唾液或其溶液溅落在光学表面上。7
3、 调整光学仪器时，要耐心细致，一边观察一边调整，动作要轻、慢，严禁盲目及粗鲁操作。8 仪器用毕后应放回箱内或加罩，防止灰尘沾污。二、消视差光学实验中经常要测量像的位置和大小，经验告诉我们，要测准物体的大小，必须将量度标尺与被测物体紧贴在一起。如果标尺远离被测物体，读数将随眼睛的位置不同而有所改变，难以测准，如预备图-2所示。可是在光学实验中被测物往往是一个看得见摸不着的像，怎样才能确定标尺和待测像是紧贴在一起的呢？利用“视差”现象可以帮助我们解决这个问题。为了认识“视差”现象，读者可做一简单实验：双手各伸出一只手指，并使一指在前，一指在后相隔一定距离，且两指平行。用一只眼睛观察，当左右（或上下
4、）晃动眼睛时（眼睛移动方向应与被观察手指垂直），就会发现两指间有相对移动，这种现象成为“视差”。而且还会看到离眼近者，其移动方向与眼睛移动方向相反；离眼远者则与眼睛移动方向相同。若将两指紧贴在一起，则无上述现象，即无“视差”。由此可以利用视差现象来判断测像与标尺是否紧贴。若待测像和标尺间有视差，说明它们没有紧贴在一起，则应该稍稍调节像或标尺位置，并同时微微晃动眼睛观察，直到它们之间无视差后方可进行测量。这一调节步骤，我们常称之为“消视差”。在光学实验中，“消视差”常常是测量前必不可少的操作步骤。三、共轴调节光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。为了获得质量好的像，必须使各个透镜的主光轴重合（即
5、共轴）并使物体位于透镜的主光轴附近。此外透镜成像公式中的物距、像距等都是沿主光轴计算长度的，为了测量准确，必须使透镜的主光轴与带有刻度的标尺平行。为了达到上述要求的调节我们统称为共轴调节。调节方法如下：1、粗调，将光源、物和透镜靠拢，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，使它们的中心处在一条和标尺平行的直线上，使透镜的主光轴与标尺平行，并且使物（或物屏）和成像平面（或像屏）与平台垂直。这一步因单凭眼睛判断，调节效果与实验者的经验有关，故称为粗调。通常应再进行细调（要求不高时可只进行粗调）。2、细调，这一步骤要靠其他仪器或成像规律来判断和调节。不同的装置可能有不同的具体调节方法。下面介绍物与
6、单个凸透镜共轴的调节方法。使物体与单个凸透镜共轴实际上是指将物上的某一点调到主光轴上。要解决这一问题，首先要知道如何判断物上的点是否在透镜的主光轴上。根据凸透镜成像规律即可判断。如预备图-3所示，当物AB与像屏之间的距离b大于4f时，将凸透镜沿光轴移到O1或O2位置都能在屏上成像，一次成大像A1B1，一次成小像A2B2。物点A位于光轴上，则两次像的A1和A2点都在光轴上而且重合。物点B不在光轴上，则两次像的B1和B2一定都不在光轴上，而且不重合。但是，小像的B2点总是比大像的B1点更接近光轴。由此可知，若要将B点调到凸透镜光轴上，只需记住像屏上小像的B2点位置（屏上贴有坐标纸供记录位置时作参照
7、物），调节透镜（或物）的高低左右，使B1向B2靠拢。这样反复调节几次直到B1与B2重合，即说明B点已调到透镜的主光轴上了。若要调多个透镜共轴，则应先将物上B点调到一个凸透镜的主光轴上，然后，同样根据轴上物点的像总在轴上的原理，逐个增加待调透镜，调节它们使之逐个与第一个透镜共轴。实验四 自组显微镜 (测量实验)一、实验目的了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的一种方法。二、实验原理 物镜Lo的焦距fo很短，将F1放在它前面距离略大于fo的位置，F1经Lo后成一放大实像F1，然后再用目镜Le作为放大镜观察这个中间像F1，F1应成像在Le的第一焦点Fe之内，经过目镜后在明视
8、距离处成一放大的虚像F1。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、1/10mm分划板F13、二维调整架： SZ-074、物镜Lo： fo=15mm5、二维调整架： SZ-076、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、三维底座： SZ-019、一维底座： SZ-0310、一维底座： SZ-0311、通用底座： SZ-04四、仪器实物图及原理图图四（1）图四（2）五、实验步骤1、 把全部器件按图四的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。2、 把透镜Lo、Le的间距固定为180mm。3、 沿标尺导轨前后移动F1（F1紧挨毛玻璃装置，使F1置于略大于fo的位置
