光电子学实验实验讲义.doc

目 录 光学实验基础知识 1 一、光学实验常用仪器-------------------------------------------1 二、光学实验中常用光源----------------------------------------13 三、光学仪器的正确使用与维护----------------------------------15 实验一 脉冲调Q Nd：YAG激光器 17 实验二 脉冲Nd：YAG激光倍频 23 实验三 共焦球面扫描干涉仪与氦氖激光器光束的模式分析 27 实验四 阿贝成像原理和空间滤波 32 实验五 声光调制 36 实验六 电光调制 44 实验七 显微镜的组装与调试 55 实验八 麦克尔逊干涉仪测定空气折射率 57 实验九 偏振光的产生和检测 60 实验十 光栅光谱仪 65 实验十一 掺铒光纤放大器（EDFA）实验 68 实验十二 椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率 77 实验十三 双光纤Mach-Zehnder干涉传感实验 86 光学实验基础知识 光学是物理学中最古老的一门学科，也是当前学科领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。它和其它学科一样，也是经过长期的实践，在大量的实验基础上逐步发展和完善的。虽然它的理论成果、新型光学实验技术的内容十分丰富，但是经典的实验方法仍是现代物理实验最基本的内容，因此，作为基础的光学实验课，学习的重点仍应该是学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，通过研究一些基本的光学现象，加深对经典光学理论的理解，提高对实验方法和技术的认识。 一、光学实验常用仪器 光学实验仪器可以扩展和改善视角的观察以弥补视角的局限性。构成光学仪器的主要元件有透镜、反射镜、棱镜、光栅和光阑等，这些元件按不同方式的组合构成了不同的光学系统。光学仪器可以粗分为助视仪器（放大镜、显微镜、望远镜），投影仪器（放影机、投影仪、放大机、照相机）和分光仪器（棱镜分光系统、光栅分光系统）。下面介绍部分常用的光学仪器，主要介绍光学实验中常用仪器的构造、调节和光学实验中的常用光源。 （一）助视仪器 １．放大镜和视角放大率 凸透镜作为放大镜是最简单的助视仪器，它可以增大眼睛的观察视角。设原物体长度为，放在明视距离处（距离眼睛25厘米处），眼睛的视角为；通过放大镜观察，成像仍在明视距离处，此时眼睛的视角为，如图1所示。与之比称为视角放大率。 （1） 因为 所以 。 （2） （2）式中，为放大镜焦距，越短，放大率越高。 ２．目镜 图2 目镜也是放大视角用的仪器。放大镜（放大镜也是最简单的目镜）是用来直接放大实物，而目镜则是用来放大其它光具组所成的像。一般对目镜的要求是有较高的放大率和较大的视场角，同时要尽可能校正像差，为此，目镜通常是由两片或更多片的透镜组成。目前应用最广泛的目镜有高斯目镜和阿贝目镜，如图2所示，分别为阿贝目镜和高斯目镜的示意图。图中的叉丝为测量时的准线，反射镜和小棱镜的作用是改变照明光的入射方向，照亮叉丝。 ３．显微镜 图3 显微镜由目镜和物镜组成，其光路图如3所示。待观察物置于物镜的焦平面之外，距离焦平面很近的地方，这样可使物镜所成的实像，落在目镜的焦平面之内靠近焦平面处。经目镜放大后在明视距离处形成一放大的虚像。 理论计算可得显微镜的放大率为： （3） 式中是物镜的放大率，是目镜的放大率，分别是物镜和目镜的像方焦距， 是显微镜光学间隔（＝，现代显微镜均有定值，通常是17厘米或19厘米 ），s0=-25厘米，为正常人眼的明视距离。由上式可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大率就越大。一般取得很短（高倍的只有１—２毫米）而在几个厘米左右。在镜筒长度固定的情况下，如果物镜目镜的焦距给定，则显微镜的放大率也就确定了。通常物镜和目镜的放大率，是标在镜头上的。 ４．望远镜 望远镜是帮助人眼观望远距离物体，也可作为测量和对准的工具，它也是由物镜和目镜所组成。其光路图如4所示，远处物体发出的光束经物镜后被会聚于物镜的焦平面上，成一缩小倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离。当焦平面恰好与目镜的焦平面重合在一起时，会在无限远处呈一放大的倒立的虚像，用眼睛通过目镜观察时，将会看到这一放大且移动的倒立虚像。若物镜和目镜的像方焦距为正（两个都是汇聚透镜