光纤双光束干涉实验
2.1双光束干涉讲解
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2）产生干涉的条件
双光束叠加在P点处的光强分布为
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos cos
影响光强条纹稳定分布的主要因素是：1）两光束频率； 2）两光束振动方向夹角和3）两光束的相位差。 (1) 对叠加光束的频率要求
当两光束频率相等，Δ ω =0时，干涉光强不随时间变化，可以 得到稳定的干涉条纹分布。 当两光束的频率不相等，Δ ω ≠0时，干涉条纹将随着时间产生 移动，且Δ ω 愈大，条纹移动速度愈快，当Δ ω 大到一定程度时， 肉眼或探测仪器就将观察不到稳定的条纹分布。 因此，为了产生干涉现象，要求两叠加光束的频率尽量相等。
2.1 双光束干涉
2.1.1 产生干涉的基本条件
1.两束光的干涉现象 2.产生干涉的条件 3.实现光束干涉的基本方法
2.1.2 双光束干涉
1.分波面法双光束干涉 2.分振幅双光束干涉
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1.两束光的干涉现象
光的干涉：指两束或多束光在 空间相遇时， 在重叠区内形成 稳定的强弱强度分布的现象。
1 2 I12 I1I 2 cos cos
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涉现象； 2.若随时间变化(即 随时间变化)太快，也 看不到干涉现象。
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在能观察到稳定的光强分布的情况下
1.出现光强极大的条件
2m , m 0,1,2...
光强极大值Imax为 I max I1 I 2 2 I1 I 2 cos
稳定：用肉眼或记录仪器能观察到
或记录到条纹分布，即在一定时间 内存在着相对稳定的条纹分布。
讨论，图2-1所示的两列单色 线偏振光的叠加
光纤双光束干涉实验
南昌大学实验报告学生姓名：刘pp 学号：5502vvvv 专业班级：vvvvvvvv实验日期：2014/9/17 实验成绩：实验三光纤双光束干涉实验一、实验目的1、掌握双光束干涉测量的原理2、了解利用光纤干涉测量的优点和应用场合二、实验装置He-Ne 激光器，透镜，五维微调节架、控件箱（分束器），CCD，监视器，视频线。
三、实验原理以光纤取代传统干涉仪的空气光程，构成了光纤双光束干涉仪。
由激光器发出的相干光，经分束器分别送入两根长度基本相同的单模光纤（其中一根作测量臂，一根作参考臂），两根光纤的末端会合在一起后，输出的激光束相遇迭加后产生干涉，形成干涉条纹。
干涉场的光强：I∝（1+cosθ）当θ=2mπ时，干涉场光强取极大值。
m 为干涉级次，且满足关系式：m =△L / λ , 或： m=v△t当外界因素使测量臂光纤相对参考臂贡献长度改变△L ，导致了相对光程时延△t ；或者使传播光的频率 v 或光波长λ发生变化时，都会使 m 的值变化。
探测臂He-Ne 光纤分束器参考臂干涉条纹图 1 光纤双光束干涉仪当波长为λ0 的光入射到长为 L 的光纤时，以光纤的入射端面为基准，则出射光的相位为：ψ=βL= k0nL式中：β——光在光纤中的传播常数k0——光在真空中的传播常数n ——光纤芯的折射率L ——被测场与测量臂光纤的作用长度光纤在外界因素作用下，相位的变化可以写成如下形式：△ψ=β△L+L△β=ΒL（△L/L）+L(dβ/dn)+L(dβ/dD)△D式中第一项表示由光纤长度变化引起的相位延迟（即应变效应），第二项表示φM 1 d L 2d S 1’ S 2’ G S M 1’ M 2 R E PS’ 感应折射率变化引起的相位延迟（即光弹效应）；第三项则表示光纤的直径改变（△D ）所产生的相位延迟（对应于泊松效应））；一般情况下，直径改变引起的相移量比前面两项要小的多，可忽略不计。
从而上式可以简化如下：△ψ= k 0nL （△L/L+△n/n)四、实验步骤1、按下图连接好各装置He-Ne 分束器 显示器 CCD 图 2 实验装置图2、 调节五维支架，使激光较好的耦合入光纤，观察得到较清晰的干涉条纹为止。
分波面法双光束干涉
