“实虚”结合拓展“光的干涉实验”教学

发布时间：2021-08-14 20:50

　　本文对马赫-曾德干涉实验进行拓展,实现了三光束、四光束干涉的实验尝试;通过改变光束波矢夹角、光束强度、偏振态等参数,得到了一维周期性条纹、一维调制条纹、二维周期性光学格子、二维调制光学格子等干涉光场.同时,通过提供光的干涉仿真模块,让学生自行对多光束干涉进行数值模拟,加深了对干涉理论的理解掌握.通过上述"实虚结合"的光的干涉实验的内容拓展,不仅丰富了干涉实验教学内容,提高了学生的兴趣,而且有利于拓展学生的专业知识,从而了解相关领域的研究内容. 

【文章来源】：大学物理. 2020,39(11)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同干涉实验的光场分布

马赫-曾德干涉光路是用途广泛的分振幅干涉光路,也是实验教学中最常用的干涉光路. 传统的马赫-曾德干涉光路利用分束镜把光路一分为二,再利用合束镜合二为一产生干涉. 为产生多光束干涉,从同一相干光源光束中分出更多的光路是最直接的做法. 笔者引导学生对传统马赫-曾德干涉光路进行改造,实验光路如图2所示. 在传统光路基础上增加分束器BS2和BS3. 入射氦氖激光经分束器BS1和BS2分为3束,再利用BS3和BS4合束后,经透镜扩束,在白屏上观察干涉光场的变化. 此实验中氦氖激光的偏振方向为垂直光学平台方向;使用的分束器分束比选择如下:BS1选用7:3分束器,BS2、BS3、BS4均用了1:1分束器. 在实验中控制各路光束光强时,根据具体的实验需要可在各光路中加入可调衰减片.在实验中,挡住光束3,先通过调节BS1、M1与M2,形成如图3的波矢结构与干涉图样.

在实验中,挡住光束3,先通过调节BS1、M1与M2,形成如图3的波矢结构与干涉图样.保持k1和k2共面且夹角(约18°,在图2实验光路图中,拿掉扩束镜通过测量白屏处两光点距离以及测量白屏与扩束镜位置的距离推算光束的夹角)不变,通过调节BS2和BS3,可使光束3(k3)沿光束1(k1)和2(k2)夹角的角平分面内入射,或在光束1(k1)和2(k2)面内入射,形成三光束干涉,三光束的波矢方向结构如图4(a)、(b)所示. 实验中三束光的光强比控制约为1:1:1,改变k3在两个入射面中的方向,三光束叠加干涉所得二维光斑分布以及相应的数值模拟如图5所示.


本文编号：3343164