9、），直至在显微镜系统中看清分划板F1的刻线。六、数据处理显微镜的计算放大率： 其中：，见图示。本实验中的fe=250/20(计算方法可参考光学书籍)实验五 自组望远镜 (测量实验)一、实验目的了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两种方法。二、实验原理最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、毫米尺F L=7mm3、二维调整
10、架： SZ-074、物镜Lo： fo=225mm5、二维调整架： SZ-076、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、通用底座： SZ-049、通用底座： SZ-0410、通用底座： SZ-0411、通用底座： SZ-0412、白屏： SZ-13四、仪器实物图及原理图图五五、实验步骤1、 把全部器件按图五的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。2、 把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的分划板F上的刻线。3、 再用另一只眼睛直接看毫米尺F上的刻线，读出直接看到的F上的满量程28条线对应于通过望远镜所看到F上的刻线格数e
11、。4、 分别读出F、Lo、Le的位置a、b、d。5、 去Le，用屏H找到F通过Lo所成的像，读出H的位置c。六、数据处理又望远镜的测量放大率：M=140/e望远镜的计算放大率： 其中：U1=b-a，V1=c-b，U2=d-c，AB、AB见图中所示。实验六 自组透射式幻灯机 (测量实验)一、实验目的了解幻灯机的原理和聚光镜的作用，掌握对透射式投影光路系统的调节。二、实验原理幻灯机能将图片的像放映在远处的屏幕上，但由于图片本身并不发光，所以要用强光照亮图片，因此幻灯机的构造总是包括聚光和成像两个主要部分，在透射式的幻灯机中，图片是透明的。成像部分主要包括物镜L、幻灯片P和远处的屏幕。为了使这个物镜
12、能在屏上产生高倍放大的实像。P必须放在物镜L的物方焦平面外很近的地方，使物距稍大于L的物方焦距。聚光部分主要包括很强的光源（通常采用溴钨灯）和透镜L1L2构成的聚光镜。聚光镜的作用是一方面，要在未插入幻灯片时，能使屏幕上有强烈而均匀的照度，并且不出现光源本身结构（如灯丝等）的像；一经插入幻灯片后，能够在屏幕上单独出现幻灯图片的清晰的像。另一方面，聚光镜要有助于增强屏幕上的照度。因此，应使从光源发出并通过聚光镜的光束能够全部到达像面。为了这一目的，必须使这束光全部通过物镜L，这可用所谓“中间像”的方法来实现。即聚光器使光源成实像，成实像后的那些光束继续前进时，不超过透镜L边缘范围。光源的大小以能
13、够使光束完全充满L的整个面积为限。聚光镜焦距的长短是无关紧要的。通常将幻灯片放在聚光器前面靠近L2的地方，而光源则置于聚光器后2倍于聚光器焦距之处。聚光器焦距等于物镜焦距的一半，这样从光源发出的光束在通过聚光器前后是对称的，而在物镜平面上光源的像和光源本身的大小相等。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、聚光镜L1： f1=50mm3、二维调整架： SZ-074、幻灯底片P5、干板架： SZ-126、放映物镜L2： f2=190mm7、二维调整架： SZ-078、白屏H： SZ-139、三维底座： SZ-0110、一维底座： SZ-0311、二维底座： SZ-0212、一维底座： SZ-
14、0313、通用底座： SZ-04四、仪器实物图及原理图（见图六）五、实验步骤1、 把全部仪器按图六的顺序摆放在平台上，靠拢后目测调至共轴。2、 将L2与H的间隔固定在间隔所能达到的最大位置，前后移动P，使其经L2在屏H上成一最清晰的像。3、 将聚光镜L1紧挨幻灯片P的位置固定，拿去幻灯片P，沿导轨前后移动光源S，使其经聚光镜L1刚好成像于白屏H上。4、 再把底片P放在原位上，观察像面上的亮度和照度的均匀性。并记录下所有仪器的位置，并算U1、U2、V1、V2的大小。5、 把聚光镜L1拿去，在观察像面上的亮度和照度的均匀性。6、 注：演示其现象时的参考数据为U1=35，V1=35，U2=300，V