求 (1) d =1.0 mm 和 d =10 mm两种情况下，相邻明条纹间距分 别为多大？(2) 若相邻条纹的最小分辨距离为 0.065 mm， 能分清干涉条纹的双缝间距 d 最大是多少？
解 (1) 明纹间距分别为
x D 600 5.893104 0.35mm
d
1.0
x D 600 5.893104 0.035mm
x D
d
一系列平行的 明暗相间条纹
(2) 已知 d , D 及Δx,可测 ；
(3) Δx 正比于 和 D ，反比于 d ；
(4) 当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地 排列着几条彩色条纹。
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红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
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2021/3/11
您能判断0级 条纹在哪吗？
§19.2 分波面法双光束干涉 一、杨氏实验 二、其他类似装置
干涉主要包含以下几个主要问题
•实验装置；
•确定相干光束，求出光程差(相位差)；
•分析干涉花样，给出强度分布； •应用及其他。
杨(T.Young)在1801 年首先发现光的干涉
现象，并首次测量了
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光波的波长。
一、 分波阵面法（杨氏实验)
1. 实验装置 ( 点源 分波面 相遇)
s1
S
s2
2. 强度分布 步骤
2
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明条纹位置
明条纹位置
明条纹位置
确定相干光束 计算光程差 根据相长、相消条件确定坐标
•理论分析
r12
D2
y2
(x
d )2 2
S2 •
r22
光的干涉和衍射实验
光的干涉和衍射实验光的干涉和衍射是光学中重要的现象，通过这些实验可以更好地理解光的波动性质和波动光学理论。
本文将介绍光的干涉和衍射实验的原理、实验装置以及实验结果分析。
一、实验原理光的干涉是指两束或多束光波相遇并叠加时所产生的干涉现象。
其中，两束相干光波的叠加会形成明纹和暗纹的交替分布，这取决于光波的相位差。
干涉可以是各种波的干涉，如声波、电磁波等，但在本实验中，我们将重点讨论光波的干涉现象。
光的衍射是指光波传播过程中，当波遇到一个障碍物或通过一个小孔时，波通过或绕过这个障碍物或小孔后会产生扩散现象，形成明暗相间的衍射图样。
二、实验装置1. 干涉实验装置：- 光源：可以使用激光器或者白炽灯等光源。
- 分束器：将光源的光分成两束。
- 干涉装置：将分束后的光束分别引导到干涉装置中。
- 探测器：用于观察干涉条纹的位置和形状。
2. 衍射实验装置：- 光源：可以使用激光器或者白炽灯等光源。
- 单缝或双缝装置：用于产生光的衍射现象。
- 探测器：用于观察衍射图样的位置和形状。
三、实验步骤1. 干涉实验步骤：(1) 准备好干涉实验装置，确保光源正常工作并将光源的光分成两束。
(2) 将两束光束引导到干涉装置中的投影屏或者接收屏上。
(3) 观察屏幕上的干涉条纹，并记录下条纹的位置和形状。
2. 衍射实验步骤：(1) 准备好衍射实验装置，确保光源正常工作并产生衍射现象。
(2) 将光源的光通过单缝或双缝装置。
(3) 观察光通过单缝或双缝装置后，在屏幕上形成的衍射图样，并记录下图样的位置和形状。
四、实验结果分析通过光的干涉和衍射实验，我们可以观察到明暗相间的条纹或图样，这些条纹或图样的分布情况可以直接反映出光波的相位差以及波的传播性质。
干涉实验中，条纹的间距和亮度分布与光波的相位差有关。
通过调整光源的位置或者改变干涉装置的参数，我们可以改变相位差，从而改变条纹的间距和亮度。
这些实验结果验证了光的波动性质和互相干涉现象。
衍射实验中，衍射图样的形状和分布取决于光通过障碍物或者孔径的大小和形状。
双光束干涉型光纤传感器灵敏度与精度受光源谱分布特性的影响分析
