大物仿真实验

大学物理仿真实验法布里-泊罗标准具实验姓名：XXX(14号)班级：学号：一、实验简介F-P标准具是一种高分辨率的多光束干涉实验装置。在观察和测量光谱线的精细结构中有广泛的应用意义。本实验的目的是了解F-P干涉仪的构造及原理，学习F-P干涉仪的调节方法，并用F-P干涉仪观察多光束等倾干涉，对光谱线的精细结构进行测量和分析。二、预习中的问题列举１、F-P标准局调节的质量是实验成败的关键，如何鉴别F-P标准具的反射面是否严格平行，如发现不平行应该如何调节？２、鉴别与调节F-P标准具的反射面的理论依据是什么？三、实验原理F-P标准具是由平行放置的两块玻璃或石英板组成，在两板背面上镀有薄银膜或其它有较高的反射率的薄膜，为消除两平板背面反射光的干涉，每块都做成楔型。两平行的镀银平面玻璃之间夹有一个间隔圈，用膨胀系数很小的石英或锢钢精加工成一定厚度，用以保证两块平面玻璃之间固定的间距，玻璃板上带有三个螺丝，可调节两玻璃板内表面之间的精确的平行度。标准具的光路图如图所示。自括展光源上任意一点发出的单色光，射到标准具板的平行平面上，经过和表面的多次反射和透射，分别形成一系列相互平行的反射光束,和透射光束。在透射诸光束中，相临的两光束的光程差，这一系列平行并有一定光程差的光束在无穷远处或透镜的焦平面上发生干涉。当光程差为波长的整数倍时产生干涉极大值。一般情况下标准具反射膜间是空气介质,因此，干涉的极大值为：为整数，成为干涉级。由于标准具的间隔是固定的,在波长不变的情况下，不同的干涉级对应不同的入射角。因此在使用扩展光源时,F-P标准具产生等倾干涉。其干涉条文为一组同心圆环。中心处，级次最大，,向外不同半径的同心圆环亮环依次为K-1,K-2,。考虑同一光源发出的两束具有微小波长差的单色光和(设)入射的情况，它们将分别形成一套圆环花纹。(对同一干涉级,波长越大的干涉欢直径越小,如图所示。)如果和的波长差逐渐增大，使得的第级亮环与的第(K-1)级亮环重叠，即有：则：由于F-P标准具中大多数情况,所以上式中:可以近似认为则用波数表示或定义为标准具的自由光谱范围。它表明在给定间隔圈厚度d的标准具中,若入射光的波长在之间(或波数在之间)则所产生的干涉圆环不重叠。若被研究的谱线波长大于自由光谱范围，两套花纹之间就要发生重叠或错级，给分析辨认带来困难。因此在使用标准具时，应根据被研究对象的光谱波长范围来确定间隔圈的厚度。应用F-P标准具测量各分裂谱线的波长或波长差是通过测量干涉环的直径实现的。如图所示,用透镜把F-P标准具的干涉圆环成像在焦平面上。则出射角为的圆环其直径D与透镜焦距f间的关系为：对于中心处的圆环，很小，可以认为:而由于所以有从上式可推得同一波长相邻两级K和(K-1)级圆环直径的平方差：可见是与干涉级无关的常数。四、实验内容1.调平标准具。2.测量连续的10个干涉圆环直径。测量10个连续的干涉圆环半径，并在屏幕上记录数据。测量时观察读数显微镜进行观察，并转动刻度尺把手进行测量。五、实验仪器及使用方法图1F-P标准具标准具由平行放置的两块平面板组成的，在两板相对的平面上镀薄银膜和其他有较高反射系数的薄膜。两平行的镀银平面的间隔是由某些热膨胀系数很小的材料做成的环固定起来的。实际中两块平板不可能一直绝对平行，所以实验中还需要用3个旋钮来调平。六、测量及数据处理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=10.46103mm5814.910101iiDD由dfDDkk22124得，七、结论及误差分析结论：mm5814.9D110)(1012iiDDDS=0.6772mm,%100DSEDD7.1%误差分析:系统误差；调平标准具时的误差产生影响。建议：测量多组数据求平均减少误差八、思考题两个相邻干涉圆环直径的平方差基本不变，说明其与k无关。由公式可知，