15、2=520。和计算焦距时的数据并不相同。六、数据处理放映物镜的焦距：聚光镜的焦距：其中：、（）为像的放大率（）图六实验七 测节点位置及透镜组焦距 (测量实验)一、实验目的了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。二、实验原理光学仪器中的共轴球面系统、厚透镜、透镜组，常把它作为一个整体来研究。这时可以用三对特殊的点和三对面来表征系统在成像上的性质。若已知这三对点和三对面的位置，则可用简单的高斯公式和牛顿公式来研究起成像规律。共轴球面系统的这三对基点和基面是：主焦点（F，F）和主焦面，主点（H，H）和主平面，节点（N，N）和节平面。如附图1，附图1附图2实际使用的共轴球面系统透镜组，多数情况下
16、透镜组两边的介质都是空气，根据几何光学的理论，当物空间和像空间介质折射率相同时，透镜组的两个节点分别与两个主点重合，在这种情况下，主点兼有节点的性质，透镜组的成像规律只用两对基点（焦点，主点）和基面（焦面，主面）就完全可以确定了。根据节点定义，一束平行光从透镜组左方入射，如附图2，光束中的光线经透镜组后的出射方向，一般和入射方向不平行，但其中有一根特殊的光线，即经过第一节点N的光线PN，折射后必须通过第二节点N且出射光线NQ平行与原入射光线PN。设NQ与透镜组的第二焦平面相交于F点。由焦平面的定义可知，PN方向的平行光束经透镜组会聚于F点。若入射的平行光的方向PN与透镜组光轴平行时，F点将与透
17、镜组的主焦点F重合，如附图3附图3综上所述节点应具有下列性质：当平行光入射透镜组时，如果绕透镜组的第二节点N微微转过一个小角，则平行光经透镜组后的会聚点F在屏上的位置将不横移，只是变得稍模糊一点儿，这是因为转动透镜组后入射于节点N的光线并没有改变原来入射的平行光的方向，因而NQ的方向也不改变，又因为透镜组是绕N点转动，N点不动，所以 NQ线也不移动，而像点始终在NQ线上，故F点不会有横向移动，至于NF的长度，当然会随着透镜组的转动有很小的变化，所以F点前后稍有移动，屏上的像会稍有模糊一点。反之，如果透镜组绕N点以外的点转动，则F点会有横向移动，利用节点的这一特性构成了下面的测量方法。使用一个能
18、够转动的导轨，导轨侧面装有刻度尺，这个装置就是节点架。把透镜组装在可以旋转的节点架导轨的上，节点架前是一束平行光，平行光射向透镜组。接着将透镜组在节点架上前后移动，同时使架做微小的转动。两个动作配合进行，直到能得到清晰的像，且不发生横移为止。这时转动轴必通过透镜组的像方节点N，它的位置就被确定了。并且当N与H重合时，从转动轴到屏的距离为N F，即为透镜组的像方焦距f。把透镜组转180度，使光线由L2进入，由L1射出。利用同样的方法可测出物方节点N的位置。三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、1/10mm分划板F13、二维调整架： SZ-074、物镜Lo： fo=190mm5、二维调整架：
19、 SZ-076、透镜组L1、L2： f1=220mm，f2=300mm7、节点架： SZ-258、微测目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）9、读数显微镜架 : SZ-3810、三维底座： SZ-0111、一维底座： SZ-0312、一维底座： SZ-0313、一维底座： SZ-0314、通用底座： SZ-0415、白屏： SZ-13四、仪器实物图及原理图图七五、实验步骤1、 调节由F，Lo组成的“平行光管”使其出平行光，可借助于对无穷远调焦的望远镜来实现。2、 将“平行光管”、待测透镜组、测微目镜，按图七的顺序摆放在平台上，目测调至共轴。3、 前后移动测微目镜，使之能看清F处分划板刻线的像。4
