条纹。

3.对定域干涉和非定域干涉观察方法有何不同？

答：非定域干涉在光场中任何位置都可看到干涉条纹，定域干涉只能在某些特定的区域（无穷远或透镜焦平面处）观察到干涉条纹。

4．点光源照射时看到的干涉图与牛顿环实验中看到的干涉图从现象上看有什么共同之处？从本质上看有什么共同之处、有什么不同之处？

答：从现象上看都是同心圆环状的干涉条纹，内疏外密。

从本质上看都是分振幅法产生的干涉图像，迈克尔是等倾干涉，级次内高外低；牛顿环是等厚干涉，级次内低外高。

5．测量石英晶片厚度时，为什么必须用白光而不用单色光？白光干涉条纹在没有补偿板的情况下能否调出来？（一问1分）

答：白光相干长度特别小，只有当光程差几乎为零时才发生干涉，加入石英晶片后光路2的光程改变了，只有光路2的长度改变使光程差再次相等时才能再次出现干涉条纹。如果用其他光，比如激光，由于激光的相干长度较大，即使光程差不相等，光程差不为零，也能出现干涉条纹，公式4.16.8中的d就不准确，不能用来计算晶片厚度。

从光的单色性和相干性（相干长度）好坏考虑。Na光和He—Ne激光单色性好，相干长度较大，没有补偿板P2，移动M1，加大M1和M2/间的距离仍能产生干涉，干涉条纹不会重叠，仍可观察。但白光单色性差，分出的两束光只有在δ≈0时，才能看到彩色干涉条纹，在δ稍大时，不同波长的干涉条纹会互相重叠，使光强趋于均匀，彩色干涉条纹会消失。不能调出来。

6．空气折射率与压强有关，真空时的折射率为1，标准大气压时空气折射率为n，请提出设计方案，用迈克尔孙干涉仪测量空气折射率。（1分）

答：实验原理：从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。

激光S M1 ? M2L1 n1 G 1 O

L2 n2 MM2

2 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差?为

??2(n1L1?n2L2) （1）

式中，n1和n2分别是路程L1、L2上介质的折射率。 设单色光在真空中的波长为?，当

??K?, K?0, 1, 2, 3, ? （2）

时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。

当L1支路上介质折射率改变?n1时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为

N。由（1）式和（2）式可知

?n1?N? （3） 2L1例如：取??633.0nm和L1?100mm，若条纹变化N?10，则可以测得

?n?0.0003。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N，就能测出光路中折射率的微小变化。

正常状态（t?15C,P?1.01325?10Pa）下，空气对在真空中波长为633.0nm的光的折射率n?1.00027652，它与真空折射率之差为(n?1)?2.765?10不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。 实验装置

激光器

O 图2 测量空气折射率实验装置示意图 H T L M1 ?405。用一般方法

气压表

气 室 G MM2 打气球

实验装置如图2所示。用He-Ne激光作光源（He-Ne激光的真空波长为??633.0nm）， 并附加小孔光栏H及扩束镜T。扩束镜T可以使激光束扩束。小孔光栏H是为调节光束 使之垂直入射在M1、M2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为L。气压表用来测量气室内气压。在O处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。 测量方法

