大物仿真實(shí)驗(yàn)

1、大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)驗(yàn) 姓 名：XXX(14號(hào)) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介F-P標(biāo)準(zhǔn)具是一種高分辨率的多光束干涉實(shí)驗(yàn)裝置。在觀察和測(cè)量光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用意義。本實(shí)驗(yàn)的目的是了解F-P干涉儀的構(gòu)造及原理，學(xué)習(xí)F-P干涉儀的調(diào)節(jié)方法，并用F-P干涉儀觀察多光束等傾干涉，對(duì)光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和分析。二、預(yù)習(xí)中的問(wèn)題列舉、F-P標(biāo)準(zhǔn)局調(diào)節(jié)的質(zhì)量是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵，如何鑒別F-P標(biāo)準(zhǔn)具的反射面是否嚴(yán)格平行，如發(fā)現(xiàn)不平行應(yīng)該如何調(diào)節(jié)？、鑒別與調(diào)節(jié)F-P標(biāo)準(zhǔn)具的反射面的理論依據(jù)是什么？三、實(shí)驗(yàn)原理F-P標(biāo)準(zhǔn)具是由平行放置的兩塊玻璃或石英板組成，在兩板背面上鍍有薄銀膜或

2、其它有較高的反射率的薄膜，為消除兩平板背面反射光的干涉，每塊都做成楔型。兩平行的鍍銀平面玻璃之間夾有一個(gè)間隔圈，用膨脹系數(shù)很小的石英或錮鋼精加工成一定厚度，用以保證兩塊平面玻璃之間固定的間距，玻璃板上帶有三個(gè)螺絲，可調(diào)節(jié)兩玻璃板內(nèi)表面之間的精確的平行度。標(biāo)準(zhǔn)具的光路圖如圖所示。自括展光源上任意一點(diǎn)發(fā)出的單色光，射到標(biāo)準(zhǔn)具板的平行平面上，經(jīng)過(guò)和表面的多次反射和透射，分別形成一系列相互平行的反射光束,和透射光束。在透射諸光束中，相臨的兩光束的光程差，這一系列平行并有一定光程差的光束在無(wú)窮遠(yuǎn)處或透鏡的焦平面上發(fā)生干涉。當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)產(chǎn)生干涉極大值。一般情況下標(biāo)準(zhǔn)具反射膜間是空氣介質(zhì),因此，

3、干涉的極大值為：為整數(shù)，成為干涉級(jí)。由于標(biāo)準(zhǔn)具的間隔是固定的,在波長(zhǎng)不變的情況下，不同的干涉級(jí)對(duì)應(yīng)不同的入射角。因此在使用擴(kuò)展光源時(shí),F-P標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生等傾干涉。其干涉條文為一組同心圓環(huán)。中心處， 級(jí)次最大，, 向外不同半徑的同心圓環(huán)亮環(huán)依次為K-1,K-2,?？紤]同一光源發(fā)出的兩束具有微小波長(zhǎng)差的單色光和(設(shè))入射的情況，它們將分別形成一套圓環(huán)花紋。(對(duì)同一干涉級(jí),波長(zhǎng)越大的干涉歡直徑越小,如圖所示。)如果和的波長(zhǎng)差逐漸增大，使得的第級(jí)亮環(huán)與的第(K-1)級(jí)亮環(huán)重疊，即有：則： 由于F-P標(biāo)準(zhǔn)具中大多數(shù)情況,所以上式中: 可以近似認(rèn)為 則用波數(shù)表示或定義為標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍。它表明在給定間隔

4、圈厚度d的標(biāo)準(zhǔn)具中,若入射光的波長(zhǎng)在之間(或波數(shù)在之間) 則所產(chǎn)生的干涉圓環(huán)不重疊。若被研究的譜線波長(zhǎng)大于自由光譜范圍，兩套花紋之間就要發(fā)生重疊或錯(cuò)級(jí)，給分析辨認(rèn)帶來(lái)困難。因此在使用標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)，應(yīng)根據(jù)被研究對(duì)象的光譜波長(zhǎng)范圍來(lái)確定間隔圈的厚度。應(yīng)用F-P標(biāo)準(zhǔn)具測(cè)量各分裂譜線的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)差是通過(guò)測(cè)量干涉環(huán)的直徑實(shí)現(xiàn)的。如圖所示,用透鏡把F-P標(biāo)準(zhǔn)具的干涉圓環(huán)成像在焦平面上。則出射角為的圓環(huán)其直徑D與透鏡焦距f間的關(guān)系為：對(duì)于中心處的圓環(huán)，很小，可以認(rèn)為: 而由于 所以有從上式可推得同一波長(zhǎng)相鄰兩級(jí)K和(K-1)級(jí)圓環(huán)直徑的平方差：可見(jiàn)是與干涉級(jí)無(wú)關(guān)的常數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 調(diào)平標(biāo)準(zhǔn)具。 2. 測(cè)量

5、連續(xù)的10個(gè)干涉圓環(huán)直徑。測(cè)量10個(gè)連續(xù)的干涉圓環(huán)半徑，并在屏幕上記錄數(shù)據(jù)。測(cè)量時(shí)觀察讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行觀察，并轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺把手進(jìn)行測(cè)量。五、實(shí)驗(yàn)儀器及使用方法圖1 F-P標(biāo)準(zhǔn)具標(biāo)準(zhǔn)具由平行放置的兩塊平面板組成的，在兩板相對(duì)的平面上鍍薄銀膜和其他有較高反射系數(shù)的薄膜。 兩平行的鍍銀平面的間隔是由某些熱膨脹系數(shù)很小的材料做成的環(huán)固定起來(lái)的。實(shí)際中兩塊平板不可能一直絕對(duì)平行，所以實(shí)驗(yàn)中還需要用3個(gè)旋鈕來(lái)調(diào)平。六、測(cè)量及數(shù)據(jù)處理D1=9.68068, D2=10.3864, D3=8.66962, D4=9.74482, D5=9.31123,D6=10.0557, D7=8.34461, D8=9.51023, D9=9.64968, D10=10.46103由得，7、 結(jié)論及誤差分析結(jié)論：=0.6772mm,7