20、、 沿节点调节架导轨前后移动透镜组，（同时也要相应地移动测微目镜），直至转动平台时，F处分划板刻线的像无横向移动为止，此时像方节点N落在节点调节架的转轴上。5、 用白色屏H代替测微目镜，使分划板刻线的像清晰的成于白色屏上，分别记下屏和节点调节架在标尺导轨上的位置a、b，再在节点调节架的导轨上记下透镜组的中心位置（用一条刻线标记）与调节架转轴中心（0刻线的位置）的偏移量d。6、 把节点调节架转180度，使入射方向和出射方向相互颠倒，重复3、4、5步，从而得到另一组数据a、b、d。六、数据处理1、像方节点N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偏离透镜组中心的距离为：
21、d 透镜组的物方焦距为：f=a-b2、用1：1的比例画出该透镜组及它的各个节点的相对位置。实验九 杨氏双缝干涉 (测量实验)一、实验目的观察双缝干涉现象及测量光波波长二、实验原理用两个点光源作光的干涉实验的典型代表，是杨氏实验。杨氏实验以简单的装置和巧妙的构思就实现普通光源来做干涉，它不仅是许多其它光学的干涉装置的原型，在理论上还可以从中提许多重要的概念和启发，无论从经典光学还是从现代光学的角度来看，杨氏实验都具有十分重要的意义。杨氏实验的装置如附图4所示，在普通单色光源（如钠光灯）前面放一个开有小孔S的，作为单色点光源。在S照明的范围内的前方，再放一个开有两个小孔的S1和S2的屏。S1和S2
22、彼此相距很近，且到S等距。根据惠更斯原理，S1和S2将作为两个次波向前发射次波（球面波），形成交迭的波场。这两个相干的光波在距离屏为D的接收屏上叠加，形成干涉图样。为了提高干涉条纹的亮度，实际中S，S1和S2用三个互相平行的狭缝（杨氏双缝干涉），而且可以不用接收屏，而代之目镜直接观测，这样还可以测量数据用以计算。在激光出现以后，利用它的相干性和高亮度，人们可以用氦氖激光束直接照明双孔，在屏幕同样可获得一套相当明显的干涉条纹，供许多人同时观看。附图4 杨氏实验原理图参看附图4，设两个双缝S1和S2的间距为d，它们到屏幕的垂直距离为D（屏幕与两缝连线的中垂线相垂直）。假定S1和S2到S的距离相等，
23、S1和S2处的光振动就是具有相同的相位，屏幕上各点的干涉强度将由光程差决定。为了确定屏幕上光强极大和光强极小的位置，选取直角坐标系o-xyz，坐标系的原点O位于S1和S2连线的中心，x轴的方向为S1和S2连线方向，假定屏幕上任意点P的坐标为（x,y,D），那么S1和S2到P点的 距离r1和r2分别写为： (1)由上两式可以得到 若整个装置放在空气中，则相干光到达P点的光程差为： 在实际情况中，这时如果x和y也比D小的多（即在z轴附近观察）则有。在次近似条件下上式变为： (2)再由光程差判据 ，p为光强极大处。，p为光强极小处。可知道在屏幕上各级干涉的极大的位置为： (3)干涉极小的位置是： (
24、4)相邻两极大或两极小值之间的间距为干涉条纹间距，用来表示，它反映了条纹的疏密程度。由(3)式的相干条纹的间距为 (5)变换可得： 式中：d两个狭缝中心的间距 单色光波波长 D双缝屏到观测屏（微测目镜焦平面）的距离这就是本实验所要使用的原理公式。从实验中测得D，d以及x，即可由上式算出。三、实验仪器1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L： f=50mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、双缝（使用多缝板，规格参考下面注释）6、干板架： SZ-127、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）8、读数显微镜架 : SZ-389、三维底座： SZ-0110、二维底座： SZ
25、-0211、一维底座： SZ-0312、一维底座： SZ-03四、仪器实物图及原理图图九五、实验步骤1、 把全部仪器按照图十的顺序在平台上摆放好，并调成共轴系统。钠光灯（可加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行，而且由单缝射出的光照射在双缝的中间。（图中数据均为参考数据）2、 直接用眼睛观测到干涉条纹后，再放入微测目镜后进行测量。使相干光束处在目镜视场中心，并调节单缝和双缝的平行度（调节单缝即可），使干涉条纹最清晰。3、 用微测目镜测出干涉条纹的间距x，双缝到微测目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。 六、数据处理利用已知双缝间距，在把测出的x和D代入到公式中求出波长。把实验值和真实值进行
