激光波长的测量方法研究

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摘要：本文分别采用三种方法测量氦氖激光的波长，详细地阐述具体的实验方法、实验步骤和实验结果，讨论了测量误差。这几种方法都具有简单方便，可操作性强的特点。

关键词： 迈克尔逊干涉仪；光栅；激光波长

随着激光技术的兴起，激光波长的精确测量也显得尤为重要。能够采用简单易行的方法准确获得波长，是非常有用的。

一、迈克尔逊干涉仪测激光波长

1.迈克尔逊干涉仪器的基本结构和工作原理

迈克尔逊干涉仪是应用双光束原理制成的干涉仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。本实验用迈克尔逊干涉仪来测激光的波长。

试验中的最常用的是迈克尔逊干涉仪，其结构和原理是相互垂直的两平面镜，各个平面镜后面三个调解螺旋，用来调节镜面的方位。M2固定，M1可沿臂前后移动，其移动距离可由转盘读出。在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成45度的平行平面玻璃板P1，且在P1的第二平面上镀以半透明，以便将入射光分成振幅几乎相当的反射光1和透射光2。P2 也是一平行平面玻璃板，与P1平行放置，厚度与折射均与P1相等。补偿板P2作用是使光束2也两次透过玻璃板以补偿光束1走的路程，使干涉仪对不同波长的光能同时满足等光程要求。从扩展光源S射出来的光，到达P1后被分成两部分，反射光1在P1处反射后向着M1前进，透射光2透过P2后向着M2前进。这两列光波分别在M1、M2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处，这两列光波来自光源上同一点O，因而是相干光，在E处的观察者能看到干涉条纹。当P1P2严格平行时，所得为等倾干涉。所有倾角为i的入射光束，由M1和M2反射的光程差为。若为亮条纹时满足 ，处于圆心的级次为 。

2.点光源照明产生的非定域干涉图样

点光源经M1、M2的反射产生的干涉现象，等效于沿轴向分布的两个虚光源所产生的干涉。因而从S1、S2发出的球面波在相遇的空间处处相干，故为非定域。激光经短焦距扩束透镜后，形成高亮度的点光源照明干涉仪。若将观察屏凡在不同的位置上，则可看到不同条纹的干涉条纹。当观察屏垂直于S1S2连线时，屏上呈现出圆形的干涉条纹。同等倾条纹相似，在圆环中心处，光程差最大，=2d。当移动M1使d增加时，圆环一个一个的从中心涌出，当d减小时，圆环一个一个地向中心陷入。每动一个条纹，M1移动的距离为λ/2.因此，可以用来测量波长。

二、光栅测量激光波长

1.光栅原理

光栅是根据多光束原理制成的一种分光元件，在结构上有平面光栅、阶梯光栅、凹面光栅等几种。本实验选用的是透射式平面光栅。透射式平面光栅是在光学玻璃上划刻大量相互平行、宽度和间隔相等的刻痕制成。当光照射在刻痕上时，刻痕处由于散射不易透光，而未经刻划的部分就成了透光的狭缝。由于光刻光栅制造困难，价格昂贵，常用的是复制光栅和全息光栅。

2.光栅主要参数

（1）将光栅方程对λ微分，可得光栅的角色散为，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离 。

（2）分辨率是光栅的又一重要参数，它标志光栅分辨光谱线的能力。其中k为光谱级数，N是光栅刻痕的总数。

3.分光计的调节

分光计是一种常用的光学仪器，实际上是一种精密的测角仪。在物理光学实验中，加上分光元件既可作为分光仪器，用来观察光谱，测量光谱线的波长等。下面以JJY为例。

（1）粗调。首先旋转目镜手轮（即调节目镜与叉丝之间的距离），看清测量仪十字叉丝。然后用望远镜观察尽量远处的物体，前后调节目镜镜筒，使远处物体的像与目镜中的十字叉丝同时清晰。最后，将载物台平面和望远镜轴尽量调成水平。

（2）细调。首先，点亮小十字叉丝照明用电灯，将望远镜垂直对准平面镜的一个反射面，看到十字叉丝的像后，在前后微调目镜镜筒，使小十字叉丝的像清楚且和测量用十字叉丝间无视察。然后，转动载物平台，使另一载物平台对准望远镜，左右慢慢移动平台，看到反射的小十字叉丝，调节平台螺钉d1，使二者重合。反复进行以上步骤，知道不论转到那一面，小十字叉丝像都能与调整叉丝重合。最后，调节准直管使其产生平行光，并使其光轴与望远镜的光轴重合。

从仪器调节获得条纹难易的角度看，迈克尔干涉比较比较好调节，其次是光栅。可见，两种方法各有优缺点，在实际测量激光时，根据手中的实验仪器进行选择，但是不论选择那一种实验方法，其测量值都很接近真值。

参考文献：

[1]王云龙，杨坤涛，用"牛眼型"麦克尔逊干涉仪测量入射激光，光学学报[J]，2005，32（5）：64

[2]李永明，张志伟，微小型光谱仪在激光波长测量中的应用，现代应用光学[J]，2007，24