调好光路后，先将气室抽成真空（气室内压强接近于零，折射率n?1），然后再向气室

内缓慢充气，此时，在接收屏上看到条纹移动。当气室内压强由0变到大气压强p时，折射率由1变到n。若屏上某一点（通常观察屏的中心）条纹变化数为N，则由式（3）可知

n?1?N? （4） 2L但实际测量时，气室内压强难以抽到真空，因此利用（4）式对数据作近似处理所得结果的误差较大。应采用下面的方法才比较合理。

理论证明，在温度和湿度一定的条件下，当气压不太大时，气体折射率的变化量?n与气压的变化量?p成正比：

所以

n?1?n??常数 p?p?n?pn?1?将（3）式代入该式，可得

p （5）

n?1?N?p （6）

2L?p式（6）给出了气压为p时的空气折射率n。

可见，只要测出气室内压强由p1变化到p2时的条纹变化数N，即可由式（6）计算压强为p时的空气折射率n，气室内压强不必从0开始。

例如，取p=760mmHg，改变气压?p的大小，测定条纹变化数目N，用（6）式就可以求出一个大气压下的空气折射率n的值。 实验步骤

1、 按实验装置示意图把仪器放好。打开激光光源。 2、 调节光路

光路调节的要求是：M1、M2两镜相互垂直；经过扩束和准直后的光束应垂直入射到M1、M2的中心部分。

（1） 粗调

H、T先不放入光路，调节激光管支架，目测使光束基本水平并且入射在M1、M2反射镜中心部分。若不能同时入射到M1、M2的中心，可稍微改变光束方向或光源位置。注意操作要小心，动作要轻慢，防止损坏仪器。

（2） 细调

①放入H，使激光束正好通过小孔H。然后，在光源和干涉仪之间沿光束移动小孔H。若移动后光束不再通过小孔而位于小孔上方或下方，说明光束未达到水平入射，应该缓慢调整激光管的仰俯倾角，最后使得移动小孔时光束总是正好通过小孔为止。此时，在小孔屏上可以看到由M1、M2反射回来的两列小光斑。

②用小纸片挡住M2镜，H屏上留下由M1镜反射回来的一列光斑，稍稍调节光束的方位，

使该列光斑中最亮的一个正好进入小孔H（其余较暗的光斑与调节无关，可不管它）。此时，光束已垂直入射到M1镜上了。调节时应注意尽量使光束垂直入射在M1镜的中心部分。

③用小纸片挡住M1镜，看到由M2镜反射回来的光斑，调节M2镜后面的三个调节螺钉，使最亮的一个光斑正好进入小孔H。此时，光束已垂直入射到M2镜的中心部分了。记住此时光点在M2镜上的位置。

④放入扩束镜，并调节扩束镜的方位，使经过扩束后的光斑中心仍处于原来它在M2镜上的位置。

调节至此，通常即可在接收屏O上看到非定域干涉圆条纹。若仍未见条纹，则应按②、③、④步骤重新调节。

条纹出现后，进一步调节垂直和水平拉簧螺丝，使条纹变粗、变疏，以便于测量。 3、 测量

测量时，利用打气球向气室内打气，读出气压表指示值p1，然后再缓慢放气，相应地看到有条纹“吐出”或“吞进”（即前面所说条纹变化）。当“吐出”或“吞进”N=60个条纹时，记录气压表读数p2值。然后重复前面的步骤，共取6组数据，求出移过N=60个条纹所对应的气室内压强的变化值p2?p1的6次平均值.?p。

4、 计算空气的折射率

气压为p时的空气的折射率为

n?1?N?p

2L?p我们要求测量p为1个大气压强时空气的折射率。

八、全息照相

1、全息照相与普通照相不同，它可以不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉和衍射原理来记录和再现物光波；普通照相只是记录光的强度（振幅），而全息照相是把物体发出全部光信息，即振幅和相位都记录下来，人们就可以看清物体的颜色、明暗、位置、形状和远近等。

2、要求物光和参考光的光程差尽量小，以保证它们具有良好的相干性，从而获得良好成像效果。实验中，采用导线测量的方法，来确定大致相等的光程。

3、在实验中可以采用多种方法来调整与检验，以其实现合时的光强之比。如用实验室提供的硬纸板遮挡住一路光，观察另一路光在白板上的光亮度情况，反复比较，调整扩束境的相对位置来实现。

九、光电效应

1、实验时为什么不能将滤色片罩在光源的出光孔上？

答：如果滤色片不在入光孔处，会使得其它频率的光进入入光孔，无法实现单一频率光照射阴极金属板。

2、从截止电压Ua与入射光频率?的关系曲线中，你能确定阴极材料的逸出功么？