用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率讲义.doc

用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率实验目的: 1.了解并掌握双光栅Lau效应的基本原理。2.学会利用双光栅Lau效应法测量平板玻璃的折射率。实验原理:1948年法国科学家E.Lau在Talbot自成像效应理论的基础上提出了双光栅Lau效应，即用扩展光源照明两个相互平行且有一定间距的相同光栅，在无穷远处可以看到平行干涉条纹的效应。根据Lau效应（原理简图如图1），使用衍射光栅的基本特性可以得到如下结果，当光栅间距时，其中，k=1，2，3，, 为光栅常数，为入射光波长，在第二个光栅后无穷远处可以获得最清晰的干涉条纹。图1 Lau效应原理简图当扩展光源的平行光垂直入射到第一个光栅（光栅刻线与平行光管狭缝平行），在望远镜视场中可见几条衍射像。逐渐加宽平行光管的狭缝，视场中的亮线逐渐展宽，成为几个亮带，如图2（a）所示。这时放置第二个光栅（两光栅的刻线要平行），调整两个光栅的间距，当两光栅间距为（）的整数倍时，在视场中第一个光栅的亮带内都会出现干涉条纹，如图2（b）所示。如果在Lau效应的光路结构中，在双光栅之间插入透明的平板玻璃，可以证明当旋转平板玻璃时，Lau效应产生的干涉条纹将会随之移动。根据Lau 效应和光栅成像原理，将厚度为d、折射率为n的标准平板玻璃样品置于载物台上，且入射光线垂直于样品，转动平板玻璃样品，出射光线横向位移D与入射角i 关系为: (1) 图2（a）狭缝对第一光栅的衍射像 图2（b）望远镜视场内看到的Lau效应其中n为样品折射率。随着载物台的转动，望远镜视场中的条纹发生移动，移动的距离为（为望远镜物镜焦距）。干涉条纹间距为s，当相对于望远镜十字叉丝移动m个条纹时（建议在本实验中移动10条），有： （2） （3）由（1）-（3）可得： （4）换上待测样品（厚度为d1、折射率为n1），同样操作，入射角度为，望远镜视场中干涉条纹也移动m条，与标准样品的参数关系式（4）比较可得: (5)利用公式(5),带入参数即可计算出待测样品的折射率。实验仪器:光栅两块（光栅常数相同，20条/mm ），钠光灯（），分光计（极限误差），标准样品一块（），待测样品一块，直尺，万向节四只，铁板一块，支杆若干。实验基础内容:1 组装根据Lau效应测量样品折射率的实验装置。建议：由于空间的限制，的范围为68cm. 2 采用比较法测量样品折射率（标准样品一块；待测样品一块）。（1）测量标准样品厚度、移动10条条纹时的入射角， 测量3次。（2）测量待测样品的入射角，测量3次。（3）计算待测样品的折射率。3 测量结果误差分析。计算待测样品厚度及入射角的A类不确定度（n=3,置信概率P=95%,）实验步骤:1. 调整好分光计，即达到： 平行光管发出平行光； 望远镜对平行光聚焦（即接收平行光）； 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。 平台面垂直于仪器公共轴2. 打开钠光灯，3-5分钟后亮度正常；将钠光灯源、平行光管、望远镜调整在一条直线上；这时在阿贝目镜中应看到清晰的分化板和狭缝像，且狭缝像处于分划板的中央。3. 将两光栅垂直置于光路中，位置在载物平台的正上方，两光栅间距建议距离68厘米左右；目视两光栅基本平行4. 将狭缝逐渐开大，在目镜视场中会看到条状光栅的衍射像（0）；栅狭缝大小的选取。建议：在视场中看到亮的条状光栅的衍射像的宽度和暗条宽度比在1:51:25. 调整万向节上的方向旋钮，使光栅刻线相互平行；直到在各级衍射像的背景上出现平行等间距条纹6. 将标准样品放入载物台，记下起始读数，转动载物平台，使衍射像背景上的条纹移动10条，记下分光计转盘读数；重复三次，将数据填入表格7. 取下样品，将待测样品放入光路中，使待测样品的表面垂直光路主光轴；8. 记下起始读数，转动载物平台，使衍射像背景上的条纹移动10条，记下分光计转盘读数；重复三次，将数据填入表格9. 计算待测样品的折射率并进行误差分析(要求定性分析实验各部操作带来的误差情况)。两光栅间距(mm)：次数标准样品（K9）待测样品1三次厚度 (mm)三次入射角（）三次厚度 (mm)三次入射角（）12 3平均实验进阶内容是用本实验的实验方法，测量重火石玻璃样品的折射率。实验扩展内容 推导本实验所