F-P干涉仪..docx

法布里—珀罗干涉仪摘要：法布里—珀罗干涉仪（简称F-P干涉仪）是一种应用多光束干涉原理制成的高分辨率光谱仪器，它具有很高的分辨本领和集光本领，因此，常用于分析光谱的超精细结构，研究光的塞曼效应和物质的受激布里渊散射，精确测定光波波长和波长差，以及激光选模等工作。关键词：F-P干涉仪、Na黄双线、波长差、汞灯绿线、波长实验目的：1：了解F-P干涉仪的结构和原理以及基本特性2：学习F-P干涉仪的调节技术3：用F-P干涉仪做某些光学测量实验原理 1：仪器的基本结构及工作原理 F-P干涉仪（如图1）主要由平行放置的两块平面玻璃板构成，两块玻璃板L1、L2相对的内表面有极高的平面度，两表面上各镀有反射率很高的金属膜层或多层介质膜。为了避开外表面上反射光的干扰，两块板都做成稍微有点楔形，将两块板相对的内表面调成相互平行，在两内表面间形成了一平行平面空气层。如果两板内表面间距固定，则称为F-P标准具；若玻璃板间距可变，则成为F-P干涉仪。图1如图1，光源发出的光经透镜成平行光以小角度入射到板上，在两镀层平面间来回多次反射和透射，分别成一系列反射光束和透射光束，这一系列相互平行并有一定光程差的透射光经另一透镜会聚在，在这一透镜像方焦面上发生多光束干涉。在透镜诸光束中，相邻两光束光程差为 （1）相应的相位差为 （2），式中h为两镀层间距，n为两镀层平面间物质的折射率，为两镀层平面间反射光和平面发现的夹角。当相邻两光束的光程差为波长的整数倍时产生干涉极大值（3）条纹的细锐常用半值角度来衡量。第k及亮纹的半值角度为 （4），式中R为两板内表面反射膜的反射率，由上式可知，R越接近于1，两板内表面间距h越大，就越小，亮纹就越细锐。2：基本特性：角色散本领 （5），表示波长差为0.1nm的两谱线分开的角距离。色分辨本领 (6),为两个刚刚能被分开的细圆条纹的波长差，常称此为该仪器可分辨的最小波长差。自由光谱范围 （7），表示入射光的波长在到范围内，所产生的干涉圆环不发生越级重叠时所允许的最大波长范围。 3：用F-P干涉仪测光波波长差若待测光源中包含有两个波长十分相近的光谱成分，其值分别为和，则处于F-P干涉仪的自由光谱范围内，用焦距为f的消色差透镜，将F-P干涉仪的干涉条纹成像在后焦面上，获得一组同心圆环，每个亮环对应一定的倾角，干涉亮环的直径D和倾角有如下关系： （8），将（8）式带入（3)式，当n=1时可得 （9），令表示对应于波长为的第k级和k-1级的环直径，由上式得，两式相减得 （10），只要测的该波长相邻次级两干涉圆环的直径平方差，即可求得波长。若令表示对应于波长为的同一级干涉圆环的直径，由（9）式得，两式相减得 （11），由于实验条件的限制，测量时只测量中心附近的若干圆环直径，可近似用中心圆环的级数代替，所以有，代入（11）有 （12），若h已知，则将（10）代入（12）可得 （13），实验器材：F-P干涉仪、钠光灯、高压汞灯、消色差透镜、绿色干涉透镜片、读书显微镜、望远镜、F-P标准具实验内容：1：调节F-P干涉仪获得等倾干涉条纹：以钠光灯照明F-P干涉仪，取两玻璃板间距为5mm，在透镜前立一小针，用眼睛接受透射光，观察F-P多次发射后的一系列像，仔细调节两玻璃板上的六个螺钉，使得所有的像完全重合，此时可看到干涉条纹。再仔细调节透镜的两个 微调螺钉，使干涉圆环位于视场中心，且成清晰不变的圆形，直到眼睛上下移动各圆大小基本不变。在钠光灯和干涉仪间加入透镜，使灯大致位于其焦面上，将小针移除，用望远镜观察条纹。2：观察钠黄光双线的精细结构及测量双线波长差 （1）：缓慢调节粗调手轮，改变玻璃板之间的距离，观察干涉条纹间距和锐度与h的关系 （2）：观察是否出现两套同心圆环，并记录相对移动情况 （3）：根据实际情况，记录多次亮纹重叠时的位置，用逐差法计算，代入（8）式计算。3：测量汞灯绿线波长： （1）：用消色差透镜代替望远镜，并将透射光导入读数显微镜中，调节消色差透镜和读数显微镜的位置，使能观察到清晰地圆环。 （2）：左右移动读数显微镜和钠光灯，大致估算总环数，选取合适的视场和环数，定下测量的组数，进行弦长的读书。 （3）：将钠光灯换成高压汞灯，在透镜和玻璃板之间加入滤光片（546.1nm），重复（2）的步骤。 （4）：用逐差法处理数据，算出钠黄双线的汞灯绿线的弦长平方差的均值和，代入（13）算出汞灯绿线波长，并计算相对误差。注：钠黄双线平均波长为589.3nm。实验数据：1：测量钠黄双线波长差：号数123456h/nm4.3564.6514.9475.2395.6375.9312：测量汞灯绿线波长：钠灯：号数123456左圆环14.41114.62114.77614.95115.09515.232右圆环12.34412.16111.