26、比较，并找出误差原因。七、注：多缝板的规格。实验十 菲涅尔双棱镜干涉 (测量实验)一、实验目的观察双棱镜干涉现象及测定光波波长二、实验原理利用光的干涉现象进行光波波长的测量，首先要获得两束相干光，使之重叠形成干涉，干涉条纹的空间分布既跟条纹与相干光源之间的相对位置有关，又跟光波波长有关，从它们之间的关系式就能测出光波波长。本实验利用双棱镜获得两束相干光，如附图5所示，双棱镜是由两块底边相接、折射棱角小于1度的直角棱镜组成的，从单缝S发出的单色光的波阵面，经双棱镜折射后形成两束互相重叠的光束，它们相当于从狭缝S的两个虚像S1和S2射出的两束相干光。于是在波束重叠的区域内产生了干涉，在该区域内放置
27、的屏上可以观测到干涉条纹。附图5如附图6所示，设S1与S2的间距为d，缝S至观察屏的距离为D，O为观察屏上距S1和S2等距的点，由S1和S2射来的两束光在O点的光程差为零，故在O点处两光波互相加强形成零级亮条纹，而在O点两侧，则排列着明暗相间的等距干涉条纹。附图6对于屏上距O 点 为x的P点。当Dd。Dx时，有d=x/因为D 故dx/D 即=xd/D根据相干条件，当光程差满足：（1）=2k()时，即在x=k处（k=0、1、2、），产生亮条纹。（2）=（2k-1）时，即在x=（2k-1）处（k=0、1、2、），产生暗条纹。因此，两相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离为 干涉条纹的间距为： x=xk+1
28、-xk=d两个狭缝中心的间距 单色光波波长 D狭缝屏到观测屏（微测目镜焦平面）的距离从实验中测得D，d以及x，即可由上式算出波长。三、实验仪器1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L： f=50mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、二维调整架： SZ-076、菲涅尔双棱镜：7、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）8、读数显微镜架 : SZ-389、三维底座： SZ-0110、二维底座： SZ-0211、一维底座： SZ-0312、一维底座： SZ-0313、凸透镜L： f=150mm14、二维调整架： SZ-0715、通用底座： SZ-01四、仪器实物图及原理图（
29、见图十）五、实验步骤 1、把全部仪器按照图十的顺序在平台上摆放好(图上数值均为参考数值)，并调成共轴系统。钠光灯（可加圆孔光栏）经透镜L聚焦于狭缝上。调节单缝和双棱镜的棱脊平行，而且由单缝射出的光对称地照在棱脊的两侧。1、 用白屏H或直接用眼睛观测到干涉条纹后，再用微测目镜中观测。使相干光束处在目镜视场中心，并调节单缝和棱脊的平行度，使干涉条纹最清晰。双棱镜干涉图样，应为等间隔的明暗相间的干涉条纹。2、 用微测目镜测出干涉条纹的间距x，测出单缝到微测目镜叉丝分划板的距离D，再用二次成像法测出两个虚光源的间距d，由x=xk+1-xk=便可求出光波的波长，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。（
30、二次成像法，在数据处理中有讲解）。六、数据处理二次成像法：保持图中狭缝、双棱镜的位置不动，加入一已知焦距f=150的透镜放在双棱镜后，使单缝与微测目镜间的距离D4f，移动透镜成像时，可以在两个不同的位置上，从目镜中看到一大一小两个清晰的缝像（既虚光源S1、S2的像），测出两个清晰的像间距d1及d2，根据物象公式，虚光源S1、S2的间距d=（第一成像）。d=(第二次成像)而s1=，=s2，故 即 代入公式即可求出波长。图十 实验十一 菲涅尔双面反射镜干涉 (测量实验)一、实验目的观察双平面干涉现象及测量光波波长二、实验原理如附图7所示的是双面镜装置是由两块平面反射镜M1和M2组成，两者间夹一很小
31、的附图7 菲涅尔双面镜角。S是与M1和M2的交线（图中以M表示）平行的狭缝，用单色光照明后作为缝光源。从同一光源S发出的光一部在M1上反射，另一部分在M2上发射，所得到的两反射光是从同一入射波前分出来的，所以是相干的，在它们的重叠区将产生干涉。对于观察者来说，两束相干光似乎来自S1和S2，S1和S2是光源S在两反射镜中的虚像，由简单的几何光学原理可证明，由S光源发出的，后被两反射镜反射的两束相干光在屏幕上的光程差与将S1、S2视为两相干光源发出两列相干光波到达幕上的光程差相同。与双棱镜实验相似，根据双棱镜的实验中推导出的公式，亦可算出它的波长。三、实验仪器1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L