ｆ ． ｅ ａ ｆＡ ｌ ｔ ａ Ｎｅｗ ｒ Ｋ ｙ Ｌ ｂｏ ｌ Ｏｐｉ ｌ ｔ ｏｋ＆ Ａｄ ａｃｄ Ｔ ｌｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎ Ｎ ｔ ｒ ｆＥ １ ｃ ｖｎ ｅ ｅｅｏ ｎｃｉ ｅｗｏｋ ｏ ＭＣ， ｅ ｉｇＪ ｏｏ ｇＵｎｖ ｒ ｔ， ｅ ｉｇ ａｏ Ｂ ｉｎ ｉ ｔｎ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ｊ ａ ｉ ｊ
影 响 分 析
陶 沛 琳 ， 凤 平 ， 国路 ， 文 华 ， 艳 ， 中伟 。 筒 水 生 延 尹 任 刘 谭 ， （． 京 交通 大 学 全 光 网 络 与 现 代 通 信 网教 育 部 重 点 实验 室 ，北 京 １０ ４ １北 ０ ０４；
２ ．北 京 交 通 大 学 光 波 技 术研 究 所 ，北 京 １ ０ ４ ） ０ ０ ４ 摘 要 ： 基 于 对 双 光 束 干 涉 型 光 纤 传 感 器原 理 的 分 析 ， 对 洛 仑 兹 、 斯 、 形 ３种 典 型 光 源 谱 分 布 ， 针 高 矩 通 过 对 谱 分 布 线 宽 与 光 电 管接 收 端 功 率 谱 密 度 之 间 关 系 的 定 量 分 析 ，讨 论 了 ３种 典 型 光 源 谱 分 布 特
双光纤干涉实验报告
一、实验目的1. 了解双光纤干涉的原理和实验方法。
2. 学习如何使用光纤干涉仪进行实验操作。
3. 通过实验观察并分析双光纤干涉条纹的特点。
4. 研究双光纤干涉中光程差与干涉条纹间距的关系。
二、实验原理双光纤干涉实验是利用两根光纤分别传输光波，在光纤末端产生干涉现象的实验。
实验原理基于光的干涉原理，即当两束相干光波相遇时，它们会相互叠加，形成干涉条纹。
实验装置包括双光纤干涉仪、光源、光纤、探测器等。
实验过程中，光源发出的光波经过光纤传输，在光纤末端产生干涉。
通过探测器接收干涉后的光波，并记录干涉条纹。
三、实验仪器与设备1. 双光纤干涉仪2. 光源（如激光器）3. 光纤（两根）4. 探测器5. 记录仪6. 光纤耦合器7. 光纤连接器四、实验步骤1. 将光源发出的光波输入到光纤耦合器中，分为两束光波，分别通过两根光纤。
2. 将两根光纤的末端对齐，使两束光波在光纤末端相遇。
3. 将两束光波输入到探测器中，记录干涉条纹。
4. 调整光纤的长度，观察干涉条纹的变化。
5. 记录不同光纤长度下的干涉条纹间距和光程差。
五、实验数据与处理1. 记录不同光纤长度下的干涉条纹间距和光程差。
2. 分析光程差与干涉条纹间距的关系，得出实验结论。
六、实验结果与分析1. 实验结果表明，当光纤长度增加时，干涉条纹间距逐渐增大。
2. 通过计算光程差与干涉条纹间距的关系，得出实验结论：光程差与干涉条纹间距成正比。
七、实验结论1. 双光纤干涉实验验证了光的干涉原理。
2. 通过实验观察，了解了双光纤干涉条纹的特点。
3. 研究了光程差与干涉条纹间距的关系，得出了实验结论。
八、实验注意事项1. 实验过程中，注意光纤的连接和调整，确保两束光波在光纤末端相遇。
2. 在记录干涉条纹时，注意条纹的形状和间距，以便分析实验结果。
3. 实验过程中，注意安全，避免激光对眼睛造成伤害。
九、实验拓展1. 研究不同光源、不同光纤材料对双光纤干涉实验的影响。
2. 探究双光纤干涉在光学测量、光纤通信等领域的应用。
基于双光束干涉的全息记录装置的设计与实现
在实 际 测试 中 ， 适 当调 节 衰减 器 ， 使 得 激光输 出功 率 为 ４ ４ ７ ． ８ ｍｗ ．经 过 分 束 镜 后 ， 直 接 射 入
固定 干 涉 臂 的 光 束 光功 率 为 １ ３ ７ ． ４ ｍＷ ， 通 过 准
直器 后 的光 功率 为 ５ ９ ． ６ ｍｗ ； 射入 可 调 干涉 臂 的
纹 间距是 ６ ９ ５ ． ０ ９ １ ５ ａ ｍ．
［ ４ ］ 尤政 ， 孙 文泱 ， 蓝 强．波 导 全 息 指 纹 图像 传 感 器 实 验 研究 ［ Ｊ ］ ．清 华 大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ） ， ２ ０ ０ １ ， ４ １
（ １ １ ） ： ６ ８ － ７ ０ ．
参考文献 ：
［ １ ］ 耿涛 ， 王彪 ， 滕 东东 ， 等．体 全息存 储系 统 中的相关
