09法布里珀罗FP干涉.docx

实验九法布里-珀罗(F-P)干涉仪测钠双线的波长差
[实验目的]
1．了解法布里-珀里(F-P)干涉仪的结构，掌握调节与使用F-P干涉仪的方法；
2．用F-P干涉仪观察钠双线的实验现象。
[仪器和装置]
法布里-珀里(F-P)干涉仪，钠光灯，测量望远镜

法布里-珀里(F-P)干涉仪是由两块间距为h，相互平行的平板玻璃G1和G2组成，如图1所示。为了获得明亮细锐的干涉条纹，两板相对的内表上镀有高反射铝膜或多层介质膜，两反射面的平面度要达到1/20~1/100波长，同时，两板还应保持平行。为了避免G1、G2外表面反射光的干扰，通常将两板做成有一小楔角。将G2固定，G1可连续地在精密导轨上移动，以调节两板间距h。
图1F-P干涉仪光路原理图

F-P干涉仪属于分振幅多光束等倾干涉装置。可用有一定光谱宽度的扩展光源照明，在透镜L的焦平面上将形成一系列很窄的等倾亮条纹。与迈克耳逊干涉仪产生的双光束等倾干涉条纹比较，F-P干涉仪的等倾圆纹要细锐得多，如图2所示。

图2两种干涉仪产生的干涉图
a)F-P干涉仪产生的多光束干涉图b)迈氏干涉仪产生的双光束干涉图

一般情况下，测量迈氏仪产生的圆条纹时读数精度为1/10条纹间距左右；对F-P干涉仪产生的圆条纹，其读数精度可高达条纹间距的1/100~1/1000。因此，F-P干涉仪常用于高精度计量技术与光谱精细结构分析。

[实验原理]
如果投射到F-P干涉仪上的光波中含有两个光谱成分λ1、λ2，其平均波长为，则在L的焦平面上，可以得到分别用实线（λ2）和虚线（λ1）表示的两组同心圆条纹（λ2>λ1），如图3所示。两波长同级条纹的角半径稍有差别。
对于靠近条纹中心的某点（θ0），两波长干涉条纹的级次差
图3波长λ1和λ2
的两组等倾圆纹
(9-1)
另外，由图3可知
(9-2)

式中，Δe是两波长同级条纹的相对位移量，e是同一波长的条纹间距。
比较上两式，当λ1λ2时，可得到
(9-3)
式中，平均光波长λ由分辨本领较低的分光仪预先测定。因此，只要测出e、Δe和h就可按式（9-3）计算出波长差Δλ。
应该注意的是，利用上述方法测量Δλ时，不允许使两组条纹的相对位移Δe大于条纹间距e，即不允许发生干涉级次的交错现象。

[内容和步骤]
1.调试仪器
(1)转动手轮1将G1与G2间的间距调至2mm左右，再分别调节G1、G2背面的螺钉3使之松紧程度大致相同。

(2)点亮钠灯，调节光窗位置，使之处于G1板的正前方。

(3)在钠灯光窗的毛玻璃上画一个十字线，则在G2的透射光中可看到十字线的多个象，分别调节螺钉3和微调旋钮4，使各个十字线象完全重合。此时，视场中应有条纹出现，将圆纹中心调至视场中央。左右移动眼睛，仅圆条纹中心随眼睛移动，而环径大小不变，这表示G1和G2内表面平行。换用望远镜观察，略微调节旋钮4，便可得到图2所示的圆纹。

2．观察现象
旋转微调手轮2，缓慢减小G1和G2的间距。注意用力均匀轻缓，不能使两者相碰。然后反方向旋转微调手轮2，增大h。必须沿一个方向旋转手轮，不得中途逆转，以避免回程误差。这时视场中条纹数逐渐增加，并且开始分离出双线。注意观察实验现象继续增大h，当Δe=e时，λ1的第m级条纹与λ2的第m－1级条纹重合，称此为重级现象。若再继续增大h，将出现Δe>e，发生级次交错。在测试中是不允许出现级次交错。

[思考题]
1.分振幅双光束干涉条纹与多光束干涉条纹的强度分布有什么不同？原因是什么？

2.开始调节F-P干涉仪时，圆纹中心往往偏在一边甚至不在视场内；或者圆纹中心虽在视场中央，但移动眼睛时，圆纹中心不仅移动，环径也随之改变，这些现象如何解释？如何纠正？
Experiment9 UseofFabry-Perotinterferometertomeasurewavelengthdifferencebetweensodiumdoubletlines

[ExperimentalObjectives]
TounderstandtheconfigurationofFabry-PerotinterferometerandmastertheoperatingtechniqueofF-Pinterferometer
ToobservesodiumdoubletlinesinterferogrambyF-Pinterferometer.

[ApparatusandSetup]
Fabry-Perotinterferometer,sodiumlamp,andmeasuringtelescope

AsshowninFig.1,Fabry-Perotinterferometerconsistsoftwo