32、： f=50mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、双面镜6、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、三维底座： SZ-019、二维底座： SZ-0210、一维底座： SZ-0311、一维底座： SZ-0312、凸透镜： f=150mm13、HeNe激光器(632.8nm)14、白屏H： SZ-1315、二维调整架： SZ-0716、通用底座： SZ-0117、通用底座： SZ-01四、仪器实物图及原理图图十一（1）图十一（2）五、实验步骤1、 把全部仪器按照图十一的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值），靠拢后目测调至共轴。而
33、后放入双面镜。2、 调节双面镜的夹角，使其与入光的夹角大约为半度，如图十一（2）。（亦可用激光器替换钠灯，白屏H代替微测目镜，使细激光束同时打在棱边尽量靠近的双面镜的两个反射镜上，在远离双面镜交棱的白屏上看到干涉条纹。）3、 然后如图放入测微目镜，找到被双面镜反射的光线。调节单缝的宽度并旋转单缝使它与双面镜的双棱平行，用测微目镜观察双平面反射镜干涉图样是等间距的明暗相间的干涉条纹。4、 用微测目镜测出干涉条纹的间距x和D，D为双面镜交棱到狭缝、到测微目镜的距离之和，再用二次成像法测出两个虚光源的间距d由x=xk+1-xk=便可求出光波的波长，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。六、数据处理
34、 利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距d1及d2，算出d值。代入公式即可求出波长。实验十二 洛埃镜干涉 (测量实验)一、实验目的观察洛埃镜干涉现象及测量光波波长二、实验原理洛埃镜是由一块普通平板玻璃构成的反射镜，缝光源S与反射镜面平行。来自缝光源的光向反射镜掠入射（入射角接近90度），再从反射镜反射。这部分反射光与直接从S射来的光是从同波前分出的（如附图十），所以是相干的，两束光的重叠区将产生干涉。在屏上进行叠加，形成干涉条纹。从观察者看来，两束相干光分别来自S和，是光源S在反射镜中的虚像。附图8 洛埃镜从附图8中看出，两相干光波在幕上的重叠区是在B和C之间。显然，在幕上观察不到光
35、程差为零的干涉条纹，除非将幕移到虚线所示的位置。此时，幕与反射镜相交处A离相干光源S和的几何距离相等。该处并不是亮条纹而是暗条纹（干涉极小），这说明两相干光在A处的光振动具有相反的相位，这是因为光在掠入射条件下，在镜面上反射时要产生数值为的相位突变，这种相位突变相当于光波少走或多走了半个波长的光程，故称为半波损失。这样，使得幕上本来是亮条纹的地方变成了暗条纹。本实验与双棱镜实验相似，根据双棱镜的实验中推倒出的公式，也可算出它的波长。三、实验仪器1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜L： f=50mm3、二维调整架： SZ-074、单面可调狭缝： SZ-225、洛埃镜： SZ-296、测微目镜Le
36、（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架 : SZ-388、三维底座： SZ-019、二维底座： SZ-0210、一维底座： SZ-0311、一维底座： SZ-0312、凸透镜： f=150mm13、二维调整架： SZ-0714、通用底座： SZ-01四、仪器实物图及原理图图十二五、实验步骤1、 把全部仪器按照图十二的顺序在平台上摆放好（图上数值均为参考数值）。靠拢后调至共轴。2、 钠光灯（可加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上，将大致处于铅直方位的洛埃镜由狭缝一侧逐渐推向狭缝（如图中箭头所示），使入射光处于掠入射状态，同时用眼在掠反射方向上看去，将看到实缝S与它对洛埃镜的虚像S。随着洛埃镜的前