识别［ － Ｊ － １ ．长 春 理 工 大 学 学 报 ， ２ ０ ０ ６ ， ２ ９ （ １ ） ： ３ ５ － ３ ７ ． ［ ２ ］ 龚勇清 ， 何 兴 道 ．激 光 原 理 与 全 息 技 术 Ｉ － Ｍ］ ．北 京 ：
台， 可调 干涉 臂 中 的输 出光 纤 耦 合 器 与 可 旋 转 的
圆 台连接 在 一起 ， 通 过 旋 转 出射 光 纤 耦 合 器 来 实 现干 涉角 度 的调 整 ， 同时 可 通 过 圆 台上 的刻 度来 准确 读 出干 涉角度 ．固定 干 涉 臂 与 圆台 的零 刻 度
对 齐 且 固定 不 动 ．需 要 注 意 的 是 ， 由于 激 光 耦 合
■
（ ａ ） 固 定 干 涉 臂
ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ９ ０ 。ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｒ Ｊ ］ ．Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ —
物理光学 双光束干涉(1)
D = S2Q2 (n n)l
零级条纹出现条件是
D = ml = 0
即
D = S2Q2 (n n)l = 0 S 2Q2 = (n n)l
考虑到
n n S 2Q2 0
于是，零级条纹（因而所有条纹）应当上移。
(2) 考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光 程差相差一个波长，因此
因此干涉图样可见度变低。
洛埃镜
S
d
S’
M
D 洛 埃 镜 的 干 涉
1．分波面法双光束干涉 这些实验的共同点是： ①在两束光的叠加区内，到处都可以观察到干涉条 纹，只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。这 种在整个光波叠加区内随处可见干涉条纹的干涉， 称为非定域干涉。 ②在这些干涉装置中，都有限制光束的狭缝或小孔， 因而干涉条纹的强度很弱，以致于在实际上难以应 用。
2π 2π
Dr dy / D
2π yd = D = (Dr DR) ( DR) （ 10 ） l l l D
1．分波面法双光束干涉
①如果 S1、S2 到 S 的距离相等，DR=0， 则对应 = 2mπ (m=0, 1, 2) 的空间点
Dl y=m d (11)
为光强极大，呈现干涉亮条纹；
I = I1 I 2 2 I1I 2 cosq cos = I1 I 2 +2 I12 (3)
1．分波面法双光束干涉
对应 = (2m+1)π (m=0, 1, 2) 的空间点
1 Dl y = (m ) 2 d
(12)
为光强极小，呈现干涉暗条纹。
1．分波面法双光束干涉
1 l y = (m ) = (m ) 2 d 2
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南昌大学实验报告
学生姓名：刘pp 学号：5502vvvv 专业班级：vvvvvvvv
实验日期：2014/9/17 实验成绩：
实验三光纤双光束干涉实验
一、实验目的
1、掌握双光束干涉测量的原理
2、了解利用光纤干涉测量的优点和应用场合
二、实验装置
He-Ne 激光器，透镜，五维微调节架、控件箱（分束器），CCD，监视器，视频线。
三、实验原理
以光纤取代传统干涉仪的空气光程，构成了光纤双光束干涉仪。
由激光器发出的相干光，经分束器分别送入两根长度基本相同的单模光纤（其中一根作测量臂，一根作参考臂），两根光纤的末端会合在一起后，输出的激光束相遇迭加后产生干涉，形成干涉条纹。
干涉场的光强：I∝（1+cosθ）
当θ=2mπ时，干涉场光强取极大值。
m 为干涉级次，且满足关系式：
m =△L / λ , 或： m=v△t
当外界因素使测量臂光纤相对参考臂贡献长度改变△L ，导致了相对光程时延△t ；或者使传播光的频率 v 或光波长λ发生变化时，都会使 m 的值变化。
探测臂
He-Ne 光纤
分束器
参考臂
干涉条纹
图 1 光纤双光束干涉仪
当波长为λ0 的光入射到长为 L 的光纤时，以光纤的入射端面为基准，则出射光的相位为：ψ=βL= k0nL
式中：β——光在光纤中的传播常数
k0——光在真空中的传播常数
n ——光纤芯的折射率
