基于ASAP的散射光双光束干涉仿真浅析.doc

《物理光学》课程 基于ASAP的散射光双光束干涉仿真 Two-beam-interference——diverging beams 组长姓名：学号： 专业班级： 小组成员：李修哲 张洋洋 安昊 胡琦 黄海章 完成日期： 摘要 光的干涉是物理光学中最重要的现象之一。本文分析了MIT实验视频中的光学原理，提炼了其物理模型。视频利用迈克尔逊干涉仪进行分振幅产生两相干光，在接收屏上观察到等倾圆纹。本文记录了利用强大的光学设计软件ASAP对该物理模型进行仿真的过程。 关键词：光的干涉，迈克尔逊干涉仪，ASAP 实验目的与光学原理 【实验目的】 并其中物理光学内容 迈克尔孙干涉仪的结构及其干涉原理 的使用相关程序的编写 仿真迈克耳孙干涉仪观察干涉现象 系统仿真结果与理论干涉结果进行比较 原理】 从氦氖激光器发出的单色光s，经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束，该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上，G1的后表面镀有铝或银的半反射膜，光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光 1 和 2 。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1和M2上，经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1和M2，就可以在E处观察到干涉条纹。G2为补偿板，其材料和厚度与G1相同，用以补偿光束 2 的光程，使光束 2 与光束 1 在玻璃中走过的光程大致相等。 1、等倾干涉条纹 等倾干涉条纹是迈克耳孙干涉仪所能产生的一种重要的干涉图样,如图所示。 当M1和M2垂直时，像M2是M2对半反射膜的虚象，其位置在M1附近。当所用光源为单色扩展光源时，我们在E处观察到的干涉条纹可以看作实反射镜M1和虚反射镜M2所反射的光叠加而成的。 设d为M1、M2间的距离，θ为入射光束的入射角，θ为折射角，由于M1、M2间是空气层，折射率n 1，θ θ。当一束光入射到M1、M2镜面而分别反射出 1 、 2 两条光束时，由于 1 、 2 来自同一光束，是相干的，两光束的光程差δ为 当d一定时，光程差δ随着入射角θ的变化而改变，同一倾角的各对应点的两反射光线都具有相同的光程差，这样的干涉，其光强分布由各光束的倾角决定，称为等倾干涉条纹。当用单色光入射时，我们在毛玻璃屏上观察到的是一组明暗相间的同心圆条纹，而干涉条纹的级次以圆心为最大 因δ 2dconθ mλ，当d一定时，θ越小，conθ越大，m的级数也就越大 。 当d减小 即M1向M2靠近 时，若我们跟踪观察某一圈条纹，将看到该干涉环变小，向中心收缩 因d变小，对某一圈条纹2dconθ保持恒定，此时θ就要变小 。每当d减小λ/2，干涉条纹就向中心消失一个。当M1与M2接近时，条纹变粗变疏。当M1与M2完全重合 即d 0 时，视场亮度均匀。 当M1继续沿原方向前进时，d逐渐由零增加，将看到干涉条纹一个一个地从中心冒出来，每当d增加λ/2，就从中间冒出一个，随着d的增加，条纹重叠成模糊一片，下图表示d变化时对于干涉条纹的影响。 2、等厚干涉条纹 若M1不垂直M2，即M1与M2不平行而有一微小的夹角，且在M1与M2相交处附近，两者形成劈形空气膜层。此时将观察到等厚干涉条纹，凡劈上厚度相同的各点具有相同的光程差，由于劈形空气层的等厚点的轨迹是平行于劈棱 即M1与M2的交线 的直线，所以等厚干涉条纹也是平行于M1与M2的交线的明暗相间的直条纹。 当M1与M2相距较远时，甚至看不到条纹。若移动M1使M1与M2的距离变小时，开始出现清晰地条纹，条纹又细又密，且这些条纹不是直条纹，一般是弯曲的条纹，弯向厚度大的一侧，即条纹的中央凸向劈棱。在M1接近M2的过程中，条纹背离交线移动，并且逐渐变疏变粗，当M1与M2相交时，出现明暗相间粗而疏的条纹。其中间几条为直条纹，两侧条纹随着离中央条纹变远，而微显弯曲。 随着M1继续沿着原方向移动时，M1与M2之间的距离逐渐增大，条纹由粗疏逐渐变得细密，而且条纹逐渐朝相反方向弯曲。当M1与M2的距离太大时，条纹就模糊不清。下图表示M1与M2距离变化引起干涉条纹的变化。 视频分析与仿真思路 【视频分析】 】 对于该实验，参考示例的视频，可确定相应的设计及编程思路：设置器件于合适的初始位置，后续操作只需在初始设置的基础上做一些调整与改变。 器件的初始位置设置。首先，利用格子光源产生平行光，经过一透镜后诸多光线以不同的方向入射到半反半透透镜，一部分光线反射照射到M1（参见上页实验仪器装置图），剩余部分光线透射后正入射到M2，反射后经过半反半透透镜。因此需要先做出一个半反半射透镜；再设计M1和M2，根据实验原理，M1和M2’ 即M2的像 平行，因此M1和M2需设计为相互垂直。同时有平行光经半透半反后垂直入射到M2可令M2处于平行于Y的方向，以便于其他器件方位的确定，即:平行光源水平入射到平行于Y方向的透镜，半反半透透镜应