37、推，S与S将逐渐靠拢，旋转时看到的S与S平行，估计二者间距约在2mm左右的情况下，将洛埃镜的磁座固定住。3、 目视或用激光器，找到被洛埃镜所反射的光路，把测微目镜放在该光路上观察洛埃镜干涉图样，可以发现是等间距的明暗相间的干涉条纹。4、 微测目镜测出干涉条纹的间距x，和D，D为狭缝到测微目镜的距离，再用二次成像法测出两个虚光源的间距d由x=xk+1-xk=便可求出光波的波长，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。六、数据处理利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距d1及d2，算出d值。代入公式即可求出波长。实验二十二 全息照相 （演示实验）一、实验目的了解全息照相的基本原理，学习拍摄
38、全息图与再现立体图像的方法二、实验原理全息照相是一种新型的照相技术。早在1948年伽柏（D.Gabor）就提出了全息原理。60年代初激光的发明使全息技术得到迅速的发展，并在许多领域得到了广泛的应用。无论从基本原理上，还是从拍摄和观察方法上，全息照相与普通照相都有本质的区别。普通照相基于几何光学的透镜成像原理，它所记录的是物通过透镜成像后，像平面上的光强分布，而失掉了光波的另一个信息位相，因而只能呈现一个平面图像，而失去了立体感。全息照相是基于干涉、衍射的原理。它的关键是引入一束相干的参考光波，使其和来自物体的物光波在全息干板处相干涉，底片上以干涉条纹的形式记录下物光波的全部信息强度和位相，这就
39、是全息照相名称的由来。经过显影定影等暗室处理后，底片上形成明暗相间的复杂的干涉条纹，这就是全息图。若用与参考光相同的光束以同样的角度照射全息图，全息图上密密的干涉条纹相当于一块复杂的光栅，在光栅的衍射光中，会出现原来的物光波，能形成原物体的立体像。因此，全息照像可分为全息记录和波前重现两个基本过程，它们的本质就是干涉和衍射。（一）、投射式全息照相透射式全息照相是指重现时所观察的是全息图透射光的成像。下面对平面全息图的情况做具体的数学描述。1、全息记录设来自物体的单色光波在全息干板平面（平面）上的复振幅分布为： (1)称为物光波。同一波长的参考光波在于平板平面上的复振幅分布为： (2) 称为参考
40、光波。平板上总的复振幅分布为： (3)干板上的光强分布为： (4)将(1)，(2)，(3)式代入(4)式中，得出： (5)适当控制曝光量和冲洗条件，可以使全息图的振幅透过率t(x,y)与曝光量E（与光强I成正比）成线性关系，即设 (6)，为常数。这就是全息图的记录过程。由上面的描述可知，底片上干涉条纹的反衬度为：其中。干涉条纹的间距则决定于随位置变化的快慢。对一定的、来说，干涉条纹的明暗对比反映了物光波的振幅大小，即强度因子，干涉条纹的形状间隔反映了物光波的位相分布。因此底片记录了干涉条纹，也就记录了物光波前的全部信息振幅和位相。2、波前重视用与参考光完全相同的光束照射全息图，透过光的复振幅分
41、布是： (7)将(2)，（6）式代入上式，整理得出： (8)(8)式中的第一项，具有再现光的特性，是衰减了的再现光，这是0级衍射。(8)式的第二项，是原来的物光波乘一系数，它具有原来物光波的特性，如果用眼睛接收到这个光波，就会看到原来的“物”。这个再现象是虚像，称为原始像。(8)中的第三项，具有与原物光波共轭的位相：，说明它代表一束会聚光，应形成一个实像。因为有一位相因子存在，这个实像不在原来的方向上。这个像叫共轭像。通常把形成原始像的衍射光称为+1级衍射，把形成共轭像的衍射光称为级衍射。附图22全息记录 附图23波前重现在参考光为球面波的情况下，重现光的点光源和原记录时参考光的点光源必须在相同位置（相对于底片），才能得到无畸变虚像。否则，重现像的位置不同于原来“物”的位置，重现像的放大倍数也不等于1。照明点光源愈远，像愈大，反之像缩小。要得到无畸变实像，应以参考光的共轭光一束会聚在原参考光点光源的会聚光照明底片。3、体全息图以上推导中假设乳胶层无限薄，全息图具有平面结构，但这仅在参考光与物光夹角很小（10度左右）时是成立的。当物光和参考光夹角较大时，相近条纹的间距（为乳胶层厚度），这样的全息图具有立体结构，就是所谓的“体积全息图”，其重现是三维衍射过程，衍射极大值应满足布喇格条