L ——被测场与测量臂光纤的作用长度
光纤在外界因素作用下，相位的变化可以写成如下形式：
△ψ=β△L+L△β=ΒL（△L/L）+L(dβ/dn)+L(dβ/dD)△D
式中第一项表示由光纤长度变化引起的相位延迟（即应变效应），第二项表示
φ
M 1 d L 2d S 1’ S 2’ G S M 1’ M 2 R E P
S’ 感应折射率变化引起的相位延迟（即光弹效应）；第三项则表示光纤的直径改变（△
D ）所产生的相位延迟（对应于泊松效应））；一般情况下，直径改变引起的相移量比前面两项要小的多，可忽略不计。
从而上式可以简化如下：
△ψ= k 0nL （△L/L+△n/n)
四、实验步骤
1、按下图连接好各装置
He-Ne 分束器 显示器 CCD 图 2 实验装置图
2、 调节五维支架，使激光较好的耦合入光纤，观察得到较清晰的干涉条纹为止。
五、实验思考
1、干涉条纹的宽度与方向与光纤及背景的哪些参数有关？
答: 与光纤芯的折射率、被测场与测量臂光纤的作用长度以及光的波长等有关。
2、干涉条纹对光源有什么原理性要求？
答：要求光源具有较好的单色性以提高干涉条纹的对比度,且出射的应为平行光。
3、试提出另一种光纤双光束干涉仪的原理方案（例如迈克尔逊干涉仪）。
答：迈克尔逊干涉仪（实验五所采用的泰曼-格林系统是迈克尔逊白光干涉仪的简化）
（1）原理
迈克尔逊干涉仪是应用分振幅法产生双光束以实现干涉的仪器，仪器的光学系统由两个平面反射镜M1和M2及两块材质相同、厚度相等的平行平面玻璃板G1和G2所组成，如右图所示。
从光源S 发出的光，射到分光板G1上，分光板G1后表面有半反射膜，将一束光分解成两束光；一束为反射光（1），另一束为透射光（2）,他们的强度近似相等。
由于G1与M1、M2均成45度角，所以两束光都垂直的射到M1和M2，并经反射后回到G1上的半反射膜，再在观察处E 相遇。
因为光束（1）、（2）是相干光，若仪器调整得当，便可在E 处观察到干涉图样。
G2为补偿板，其物理性能和几何形状与G1相同，它的作用是为了补偿光束（2）的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。
（2）干涉条纹的形成。
由于半反射膜实质上是一块反射镜，它M2 在M1附M2近形成一个虚像M'2。
由于是从观察处E 看到的两束光好像是从M1和M'2射来的，故可将M'2看成一个虚平面。
因M'2不是实物，它的表面和M1的表面所夹的空气薄膜可以 任意调节如使其平行则形成等厚的空气薄膜，产生等倾干涉；若不平行则形成空气劈尖，成等厚干涉。
从而在实验过程中可以观察到不同的干涉图样。
等倾干涉 使M2垂直M1（即M1平行M'2），S 又为面光源时，这就相当于空气平面板所产生的等倾干涉。
自M1和M2反射后两光束的光程差（如果光束（1）、（2）在半反射膜上反射时无附加光程差）为i dCos '=∆2，式中ｄ为M1和M'2间的距离，即为空气膜厚度。
I 为入射光M1、M'2镜表面的入射角。
由上式可知，当d 一定时，光程差只决定于入射角。
面光源上具有相同倾角I 的所有光束的光程差∆也相同，它们在干涉区域里将形成同一条干涉条纹，这种干涉即为等倾干涉。
对应不同入射角的光束光程差不相同，形成不同级次的干涉条纹，便得到一组明暗相间的同心圆环，条纹定域在无穷远处，在E 处直接用眼睛就可以观察到等倾干涉的同心圆环。
等厚干涉 当M1、M'2相距很近，并把M'2调成与M1相交呈很小的角度时，就形成一空气劈尖。
在劈尖很薄的情况下，从E 处便可看到等厚干涉条纹。
这时，两相干光程差仍可近似的表示为∆=2dcosi ，，在M1和M'2的交线处的直线纹称为中央条纹。
在交线上，d=0，光程差∆为零，条纹为一条直线；在交线附近d 很小，i 的变化可以忽略，即cosi 视为常数，条纹为一组近似与中央条纹平行的等间距的直条纹，可视为等厚条纹；离交线较远处d 变大，光程差∆的改变，除了与膜厚度d 有关外，还受i 角的影响，cosi 的影响不能忽略。
实际上i 很小，∆=2dcosi ≈2d(1-i2/2)，条纹发生弯曲。
六、实验小结
通过本次实验，我掌握了双光束干涉测量的原理，进一步熟悉了光纤双干涉仪的应用，并复习了有关迈克尔逊干涉仪的相关知识；同时，实际操作调节实验仪器以观察到较清晰的干涉条纹，也提高了动手能力。